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拷贝数目变异（Copy Number Variation, CNV）,指在拷贝数目上与参考基因组不同的长度>1kb的DNA片段,研究发现拷贝数目变异能够引起人类疾病或者和疾病相关联。但是由于检测技术的限制,当前绝大部分CNV并没有能在单碱基水平被精确地描述。随着新一代测序技术的迅猛发展,全基因组测序技术已经被证明是快速、高效、精确鉴定CNV的一种有效手段。拷贝数目变异在多发性骨软骨瘤（MO）的发病中起到了重要作用我们以MO中致病CNV的发现为模板,来探索CNV的结构特点和研究思路。多发性骨软骨瘤（multiple osteochondromas,MO, OMIM:213700）是一种骨骼发育异常疾病,表现为两个或以上长骨骨骺附近形成大小不等的骨性隆起。EXT1 （OMIM#608177）和EXT2 （OMIM#608210）是主要致病基因。目前,关于这两个基因的各种突变类型均有报道,但主要集中在点突变上,而对致病基因CNV的研究只占很少部分,且只有缺失CNV致病的报道。在探究MO病人致病原因的过程中,我们不但鉴定了点突变,还发现了致病拷贝数目变异,并且对CNV的断裂点和结构特点进行精确到单碱基水平的描述,揭示了CNV相关的突变复杂性。然后对于在MO家庭和Dent疾病病人缺失CNV中发现的突变复杂性我们扩大范围进行了探索,发现在CNV断裂点附近存在有微小变异是一个较为频繁的事件,并且阐述了可能的发生机制。此外,我们还对一个引起MO疾病的新的重复CNV进行了精确描述和研究,并且揭示了其潜在结构和突变机制。为此,我们对这上述问题进行了相应研究,本文将分两个章节进行讨论。第一章 精确鉴定26个缺失CNVs所揭示的突变复杂性和其突变机制本研究中,我们最初是为了探寻中国MO家庭的遗传学致病原因。我们共收集到12个MO家庭,通过对先证者致病基因EXT1（GeneBank NM000127.2）和EXT2（GeneBankNM207122.1）的所有外显子及外显子-内含子交界区序列进行PCR扩增和Sanger测序,来鉴定致病突变,我们检测到5个点突变（3个无义突变和2个移码突变）。然后对于Sanger测序筛查后为阴性的MO家庭和Dent疾病散发病人,我们采用连锁分析（Linkage analyses）、荧光原位杂交（Fluorescence in situ hybridization, FISH）、多重连接探针扩增技术（Multiplex ligation-dependent probe amplification, MLPA）（?）/或染色体微列阵分析技术（Chromosome microarray analysis, CMA）鉴定出3个未报道的致病缺失CNV。为了精确描述这些CNV,我们使用全基因组测序,建立一个基于已知软件的整合pipeline,最终成功地在单碱基水平上精确描述了这3个致病CNV。结果发现这3个致病CNV并不是简单的CNV,还存在额外的突变复杂性,包括断裂点连接处有插入序列、断裂点侧翼序列存在微小变异和断裂点处有微同源性序列,这些发现推动我们进一步探寻并精确描述了其他23个缺失CNV,来自于过去已报道的加拿大自闭症谱系家庭。对26个CNV的结果进行分析后发现,在缺失CNV断裂点侧翼区域存在微小变异是一个比较频繁发生的事件（5/26；19%）,这个特点是在人类缺失CNV中第一次被系统描述和报导。我们也揭示了缺失CNV的相关发生机制,表明“以远距离基因组区域的序列为模板对双链断裂（double strand breaks, DSBs）进行修复”这一机制可能是一个较频繁发生的修复机制。第二章精确鉴定引起多发性骨软骨瘤的重复CNV和其潜在结构和突变机制多发性骨软骨瘤（MO）是骨科最常见的常染色体显性单基因遗传病之一。近年来,发现拷贝数目变异（CNV）和MO的发病密切相关,并且正确描述CNV的结构特点及周围的变异复杂性是建立突变机制的先决条件。我们对进行常规Sanger测序筛查后,基因结果为阴性的一个三代家系进行研究,MLPA结果显示该家庭中携带一个新的EXTl基因的重复CNV,同时对先证者进行了全基因组测序（WGS）,并且准确描述了这一～230kb重复CNV的断裂点及其特征。此外,我们还发现了与重复CNV相关的突变复杂性,包括在断裂点处连接处存在一个22bp的插入序列,且在断裂点两端周围发现多个伴随存在的微小变异。进一步分析揭示了一个隐藏的结构,该基因组重排存在重复-反转的三倍-重复（duplication-inverted triplication-duplication, DUP-TRP/INV-DUP）结构,断裂点连接处的41bp插入序列是由重复CNV中一个附近的序列作为反向模板而合成。这些发现使得我们能够找出决定断裂引起的复制这一机制的起始（一个反向的Alu重复序列）和终止（一个三联体形成序列）结构,并提出一个修复复制相关的DNA双链断裂的可能模式。我们首次报道了EXTl基因中的重复CNV引起了MO的发生、发展,并且发现了重复CNV存在有突变复杂性。