استفاده از ویرایش ژنوم برای گسترش امکانات تحقیقات حشره شناسی



توالی ژنوم، که در آن دانشمندان از روش های آزمایشگاهی برای تعیین ساختار ژنتیکی یک ارگانیسم خاص استفاده می کنند، در حال تبدیل شدن به یک عمل رایج در تحقیقات حشرات است. درک بیشتر از بیولوژی حشرات به دانشمندان کمک می کند تا حشرات را بهتر مدیریت کنند، چه آنهایی که برای اکوسیستم مفید هستند و چه آنهایی که به عرضه مواد غذایی آسیب می رسانند و با حمل بیماری ها سلامت انسان را تهدید می کنند.

محققان روشی به نام Fanflow4Insects ایجاد کرده اند که عملکرد ژن ها را در حشرات شرح می دهد. در حاشیه نویسی عملکردی، دانشمندان اطلاعات مربوط به هویت بیولوژیکی یک ژن را جمع آوری می کنند. روش جدید این تیم از اطلاعات توالی رونویسی شده و همچنین پایگاه داده های توالی ژنوم و پروتئین استفاده می کند. با Fanflow4Insects، این تیم اطلاعات عملکردی حشره چوب ژاپنی و کرم ابریشم، از جمله بیان ژن و همچنین تجزیه و تحلیل توالی را شرح داده است. اطلاعات حاشیه نویسی عملکردی که گردش کار آنها فراهم می کند، امکان تحقیقات حشره شناسی با استفاده از ویرایش ژنوم را تا حد زیادی گسترش می دهد.

این تیم با دانشمندانی از دانشگاه هیروشیما، دانشگاه کشاورزی و فناوری توکیو و مرکز علوم پزشکی یکپارچه RIKEN، روش Fanflow4Insects خود را در 27 ژوئن در مجله منتشر کردند. حشرات.

حشرات آنقدر متنوع و فراوان هستند که دانشمندان به روشی برای مطالعه آنها در مقیاس وسیع نیاز دارند. این همان چیزی است که دانشمندان را بر آن داشت تا کار روی تعیین توالی ژنوم حشرات را آغاز کنند. از ماه می 2022، دانشمندان ژنوم حدود 3000 گونه حشره را رمزگشایی و ثبت کرده بودند. آنها همچنین از فناوری توالی یابی طولانی مدت برای تسریع بیشتر سرعت توالی یابی ژنوم حشرات استفاده می کنند.

توالی یابی نسل بعدی رمزگشایی ژنوم حشرات متعدد همراه با توالی رونوشت آنها را برای محققان آسان تر کرده است. با این حال، تفسیر بیولوژیکی این توالی ها به عنوان یک گلوگاه اصلی تحلیل رونوشت باقی می ماند. رونوشت مجموع مولکول های RNA موجودات زنده است. تجزیه و تحلیل رونوشت اولین گام مهم در حاشیه نویسی عملکردی است که به عنوان یک سرنخ مهم برای انتخاب اهداف ویرایش ژنوم عمل می کند.

از آنجایی که برخی از حشرات دارای ژنوم بزرگتر از ژنوم انسان هستند، فرآیند دشوار توالی یابی کل ژنوم حتی پیچیده تر است. بنابراین دانشمندان از توالی یابی رونوشت با فناوری توالی یابی نسل بعدی، که توالی یابی RNA نیز نامیده می شود، به عنوان ابزاری برای ارزیابی حشرات بزرگ با اندازه ژنوم استفاده می کنند. با استفاده از این ابزار قدرتمند، دانشمندان می توانند ده ها هزار ژن ممکن را در یک بافت خاص با جمع آوری ده ها میلیون خوانش به طور موثر شناسایی کنند. سپس توالی‌های ژن را در واحدهای رونویسی برای شناسایی جمع‌آوری می‌کنند. اما این نوع تجزیه و تحلیل به دسترسی دانشمندان به مجموعه داده های جامع و حاشیه نویسی عملکردی آنها بستگی دارد. پایگاه های داده وجود دارد، اما نمی توانند با افزایش توالی ژنوم حشرات همگام شوند.

همانطور که تجزیه و تحلیل رونویسی محبوب تر می شود، بسیاری از گروه های تحقیقاتی خطوط لوله خود را اجرا می کنند و اطلاعات مربوط به واحدهای رونویسی از مطالعات مختلف بر اساس مطالعه به مطالعه گزارش می شود. این خطوط لوله مجموعه‌ای از الگوریتم‌هایی هستند که برای پردازش داده‌های توالی‌یابی ژنوم استفاده می‌شوند. اما دانشمندان به راهی برای ادغام حاشیه نویسی عملکردی از همه گروه های مختلف که این نوع تحقیقات را انجام می دهند در پایگاه های داده عمومی نیاز دارند.

در این مطالعه فعلی، تیم تحقیقاتی از Fanflow4Insects جدید توسعه یافته خود برای ایجاد یک خط لوله حاشیه نویسی کاربردی برای کرم ابریشم استفاده کردند. سپس محققان همچنین Fanflow4Insects را برای رونوشت‌های حشره چوب ژاپنی آزمایش کردند. حاشیه نویسی عملکردی یکی از مهم ترین فرآیندها برای تسریع در انتخاب ژن های هدف پس از رمزگشایی ژنوم یا رونویسی ارگانیسم هدف است. اطلاعات حاشیه نویسی عملکردی به دست آمده توسط گردش کار Fanflow4Insects امکان تحقیقات حشره شناسی با استفاده از ویرایش ژنوم را به میزان زیادی گسترش می دهد.


هیدماسا بونو، استاد دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم یکپارچه برای زندگی در دانشگاه هیروشیما، و اولین و نویسنده مرتبط در این مقاله

گردش کار Fanflow4Insects برای حشرات آشکارا در GitHub توسعه یافته است و به صورت رایگان در دسترس است. در رابطه با حاشیه نویسی عملکردی به دست آمده از بیان، داده های Fanflow4Insects را می توان برای مطالعه مقایسه ای حشرات با فنوتیپ های متمایز به کار برد. بونو گفت: “با استفاده از Fanflow4Insects، ما قصد داریم حشراتی را که مواد مفید تولید می کنند حاشیه نویسی کنیم. هدف نهایی این مطالعه ایجاد امکان طراحی شبکه های مولکولی در حشرات با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری است.”

تیم تحقیقاتی شامل Hidemasa Bono، دانشگاه هیروشیما. تاکوما ساکاموتو و هیروکو تابونوکی، دانشگاه کشاورزی و فناوری توکیو؛ و تاکیا کاسوکاوا، مرکز RIKEN برای علوم پزشکی یکپارچه.

این تحقیق توسط یک انجمن ژاپن برای ترویج علم کمک مالی کاکنهی، یک پلت فرم نوآوری باز برای ایجاد مشترک صنعت و دانشگاه (COI-NEXT)، آژانس علم و فناوری ژاپن، و ROIS-DS-JOINT تامین شده است.

منبع:

مرجع مجله:

بونو، اچ.، و همکاران (2022) گردش کار حاشیه نویسی عملکردی سیستماتیک برای حشرات. حشرات. doi.org/10.3390/insects13070586.



منبع