Advancing long-read nanopore genome assembly and accurate variant calling for rare disease detection

纳米孔 纳米孔测序 基因组 计算生物学 疾病 计算机科学 进化生物学 生物 遗传学 纳米技术 基因 医学 材料科学 病理
作者
Shloka Negi,Sarah L. Stenton,Seth Berger,Brandy McNulty,Ivo Violich,Joshua Gardner,Todd Hillaker,Sara M. O’Rourke,Melanie O’Leary,Elizabeth Carbonell,Christina Austin‐Tse,Gabrielle Lemire,Jillian Serrano,Brian Mangilog,Grace E. VanNoy,Mikhail Kolmogorov,Éric Vilain,Anne O’Donnell‐Luria,Emmanuèle C. Délot,Karen H. Miga
出处
期刊:Cold Spring Harbor Laboratory - medRxiv 被引量:2
标识
DOI:10.1101/2024.08.22.24312327
摘要

Abstract More than 50% of families with suspected rare monogenic diseases remain unsolved after whole genome analysis by short read sequencing (SRS). Long-read sequencing (LRS) could help bridge this diagnostic gap by capturing variants inaccessible to SRS, facilitating long-range mapping and phasing, and providing haplotype-resolved methylation profiling. To evaluate LRS’s additional diagnostic yield, we sequenced a rare disease cohort of 98 samples, including 41 probands and some family members, using nanopore sequencing, achieving per sample ∼36x average coverage and 32 kilobase (kb) read N50 from a single flow cell. Our Napu pipeline generated assemblies, phased variants, and methylation calls. LRS covered, on average, coding exons in ∼280 genes and ∼5 known Mendelian disease genes that were not covered by SRS. In comparison to SRS, LRS detected additional rare, functionally annotated variants, including SVs and tandem repeats, and completely phased 87% of protein-coding genes. LRS detected additional de novo variants, and could be used to distinguish postzygotic mosaic variants from prezygotic de novos . Eleven probands were solved, with diverse underlying genetic causes including de novo and compound heterozygous variants, large-scale SVs, and epigenetic modifications. Our study demonstrates LRS’s potential to enhance diagnostic yield for rare monogenic diseases, implying utility in future clinical genomics workflows.
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