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数据与分析

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更新于 10-16 04:03

技能介绍

用途

该技能用于处理和分析 VCF 数据,结合本地生物信息学计算与 ToolUniverse 数据库集成,回答生物信息学分析问题,包括突变分类、变异过滤、临床注释以及结构变异(SV/CNV)解读。

资料的触发条件包括:用户提供 VCF 文件(SNV/indel 或 SV)并询问其内容;VAF 过滤问题;突变类型分类查询;结构变异解读请求;变异注释请求(ClinVar、gnomAD、CADD、dbSNP);使用 ClinGen 剂量敏感性进行 CNV 致病性评估;队列比较问题;群体频率过滤;内含子/基因间变异过滤;基因剂量敏感性查询。

主要能力

  • VCF 解析:纯 Python + cyvcf2 解析器,支持 VCF 4.x、gzip 压缩、多样本、SNV/indel/SV。
  • 突变分类:将 SO 术语、SnpEff ANN、VEP CSQ、GATK Funcotator 映射为标准类型。
  • VAF 提取:处理 AF、AD、AO/RO、NR/NV、INFO AF 等格式。
  • 过滤:VAF、深度、质量、PASS、变异类型、突变类型、后果、染色体、SV 大小。
  • 统计:Ti/Tv 比值、每样本 VAF/深度统计、突变类型分布、SV 大小分布。
  • 注释:MyVariant.info(聚合 ClinVar、dbSNP、gnomAD、CADD、SIFT、PolyPhen)。
  • SV/CNV 分析:gnomAD SV 群体频率、DGVa/dbVar 已知 SV、ClinGen 剂量敏感性。
  • 临床解读:基于单倍剂量不足(haploinsufficiency)/三倍剂量敏感(triplosensitivity)评分的 ACMG/ClinGen CNV 致病性分类。
  • DataFrame:转换为 pandas 进行高级分析。
  • 报告:带表格和统计的 Markdown 报告、SV 临床报告。

使用方式(工作流)

阶段 1:解析 VCF。使用纯 Python 解析器或 cyvcf2 解析器,提取 CHROM、POS、REF、ALT、QUAL、FILTER、INFO、FORMAT、样本信息,以及每样本 GT、VAF、深度,并从 INFO 提取注释(ANN、CSQ、FUNCOTATION),检测变异类别(SNV/indel 与 SV/CNV)。

阶段 2:分类变异。识别变异类型(SNV、INS、DEL、MNV、COMPLEX、SV)、突变类型(错义、无义、同义、移码、剪接等)、影响程度(HIGH、MODERATE、LOW、MODIFIER)以及 SV 类型(DEL、DUP、INV、BND、CNV)。

阶段 3:应用过滤器。支持 VAF 范围、最低读段深度、质量阈值、仅 PASS、变异/突变类型纳入或排除、后果排除(内含子、基因间)、群体频率范围、染色体选择、SV 大小范围。

阶段 4:计算统计。包括变异类型分布、突变类型分布、影响分布、染色体分布、Ti/Tv 比值(针对 SNV)、每样本 VAF/深度统计、基因突变计数、SV 大小分布。

阶段 5:使用 ToolUniverse 注释(可选)。通过 MyVariant.info、dbSNP、gnomAD、Ensembl VEP 获取临床意义、群体频率、致病性评分和后果预测。资料建议先用 rsID 注释,使用 MyVariant.info 做批量注释,并将注释数量限制在 50–100 以尊重速率限制。

阶段 6:生成报告或回答问题。输出带表格的 Markdown 报告、针对具体问题的直接回答或用于下游分析的 DataFrame。

阶段 7:结构变异与 CNV 分析(若检测到 SV/CNV)。使用 gnomAD SV 群体频率注释、查询 DGVa/dbVar 已知 SV、识别受影响基因、查询 ClinGen 剂量敏感性(HI/TS 评分)、按 ACMG/ClinGen 指南分类致病性(致病/可能致病/VUS/良性),并生成 SV 临床报告。

常用模式

  • 快速 VCF 摘要:解析 VCF,计算统计,生成报告。
  • 过滤分析:解析 VCF,应用多条件过滤,对过滤后集合计算统计。
  • 注释报告:解析 VCF,对头部变异进行 ClinVar/gnomAD/CADD 注释,生成临床报告。
  • BixBench 问题回答:解析 VCF,应用特定过滤,计算针对性统计以回答精确问题。
  • 队列比较:解析多个 VCF,比较不同队列的突变频率。

资料还给出 pandas 与 python_implementation 的选用建议:pandas 适用于把 VCF 读为平面表、自定义聚合、与其他数据连接、探索性分析和导出 CSV/Excel;python_implementation 适用于生产级 VCF 解析、提取 INFO 注释、每样本 VAF/深度提取、突变类型分类、标准变异统计和与 ToolUniverse 注释集成。建议先用 python_implementation 解析和分类,再转换为 DataFrame 做自定义分析。

限制

  • 突变分类需要 VCF 注释:若 INFO 中没有 ANN/CSQ/FUNCOTATION,突变类型将显示为“unknown”,直到应用 ToolUniverse 注释。
  • 多等位基因变异:解析器在类型分类时取第一个 ALT 等位基因。
  • ToolUniverse 注释速率:基于 API,默认每批限约 100 个变异以尊重速率限制。
  • gnomAD 工具仅返回基本元数据(非完整等位基因频率);gnomAD AF 请使用 MyVariant.info。
  • 大 VCF:纯 Python 解析器逐行流式读取;对超过 100K 变异的文件建议使用 cyvcf2。

资料另列出参考文档(vcf_filtering.md、mutation_classification_guide.md、annotation_guide.md、sv_cnv_analysis.md)、工具脚本(parse_vcf.py、filter_variants.py、annotate_variants.py)以及 QUICK_START.md 中的快速上手内容。