Еще раз о фазировании

В этом посте мы продолжим обсуждение проблематики отфазированных генотипов.
Многих пользователей моего блога интересует вопрос, каким образом можно фазировать биаллельные генотипы в гаплотипы?

С технической точки зрения, процесс фазирования генотипов подразумевает выявление — с высокой апостериорной вероятностью гаплотипной фазы. Как показывает сравнительный анализ алгоритмов фазирования в программах Beagle, PHASE, IMPUTE и т.д., — наиболее точные результаты получается в ходе совместного фазирования генотипов ближайших родственников.Поэтому в генетических штудиях — как популяционных (реже),так и медгенетических (намного чаще) — фазирование проводится с использованием генотипов трио (генотипы матери-отца-ребенка). Однако именно коммерческое генотипирование открывает более широкое поле деятельности для фазирования — получения более-менее однозначного гаплотипа с более-менее однозначной генеалогией. Вопреки распространенному среди любителей ДНК-генеалогии мнению любой составной УПС/HIR может быть легко преобразован в совокупность отельных гаплоблоков, многие из которых достаточно уникальными в предковой популяции анализируемого индивида. Здесь нужно развеять и второе заблуждение любителей — диплоидные генотипы 23andme ни в коем случае нельзя автоматически разбивать на два смежных столбика, единственный легитимным способом получения фазы генотипов является фазирование данных в специальных программах.

В принципе, можно с увереностью утверждать, что после того как из биаллельного генотипа получена гаплотипная фаза генотипа, потребность в HIR-ах отпадет. Сейчас же, при отсутствии полноценных данных по этим регионам и даже фазированных генотипах  УПС-HIR-IBD совпаденцам, приходится пользоваться намного более удаленными -в географическом и генеалогичском смыслах — референсами, типа фазированных гаплотипов в проектах 1000 геномов, HGDP или HapMap. Именно эти фазированные панели используются в новейших и наиболее эфективных программах фазирования генотипов в тех случаях, когда в выборку включены только лица, не родственные между собой.
До тех пор, пока не будет произведено массовое фазирование биаллелей, любой предикт родства сделанный на основании анализа нефазированных генотипов, следует воспринимать с максимальной осторожностью. Например, указание (в РФ алгоритме анализирующем нефазированные данные) на 5-6-юродную степень родства пуштуна и скажем, литовца может с абсолютно одинаковой степенью вероятности (50% на 50%) означать как наличие «афганского» следа в родословной литовца (или литовского следа — у пуштуна), так и очень далекое родство, близкое к случайному совпадению.
В избежании недоразумений, еще раз уточню, что речь идет не о привычных для любителей ДНК-генеалогии Y-STR гаплотипах, — в данном случае это аутосомные гаплотипы, которые выглядят следующим образом: AGGTTCCGAACCTTGGAAG ( и далее примерно несколько тысяч букв A/G/C/T). Фазированный гаплотип -это с определенной степенью вероятности гаплотип основателя. Более того, переход от биаллельных идентичных сегментов к набору идентичных гаплоидных сегментов открывает интересные перспективы в плане молекулярной датировки возраста идентичных гаплоблоков. Принимая во внимание тот факт, что гены и даже аллели этих генов, определяющие на ген.уровне [например, фенотип светлой пигментации волос)] достаточно хорошо известны и описаны в науч.литературе, то проблему датировки можно решить, отфазировав этии генотипы в гаплотипы, мы можем с помощью дерева коалесценции гаплотипов определить узел коалесценции, а следовательно датировать его с помощью молекулярных часов. Этим,кстати, занимается Монтгомери Слаткин (правда в качестве иллюстрации своей теории коалесцента он использует пример других «релевантных в плане мед.рисков генетических локусов»). В отдаленном теоретическом плане, множество малорекомбинантных гаплотипов можно использовать для конструирования специального генетического микрочипа (на основе того же OmniExpress) c включением в этот снип-чип генеалогически актуальных (малорекомбинантных) снипов, фазирование которых выявит наличие устойчивых гаплотипов недавнего происхождения (и соответственно, их генеалогию).

Технические нюансы.

Упрощенный дизайн технического процесса фазирования в общих чертах может выглядеть следующим образом. Сначала подготавливаем файл к приемлемому для фазирования формату (этих форматов много, я выбрал тот, в котором нужно минимально модифицировать исходные комбинированные данные 23ия+HapMap). В качестве proof of concept, я использовал относительно простое программное обеспечение для фазирования диплоидного генотипа (UNIX версия программы SNPHAP). В этой программе фазирование проводится с помощью алгоритмов байесовской инференции. Полученные на выходе отфазированные гаплотипоы пропускаются через своего рода элайнер, и на выходе получается FASTA aligned файл, который легко скармливается TNT путем ввода директивы procedure. А дальше можно либо реконструировать филогению в TNT, либо сохранять в формате Nexus.
В этом варианте процесс фазирования вычислительно-емкий и менее робастный , и эта одна из причин использования серверных возможностей (компьютерных кластеров, где программа может работать месяцами). Например, на байесовскую инференцию- фазировку используемых в данном примере генотипов из небольшого фрагмента 14 хромосомы в выборке из 92 индвидов ушло примерно 8 часов. После окончания цикла фазирования результаты (фазированные гаплотипы) сохраняются в отдельном файле. В описанном выше примере у 92 индивидов с помощью байесовской инференции было выявлено 937  гаплотипа со средней длиной в 5288 нуклеоитида, причем 315 из этих гаплотипов имеют кумулятивную апостериорную вероятность 1.00.

Практический пример (применения в генеалогии).

Этот практический пример основан на анализе моих собственных генетических данных, загруженных на сервер GedMatch. На сервере содержатся два варианта этих данных — нефазированный исходный вариант и второй фазированный вариант (две пары фазированных гаплотипов).

При поиске совпадений по первому варианту, общее количество » обнаруженных кузенов» составляет 179 человек.
Вместе с тем поиск по реконструированной в ходе фазирования той части генотипов, которая досталась мне от отца, общее число кузенов равнялось все 3. Из этих 3 один — родом из Рязани -, но параметры cовподающего сегмента, строго говоря, ниже пороговых значений [cM (7 cM) и число консекутивных снипов (700bp)] бритвы Оккама для генеалогически верифицируемых совпадений. Поэтому его следует отбросить. Остается два человека. Один наполовину беларус-полешук из Глусского и Слуцкого Полесья, наполовину эрзя. Другой — типичный американских пель-мель из смешания разных народов, но его бабушка носила имя Теодосия Осовская, возможно родом из Осового, что находится рядом со Стаховым, откуда родом предки моего отца.
Следовательно,что фазирование может представлять собой самый надежный фильтр для отсеивания false-positive совпадений.

Advertisements

Еще раз о фазировании: Один комментарий

Добавить комментарий

Please log in using one of these methods to post your comment:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s