CN105243299B - 一种检测cnv的精确断点及断点周围特征的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，包括以下步骤：使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，我们通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点；获取断点周围特征；本发明还公开了一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置；本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法及装置重点考虑到比对错误，测序错误及相似序列的存在等多种因素，帮助检测CNV的精确断点及断点周围特征。
Description
技术领域
本发明涉及CNV断点检测领域，尤其涉及一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法及装置。
背景技术
目前，有很多方法被用来检测CNV，比如split-read的方法(AGE，Pindel，ClipCrop)，paired-end的方法(BreakDancer，PEMer)，read-depth的方法(ReadDepth，CNVnator，CNV-seq)，sequence assembly的方法，及综合方法(DELLY:)，这些方法中很多可以达到单碱基水平的精度，并且具有很高的精确度和灵敏度。但是，受到很多因素的影响，比如mapping error，测序错误及存在microhomology的情况等，这些方法检测出来的断点与真实的精确断点还是具有几十bp的差异的。同时，很多检测CNV的方法都是针对检测全基因组的CNV来设计的，因此一般功能比较受局限，细节部分不能完善，不能同时检测断点周围特征(micro-mutations，insert sequence and microhomology等)，只能检测部分特征，比如Breakseq软件可以检测microhomology。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术的不足而提供了一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法。
本发明采用的技术方案为：一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，包括以下步骤：
使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点，若验证是，则进入下一步；
提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的参考基因组序列，构建成4000bp的新序列，同时把5’端上游2000bp、CNV以及3’端下游2000bp这段区间内的参考基因组序列提取出来作为第二个新序列；
提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的插入，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来，用于后续CNV产生及DNA修复机制的分析。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)中，CNV检测软件为Breakdancer、DELLY、CNVnator、CrestSV、Pindel、Breakseq中的至少两种。使用多个CNV检测软件，寻找出几乎一样或者离得极尽的CNV断点，即认为此断点为模糊的CNV断点，这样可以提高精确的CNV断点检测的准确率。
作为对上述技术方案的更进一步改进，所述步骤1)中，CNV检测软件为Breakdancer、DELLY和CNVnator。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述断点周围特征包括微同源(microhomologies)、插入(insertions)和微突变(micro-mutations)。
本发明的目的之二是提供了一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置。
本发明采用的技术方案为：一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置，包括：
模糊CNV断点检测模块，用于使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
异常read pairs提取模块，与所述模糊CNV断点检测模块相连，用于提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
精确CNV断点获取模块，与所述异常read pairs提取模块相连，用于找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
精确CNV断点验证模块，与所述精确CNV断点获取模块相连，用于根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点；
新序列建立模块，与所述精确CNV断点验证模块相连，用于提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的参考基因组序列，构建成4000bp的新序列，同时把5’端上游2000bp、CNV以及3’端下游2000bp这段区间内的参考基因组序列提取出来作为第二个新序列；
断点周围特征获取模块，与所述新序列建立模块相连，用于提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的insertions，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来，用于后续CNV产生及DNA修复机制的分析。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY、CNVnator、CrestSV、Pindel、Breakseq中的至少两种。使用多个CNV检测软件，寻找出几乎一样或者离得极尽的CNV断点，即认为此断点为模糊的CNV断点，这样可以提高精确的CNV断点检测的准确率。
作为对上述技术方案的更进一步改进，所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY和CNVnator。
作为对上述技术方案的进一步改进，所述断点周围特征包括微同源(microhomologies)、插入(insertions)和微突变(micro-mutations)。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明的检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法重点考虑到比对错误，测序错误及相似序列的存在等多种因素，帮助检测CNV的精确断点及断点周围特征(microhomologies,insertions和micro-mutations)。这些详细的信息可帮助研究者进行临床诊断及验证，帮助病人知道详细的CNV的变异信息，同时可帮助科学家研究CNV的发生机制及DNA的修复机制。
附图说明
图1是本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中使用breakdancer、delly和cnvnator软件确定模糊CNV断点的过程示意图；
图3是本发明实施例中确定精确的CNV断点的过程示意图；
图4是本发明实施例中验证样本两端CNV断点是否正常的过程示意图；
图5是本发明实施例中获取断点周围特征的过程示意图；
图6是本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法和装置，本发明重点考虑到比对错误，测序错误及相似序列的存在等多种因素，帮助检测CNV的精确断点及断点周围特征(microhomologies,insertions和micro-mutations)。
图1是本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法的流程示意图。
如图1所示，本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法包括以下步骤：
S102、使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
已知的CNV检测软件均可在此使用，CNV检测软件软件可为Breakdancer、DELLY、CNVnator、CrestSV、Pindel、Breakseq，但不限于以上几种；此步骤中得到断点是比较模糊的断点，一般与精确断点相差0-100bp左右；
S104、提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
异常的read pairs指的是异常的insert size，一端比对上同时一端被截断的read pairs，一端比对到另外一条染色体上的read pairs，一端比对上同时一端比对不上的read pairs，异常正负链等；
S106、找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
S108、根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点，若验证是，则进入下一步；由于断点那里容易出现比对异常，会出现mapping error及microhomologies，还需要进行以下步骤的微调；
S110、提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的参考基因组序列，构建成4000bp的新序列，同时把5’端上游2000bp，CNV，及3’端下游2000bp这段区间内的参考基因组序列提取出来作为第二个新序列；
S112、提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的插入，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来，用于后续CNV产生及DNA修复机制的分析。
在本发明的步骤S110，通过构建两条序列来模拟真实样本体内此段的情况，进行比对的时候，就能更加清楚的看到想要的断点信息及周围特点信息；步骤S112中，利用精确的CNV断点周围所有的read pairs去比对，相对于用异常的read pairs去比对，可以获得更为全面的信息。
本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法是为了检测CNV的精确断点及断点周围特征，包括微同源(microhomologies)、插入(insertions)和微突变(micro-mutations)，同时检测插入(insertion)的来源。本方法可用于检测Deletion，串联重复的断点处的精确断点及周围特征。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
该实施例包括以下步骤：
第一步：确定模糊CNV断点
用DELLY、Breakdancer和CNVnator来预测模糊的CNV断点，预测结果如图2所示；
第二步：确定精确的CNV断点
1)提取模糊CNV断点周围异常read pairs；
2)我们重点看“一端比对上同时一端被截断的read pairs”，这样的read pairs对，尤其是存在于第一步得到的模糊CNV断点附近，并且具有超过3个被截断超过10bp的高质量的reads，我们通过计算read的mapping部分及被剪切部分，就能得到精确的CNV断点，如图3所示；
3)确定两个精确CNV断点后，用异常的insert size的read pairs来验证样本两端CNV断点是否正常，若显示正常(如图4所示)，可以把异常的insert size的read pairs比对样本的reference上面；
第三步：精确断点及周围特征的确定
1)提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的reference序列，构建成4000bp的第一条序列，同时把5’端上游2000bp，CNV，及3’端下游2000bp这段区间内reference的提取出来作为第二条序列；
2)提取断点周围所有的read pairs。用BWA把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异。对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征。如图这个案例中我们发现了5bp的insertion(TCTTG)及断点的侧翼序列上面有个CC的插入变异，如图5所示。
图6是本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置的结构示意图。
如图6所示，本发明检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置包括：
模糊CNV断点检测模块1，用于使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
异常read pairs提取模块2，与所述模糊CNV断点检测模块1相连，用于提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
精确CNV断点获取模块3，与所述异常read pairs提取模块2相连，用于找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，我们通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
精确CNV断点验证模块4，与所述精确CNV断点获取模块3相连，用于根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点；
新序列建立模块5，与所述精确CNV断点验证模块3相连，用于提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的reference序列，构建成4000bp的新序列，同时把5‘端上游2000bp，CNV，及3’端下游2000bp这段区间内reference的提取出来作为第二个新序列；
断点周围特征获取模块6，与所述新序列建立模块5相连，用于提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的insertions，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来，用于后续CNV产生及DNA修复机制的分析。
优选地，CNV检测软件为Breakdancer、DELLY和CNVnator。
优选地，所述断点周围特征包括微同源(microhomologies)、插入(insertions)和微突变(micro-mutations)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，其特征在于：包括以下步骤：
使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
根据异常的insert size的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点，若验证是，则进入下一步；
提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的参考基因组序列，构建成4000bp的新序列，同时把5’端上游2000bp、CNV以及3’端下游2000bp这三段区间内的参考基因组序列提取出来作为第二个新序列；
提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的插入，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来。
2.根据权利要求1所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，其特征在于：所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY、CNVnator、CrestSV、Pindel、Breakseq中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，其特征在于：所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY和CNVnator。
4.根据权利要求1所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的方法，其特征在于：所述断点周围特征包括微同源、插入和微突变。
5.一种检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置，其特征在于：包括：
模糊CNV断点检测模块，用于使用已知的CNV检测软件检测模糊的CNV断点；
异常read pairs提取模块，与所述模糊CNV断点检测模块相连，用于提取模糊的CNV断点周围异常的read pairs；
精确CNV断点获取模块，与所述异常read pairs提取模块相连，用于找出一端比对上而另一端被截断的read pairs，当这样的read pairs位于断点附近且有超过3个被截断超过10bp的高质量reads时，通过计算高质量reads的mapping部分及被剪切部分，即可得到两个精确的CNV断点；
精确CNV断点验证模块，与所述精确CNV断点获取模块相连，用于根据异常的insertsize的read pairs来验证两个精确的CNV断点是否是目标CNV的两个断点；
新序列建立模块，与所述精确CNV断点验证模块相连，用于提取5’端上游及3’端下游，各2000bp的参考基因组序列，构建成4000bp的新序列，同时把5’端上游2000bp、CNV以及3’端下游2000bp这三段区间内的参考基因组序列提取出来作为第二个新序列；
断点周围特征获取模块，与所述新序列建立模块相连，用于提取精确的CNV断点周围所有的read pairs，把read pairs比对到这两条新序列上面来重新检测变异，对于重新检测的变异，结合新序列的在染色体的物理坐标，得到断点周围特征；对于精确的CNV断点连接处的插入，用blast在这条染色体上进行搜索，并将精确的CNV断点附近的匹配结果提取出来。
6.根据权利要求5所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置，其特征在于：所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY、CNVnator、CrestSV、Pindel、Breakseq中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置，其特征在于：所述CNV检测软件为Breakdancer、DELLY和CNVnator。
8.根据权利要求5所述的检测CNV的精确断点及断点周围特征的装置，其特征在于：所述断点周围特征包括微同源、插入和微突变。
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