《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Complementarity of Long-Reads and Optical Mapping in Parkinson's Disease for Structural Variants
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本研究首次系统比较了牛津纳米孔长读长测序（ONT）与光学基因组图谱（OGM）技术在帕金森病（PD）患者全基因组结构变异（SV）检测中的性能。研究发现OGM在检测大于50 kb的大规模SV方面更具优势，而ONT在精确解析断点位置和小型变异方面表现卓越。两种技术呈现显著互补性，结合应用可为神经退行性疾病遗传机制研究提供更全面的变异检测方案。
引言
结构变异（SV）是人类基因组变异的重要来源，通常定义为长度超过50个核苷酸的基因组改变。在神经退行性运动障碍领域，长读长测序（LRS）技术如牛津纳米孔技术（ONT）和光学基因组图谱（OGM）显示出填补遗传认知空白的巨大潜力。本研究首次在非肿瘤人类样本中全基因组比较ONT和OGM的SV检测能力，以帕金森病（PD）患者为案例评估其在运动障碍相关基因中检测致病性SV的效能。
研究方法
研究纳入了19名特发性帕金森病患者，其中14名来自中欧血统，5名具有突尼斯近亲婚配背景。研究人员从血液和皮肤成纤维细胞培养物中提取超高分子量DNA，分别进行纳米孔测序和光学基因组图谱分析。通过Bionano Solve（v3.8）和EPI2ME Labs的wf-human-variation工作流程（v2.3.1）进行变异检测，使用Sniffles2（v2.6.2）进行SV calling，Spectre（v0.2.1）进行CNV calling。变异注释采用AnnotSV（v3.4）和SVAFotate（v1.0），并参考基因组聚合数据库（gnomAD SV）和1KGP-ONT联盟数据进行人群频率分析。
结果分析
分子和读数统计显示，OGM平均成像2,289,579个分子，平均长度240.4 kb，覆盖度176.7X；ONT平均测序7,239,301条reads，平均长度14.6 kb，覆盖度26.8X。在SV检测数量方面，OGM鉴定出49,677个高质量SV，平均每个个体2,597个；ONT检测到94,400个大于500 bp的SV，平均每个个体4,968个。
结构变异类型和长度分布分析表明，两种方法检测到的SV主要为缺失（DEL）和插入（INS）。OGM检测的缺失平均长度为29,357 bp，显著大于ONT检测的缺失（4,878 bp）（p<2.2×10?16）。特别值得注意的是，ONT在50-80 kb长度区间存在检测缺口，而OGM在该区间检测到的SV数量是ONT的6倍（384个对58个缺失和9个插入）。
在技术间一致性方面，小变异（≤50 kb）的重合度为23.3%-24.7%，大变异（>50 kb）的重合度仅为10%（缺失），插入变异则完全无重叠。进一步分析发现，ONT检测到的大变异中有38.5%-46.6%无法通过IGV视觉验证，提示存在较高假阳性率。
运动障碍基因中的变异精确定位
OGM和ONT共同检测到三个罕见的杂合缺失，分别位于ATXN2（1.4 kb）、SUCLA2（1.7 kb）和PNKD（2.6 kb）基因。虽然OGM成功识别这些变异，但其断点定位不确定性（95%置信区间±2,074-5,414 bp）限制了功能解读。ONT凭借单碱基分辨率精确判定这三个变异均位于内含子区，凸显了其在变异功能注释方面的优势。
典型案例分析
两种技术共同检测到一个位于ITPR1基因附近的195 kb杂合性 intergenic 缺失，该变异在gnomAD SV和1KGP-ONT数据库中均呈现罕见频率，CADD-SV评分>20，提示潜在功能影响。在独立案例中，OGM成功验证了一个先前通过ONT发现的7 Mb PRKN基因倒位，该倒位导致exon 12破坏，与早发性肌张力障碍-帕金森综合征相关。OGM将该大片段倒位识别为 intrachromosomal translocation，并成功进行了单倍型定相，证实了PRKN基因的复合杂合性破坏。
讨论与展望
本研究首次在非肿瘤人类样本中全基因组比较ONT和OGM的SV检测性能。结果显示，OGM在检测大片段SV（>50 kb）方面具有明显优势，特别适合识别大规模倒位、易位等复杂重排。而ONT在断点精确定位、小变异检测和功能注释方面表现更佳。两种技术呈现显著互补性：OGM可有效填补ONT在50-80 kb区间的检测缺口，而ONT可精确验证OGM发现的可疑致病性变异。
在技术应用层面，OGM单个样本成本较低，且擅长检测大规模SV；ONT虽成本较高，但可同步检测SNV和小indel，提供更全面的变异信息。当前ONT变异识别软件对大片段SV的假阳性率较高，需通过视觉验证或PCR进行确认。
结论
本研究证实OGM可作为检测大片段结构变异的一线方法，但其断点分辨率有限，需要更高分辨率的技术进行验证。ONT独立检测大变异的能力较强，与OGM结合可提供高度互补的结构变异评估和验证方案。在帕金森病等神经退行性疾病研究中，两种技术的联合应用将有力推动致病性结构变异的发现和功能解析，为揭示疾病遗传机制提供新的技术路径。
