罕见遗传变异关联性分析的统计方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81402765
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3011.流行病学方法与卫生统计
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

With advances and applications of next-generation sequencing technologies, there is increasing evidence that shows rare variants also play very important roles in many complex diseases and disorders. Developing appropriate statistical association approaches especially for rare variants has become an active research topic recently. Currently the burden test and sequence kernel association test (SKAT) are two types of methods that are commonly used for rare variants detection. However, the burden test has too strong assumption that all the rare variants are in the same direction of effects, accordingly is underpowered when both protective and deleterious effects are present. For SKAT there is lack of metrics to measure the contribution of rare variants to diseases, thus it is limited in practice. Motivated by these shortcomings, we propose the method of kernel machine learning based on likelihood ratio test from a perspective of mixed effects model. By assuming the effects of rare variants are random and using the representer theorem and point of view of Bayesian statistics, the association studies of rare variants are transformed into the variance component test for random effects. By doing this it will effectively overcome the issue of effect directionality encountered by the burden test. The likelihood ratio test and restricted likelihood ratio test will be constructed under the framework of kernel machine learning. Suitable kernel functions will be utilized to investigate the complicated nonlinear relationship between the rare variants and disease, and the variance component will be estimated and employed to measure the effects of rare variants. Additionally, we will integrate rare and common variants as well as their interaction to further improve the statistical power of association analysis. The proposed methods will be evaluated by extensive simulations and real life sequencing data, and compared to the burden test and SKAT. This study will develop novel and powerful statistical methods for the association analyses of rare variants and provide analytical tools and insights to understand better the genetic basis of diseases and the causes of missing heritability.
随着下一代测序技术的发展和应用,越来越多的证据表明罕见变异与复杂疾病密切相关,发展合适的罕见变异关联性分析方法成为现阶段研究热点。负荷检验和SKAT是现有的两种主要方法;然而,前者假设条件过强统计效能低,后者无法量化罕见变异与疾病的效应。本研究借助混合效应模型,提出在核机器学习框架下进行罕见变异关联性分析的设想,通过representer定理和贝叶斯观点,将关联性分析转化为随机效应方差成分的假设检验,并导出似然比和限制性似然比核机器学习方法,同时完善相应统计理论;通过核函数分析罕见变异与疾病之间的复杂关系,利用方差成分量化罕见变异效应。在此基础上,还将整合常见和罕见变异及其交互作用,以提高复杂疾病遗传关联分析的统计功效。本项目将通过实际数据和数值模拟评价新提出的方法,并与负荷检验和SKAT对比。本研究将发展高效新颖的罕见变异关联性分析方法,为深入理解疾病遗传基础和解释遗传缺失提供统计工具。

结项摘要

全基因组关联性研究主要侧重于常见变异(最小等位基因频率大于1%的遗传位点),取得了一批重要成果。然而,对许多复杂疾病而言,已发现的常见变异仅能解释极少一部分遗传度,没能取得预期的突破性进展。越来越多的证据表明,除常见变异外罕见变异同样在复杂疾病的发生发展过程中起着重要的作用,被认为是遗传缺失的重要原因。发现罕见关联位点对进一步深入认识复杂疾病的遗传风险、解释遗传缺失以及发展新的诊断技术和治疗方法具有重要意义。随着下一代测序技术的发展和应用,科学家们已经能够在全基因组或全外显子水平上精确检测低频的遗传位点,使得罕见变异关联性分析成为可能。发展高效灵敏的罕见变异关联性分析方法不但有利于进一步设计更加有效的GWAS研究,也是下一代基因测序工作的必然要求和当前统计遗传学面临的迫切任务之一。针对目前罕见变异关联性研究面临的统计学问题,本项目借助混合效应模型,提出在核机器学习框架下进行罕见变异关联性分析的设想,并导出似然比和限制性似然比检验方法。似然比或限制性似然比方法是得分函数之外的另一种统计检验理论,与负荷检验和SKAT相比,似然比检验具有以下优势:同时估计H0和H1条件下的模型,更加充分利用数据信息,能够进一步提高统计效能;能够量化罕见变异与疾病之间的效应,给出度量罕见变异相对重要性的客观指标,增强实际应用性。为了提高似然比检验的计算速度,我们发展了快速的近似算法;此外,基于混合效应模型,我们还研究了一组cis-SNP对基因表达的关联性分析和预测。本项目从理论研究、数值模拟、方法比较和实例分析等方面系统探索新提出的方法,解决了现有罕见变异关联性分析方法假设条件过强、统计效能不高和实际应用受限等问题,同时也完善似然比核机器学习统计推断理论框架,为GWAS数据和测序数据提供实用、高效和灵敏的关联性分析工具。本项目丰富和发展关联性分析理论,也对进一步深入理解疾病遗传基础和解释遗传缺失具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
混合效应模型中的方差成分检验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国卫生统计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾平;赵杨;陈峰
  • 通讯作者:
    陈峰
病例对照设计的似然比罕见变异关联性检验的构建和模拟评价
  • DOI:
    52(2):15-19
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    郑州大学学报(医学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾平;赵杨;陈峰;金英良;张耀东
  • 通讯作者:
    张耀东
Prediction of gene expression with cis-SNPs using mixed models and regularization methods
使用混合模型和正则化方法预测顺式 SNP 的基因表达
  • DOI:
    10.1186/s12864-017-3759-6
  • 发表时间:
    2017-05-11
  • 期刊:
    BMC Genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Zeng P;Zhou X;Huang S
  • 通讯作者:
    Huang S
Cis-SNPs Set Testing and PrediXcan Analysis for Gene Expression Data using Linear Mixed Model
使用线性混合模型对基因表达数据进行 Cis-SNP 集测试和 PrediXcan 分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ping Zeng;Ting Wang;Shuiping Huang
  • 通讯作者:
    Shuiping Huang
罕见遗传位点关联性分析的近似限制性似然比统计学习
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    现代预防医学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王婷;黄水平;赵杨;陈峰;金英良;赵华硕;曾平
  • 通讯作者:
    曾平

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其他文献

钽棒置入与腓骨支撑修复早期股骨头坏死
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    杨开;曾平;欧志学;赖崇荣;黄海滨;刘明伟;黄肖华;何伟
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    陈峰
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王华东
非创伤性股骨头坏死患者的中医证候及疼痛特点
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何晓铭;魏秋实;何伟;张庆文;曾平;庄至坤;张颖;杨帆;沈莹姗
  • 通讯作者:
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单振子双腔体压电泵的输出性能实验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    西安交通大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    曾平;程光明;吴丽萍;杨志刚;吴银柱
  • 通讯作者:
    吴银柱

其他文献

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基于贝叶斯非参数遗传预测的复杂疾病两阶段全转录组关联分析建模策略与统计方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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