Introduction: Massively parallel sequencing of mitogenomes usually requires prior amplification. The PCR step may influence the quality of the data obtained, especially when low-level heteroplasmy detection is applied.

Aim: The aim of this study was to compare the reliability of two different DNA polymerases in detecting homoplasmic and heteroplasmic substitutions in human mitogenomes.

Materials and Methods: Mitogenomes of five samples were amplified with Long PCR Enzyme Mix from Fermentas or TaKaRa LA Taq DNA Polymerase from TaKaRa. Then, NexteraTM XT DNA libraries were sequenced on MiSeq FGx platform (Illumina). mtDNA substitutions were called for alternative variants above the 1% level.

Results: All homoplasmic substitutions detected in amplicons generated with polymerases studied here and sequenced on MiSeq FGx system were consistently identified as homoplasmies with alternative sequencing methods. TaKaRa LA Taq DNA Polymerase was found to be less accurate in low-level heteroplasmy detection than Long PCR Enzyme Mix enzyme as more false negative and false positive results were observed for minority variants called above the 1% level. Nevertheless, both PCR systems studied can be successfully used to detect authentic mtDNA substitutions, for which minority variants exceed the 3.61% level assuming at least 10,000x coverage and sequencing Nextera XT DNA libraries on MiSeq FGx machine.

Conclusions: The accuracy and sensitivity of point heteroplasmy detection with the MiSeq FGx instrument varies on polymerase used for mtDNA amplification. Therefore, it is recommended to validate the laboratory protocols used for mtDNA substitution detection prior to their implementation for the forensic or medical genetics purposes.

Wstęp: Wysokoprzepustowe sekwencjonowanie genomów mitochondrialnych wymaga zazwyczaj wcześniejszej amplifikacji tego materiału genetycznego. Etap PCR może wpływać na jakość uzyskanych danych, szczególnie, gdy stosuje się detekcję heteroplazmii na niskim poziomie.

Cel: Celem niniejszego opracowania było porównanie wiarygodności detekcji homoplazmatycznych i heteroplazmatycznych substytucji w ludzkich genomach mitochondrialnych zamplifikowanych z wykorzystaniem dwóch różnych polimeraz.

Materiał i metody: Pełne genomy mitochondrialne zamplifikowano przy użyciu Long PCR Enzyme Mix z Fermentas lub TaKaRa LA Taq DNA Polymerase z TaKaRa. Biblioteki przygotowano z wykorzystaniem Nextera XT DNA libraries i zsekwencjonowano przy użyciu platformy MiSeq FGx (Illumina). Substytucje w mtDNA identyfikowano dla wariantów mniejszościowych na poziomie powyżej 1%.

Wyniki: Wszystkie substytucje homoplazmatyczne wykryte w produktach PCR zamplifikowanych przy użyciu badanych polimeraz i zsekwencjonowanych na MiSeq FGx były identyfikowane jako homoplazmie za pomocą alternatywnych metod sekwencjonowania. Zaobserwowano, że TaKaRa LA Taq DNA Polymerase jest mniej precyzyjna w detekcji heteroplazmii na niskim poziomie niż enzym Long PCR Enzyme Mix, ponieważ wprowadza więcej fałszywie negatywnych i fałszywie pozytywnych wyników dla wariantów mniejszościowych powyżej poziomu 1%. Niemniej jednak, obie badane polimerazy są tak samo skuteczne w wykrywaniu autentycznych substytucji w mtDNA, dla których warianty mniejszościowe przekraczają poziom 3,61%, zakładając co najmniej 10 000 – krotne pokrycie i sekwencjonowanie bibliotek Nextera XT DNA libraries przy użyciu MiSeq FGx.

Wnioski: Wiarygodność i czułość detekcji heteroplazmii punktowych przy użyciu MiSeq FGx zależy od polimerazy używanej do amplifikacji mtDNA. W związku z tym, zalecane jest zweryfikowanie protokołów laboratoryjnych używanych do detekcji substytucji w mtDNA przed ich zastosowaniem w celach medycznych lub sądowych.