Naukowcy rozszerzają badania nad owadami za pomocą edycji genomu

Sekwencjonowanie genomu, w ramach którego naukowcy wykorzystują metody laboratoryjne do określenia składu genetycznego konkretnego organizmu, stało się powszechną praktyką w badaniach nad owadami. Lepsze zrozumienie biologii owadów pomaga naukowcom lepiej zarządzać owadami, zarówno tymi, które przynoszą korzyści ekosystemowi, jak i tymi, które szkodzą dostawom żywności i zagrażają zdrowiu ludzkiemu poprzez przenoszenie chorób.

Naukowcy opracowali metodę przepływu pracy, zwaną Fanflow4Insects, która wyjaśnia funkcje genów u owadów. W adnotacji funkcjonalnej naukowcy gromadzą informacje o biologicznej tożsamości genu. Nowa metoda zespołu wykorzystuje pisemne informacje o sekwencjach oraz bazy danych genomów i sekwencji białek. Dzięki Fanflow4Insects zespół przedstawił informacje funkcjonalne japońskiego patyczaka i jedwabnika, w tym ekspresję genów oraz analizę sekwencji. Informacje o adnotacjach funkcjonalnych dostarczane przez przepływ pracy znacznie rozszerzą możliwości badań w entomologii przy użyciu edycji genomu.

Zespół, w skład którego wchodzą naukowcy z Hiroshima University, Tokyo University of Agriculture and Technology oraz RIKEN Center for Integrative Medical Sciences, opublikował 27 czerwca w czasopiśmie metodę Fanflow4Insects. owady.

Owady są tak różnorodne i liczne, że naukowcy potrzebują sposobu na badanie ich na dużą skalę. To skłoniło naukowców do rozpoczęcia prac nad sekwencjonowaniem genomu owada. Do maja 2022 roku naukowcy odszyfrowali i zarejestrowali genomy około 3000 gatunków owadów. Wykorzystują również technologię sekwencjonowania o długim czasie odczytu, aby jeszcze bardziej przyspieszyć sekwencjonowanie genomu owada.

Sekwencjonowanie nowej generacji ułatwiło naukowcom dekodowanie genomów wielu owadów wraz z ich sekwencjami transkryptomu. Jednak biologiczna interpretacja tych sekwencji pozostaje głównym wąskim gardłem w analizie transkryptomu. Transkrypt to suma cząsteczek RNA organizmu. Analiza transkryptomu jest ważnym pierwszym krokiem w adnotacji funkcjonalnej, która służy jako ważny przewodnik przy wyborze celów edycji genomu.

Ponieważ niektóre owady mają genomy większe niż genom ludzki, trudny proces sekwencjonowania całego genomu jest bardziej złożony. Dlatego naukowcy wykorzystują sekwencjonowanie transkryptomu przy użyciu technologii sekwencjonowania nowej generacji, znanej również jako sekwencjonowanie RNA, jako narzędzia do oceny owadów o dużym rozmiarze genomu. Dzięki temu potężnemu narzędziu naukowcy mogą skutecznie zidentyfikować dziesiątki tysięcy potencjalnych genów w danej tkance, gromadząc dziesiątki milionów odczytów. Następnie łączą sekwencje genetyczne w jednostki transkrypcyjne w celu identyfikacji. Jednak ten rodzaj analizy zależy od dostępu naukowców do kompleksowych zbiorów danych i adnotacji funkcjonalnych. Bazy danych istnieją, ale nie są w stanie nadążyć za wzrostem sekwencji genomu owadów.

Ponieważ analiza transkrypcji staje się coraz bardziej popularna, wiele grup badawczych prowadzi własne potoki, z informacjami o jednostkach transkrypcyjnych z różnych badań.

Zgłaszane na podstawie badania po badaniu. Te potoki to zestawy algorytmów używanych do przetwarzania danych sekwencji genomu. Ale naukowcy potrzebują sposobu na włączenie wyjaśnień funkcjonalnych ze wszystkich różnych grup prowadzących tego rodzaju badania do publicznych baz danych.

W bieżących badaniach zespół badawczy wykorzystał nowo opracowany Fanflow4Insects do stworzenia funkcjonalnego potoku dla adnotacji jedwabników. Następnie naukowcy przetestowali również Fanflow4Insects pod kątem kopii japońskiego patyczaka. „Adnotacja funkcjonalna jest jednym z najważniejszych procesów przyspieszających selekcję genów docelowych po zdekodowaniu genomu lub transkryptu organizmu docelowego. Informacje o adnotacjach funkcjonalnych uzyskane dzięki przepływowi pracy Fanflow4Insects znacznie rozszerzą możliwości badań w entomologii z wykorzystaniem edycji genomu” Hidemasa Bonoprofesor Podyplomowa Szkoła Zintegrowanych Nauk Przyrodniczych na Uniwersytecie w Hiroszimie, pierwszy autor i korespondent w artykule.

Fanflow4Insects Insect Workflow jest otwarty na GitHub i jest swobodnie dostępny. W połączeniu z funkcjonalną adnotacją pochodną ekspresji, dane z Fanflow4Insects można zastosować do porównawczego badania owadów o różnych fenotypach. „Za pomocą Fanflow4Insects będziemy opisywać owady, które wytwarzają przydatne substancje. Ostatecznym celem tego badania jest umożliwienie projektowania sieci molekularnych owadów za pomocą symulacji komputerowych” – powiedział Bono.

W skład zespołu badawczego wchodzi Hidemasa Bono z Uniwersytetu w Hiroszimie. Takuma Sakamoto i Hiroko Tabunoki, Uniwersytet Rolnictwa i Technologii w Tokio; i Takeya Kasukawa, RIKEN Center for Integrative Medical Sciences.

Badanie zostało sfinansowane przez Japońskie Stowarzyszenie Promocji Kakenhi Grant Promotion, otwartą innowacyjną platformę współtworzenia przemysłu i środowiska akademickiego (COI-NEXT), Japońską Agencję ds. Nauki i Technologii oraz ROIS-DS-JOINT.