CNV分析

背景^[1-6]

CNV分析包括染色体微重复/微缺失、非整倍体、多倍体、单亲二倍体、嵌合体、家系连锁分析，尤其专注于从分子遗传学角度进行复杂染色体病/基因组病的检测和解读，发现拷贝数异常与表型之间的关系。人类的基因组变异有多种形式，比如可变数串联重复序列，单核苷酸多态、拷贝数变异（Copy number variants）等，Iafrate和Sebat于2004年分别描述了人类基因组种DNA片段大小从1kb到几个Mb范围内亚微观片段拷贝数突变，这些拷贝片段的复制、缺失、倒置等变异都统称为CNV，但转座子的插入和缺失引起的基因变异不包括在内。

CNV是一类染色体亚显微水平的结构变异，即染色体的某些区域或基因片段在基因组中发生了重复或缺失，有研究称基因组中有约12％的区域易于发生CNV；许多复杂疾病的发生，如癌症、孤独症和精神分裂症等，都与其相关。虽然正常个体中由于基因组进化和变异会产生CNV(正常CNV可查找database 0f genomic variants数据库)，但大多数CNV都是有害的：拷贝数的改变可能会影响CNV区域内基因的表达水平；而非同源重组造成的CNV通常使基因的外显子发生转位、缺失或插入，进而打断原来的基因或产生新的融合基因，也可使原来的蛋白获得新的结构域或新的活性。

拷贝数变异概念：拷贝数目变异也称拷贝数目多态，是一种长度大于1kb的DNA片段的变异，在人类基因组中广泛分布，CNV位点的突变率远高于SNP（Single nucleotide polymorphism），是人类疾病的重要致病因素之一。

检测方法：目前全基因组检测方法主要有微阵列比较基因组杂交（Array CGH）和最新的基于高通量测序技术的染色体异常检测（NGS染色体异常检测）。

两种技术相比较：由于Array CGH是在已知探针前提下进行检测，所以无法检测出未知的CNV；成本偏高，受检者负担较重；而NGS染色体异常检测为最新的CNV检测技术，对样本要求较低，能发现更多的新变异CNV，在国内外临床已得到广泛应用。

CNV的分析多见于易于发生染色体结构变异的肿瘤研究中，也可用于复杂的神经精神疾病的病因学研究，如智力障碍、帕金森病和孤独症等，也可用于其他疾病的易感性分析，如银屑病、克罗恩病和一些自身免疫系统疾病。CNV研究既可用于单个的病例分析，找到遗传高度异质性的个体致病的遗传学基础，如智力低下的病因诊断；也可用于大量的病例一对照分析，患病群体的常见CNV变异研究，还可用于核心家系的研究，如疾病相关新发CNV的研究。

应用^[7][8]

CNV分析可用于全基因组及关联性状分析：

拷贝数变异（copy number variation，CNV）是指DNA片段大小介于1kb到数兆范围内的缺失，插入、重复和复杂多位点的变异。研究表明，CNV广泛存在于包括人类在内的动植物基因组。由于CNV所涉及基因组中覆盖的核苷酸总数超过了SNP的总数,可通过基因剂量和基因调控区域的改变影响基因的表达、表型变异以及进化适应性，是遗传变异和表型差异的重要来源，在复杂性状的发生发展中起着重要的作用。绵羊的生长发育性状受到基因和环境共同作用的影响，寻找DNA分子差异及其对应的基因是绵羊遗传育种的关注点之一，其中CNV对表型构成及疾病发生的调控作用已成为研究的热点。

CNV与GWAS（genome wide association study）的结合为揭示复杂性状的遗传基础提供了重要的途径。利用illumina的高密度Ovine SNP50K BesdChip芯片对绵羊基因组进行分型，通过PennCNV软件检测拷贝数变异在绵羊基因组的分布特征，并首次构建了基于SNP分型数据的绵羊全基因组CNV图谱。研究结果显示，经过严格的质量控制，共检测出238个CNVRs，包括219个缺失事件（Loss），13个获得事件（Gain），6个既有缺失又有获得事件（Both），平均大小和中位数大小分别253.57kb和186.92kb，大小范围13.66kb～1.30Mb。

经另一个CNV检测软件—CNVpartition进行相互验证，一共检测出52个CNVR，其中47个CNVR与PennCNV软件推断结果一致。这些CNVR在染色体上呈现非随机分布特点，每条常染色体均检测出CNVR的存在，其中富集CNVR最多的染色体为1、2和5。群体频率大于3%的CNVR有75个，这些CNVR与邻近SNP标记进行连锁不平衡分析表明，仅有两个CNVR被邻近SNP所标签，提示在illumina分型平台上，绝大多数CNVR未被邻近SNP所标签。对检测的CNVR进行基因含量注释和功能富集（GO）分析表明，发现多数基因富集于嗅觉、感官知觉、化学刺激、识别、神经系统的传递进程等环境应答相关的基因，另有一些基因与信号转导、信号通路、细胞分化与凋亡及GTP酶的活性等有关。

参考文献

[1]Associations between Polymorphisms Related to Calcium Metabolism and Human Height:The Troms?Study[J].RolfJorde,JohanSvartberg,Ragnar MartinJoakimsen,GuriGrimnes.Annals of Human Genetics.2012(3)

[2]Milrinone attenuates thromboxane receptor‐mediated hyperresponsiveness in hypoxic pulmonary arterial myocytes[J].KT Santhosh,O Elkhateeb,N Nolette,O Outbih,AJ Halayko,S Dakshinamurti.British Journal of Pharmacology.2011(6)

[3]Copy-Number Variations,Noncoding Sequences,and Human Phenotypes[J].Eva Klopocki,Stefan Mundlos.Annual Review of Genomics and Human Genetics.2011

[4]Copy number variants in pharmacogenetic genes[J].Yijing He,Janelle M.Hoskins,Howard L.McLeod.Trends in Molecular Medicine.2011(5)

[5]Analysis of copy number variants in the cattle genome[J].James W.Kijas,William Barendse,Wes Barris,Blair Harrison,Russell McCulloch,Sean McWilliam,Vicki Whan.Gene.2011(1)

[6]Copy number variation and susceptibility to complex traits[J].Cesar P.Canales,KatherinaWalz.EMBO Mol Med.2011(1)

[7]The sheep genome reference sequence:a work in progress[J].A.L.Archibald,N.E.Cockett,B.P.Dalrymple,T.Faraut,J.W.Kijas,J.FMaddox,J.C.McEwan,V.Hutton Oddy,H.W.Raadsma,C.Wade,J.Wang,W.Wang,X.Xun.Animal Genetics.2010(5)

[8]刘佳森.绵羊全基因组CNV与部分性状的关联分析[D].中国农业科学院,2012.