Tyrėjai surinko 16 genomų be klaidų

Tyrėjai surinko 16 genomų be klaidų

Nuotrauka: Kakapo_Sirocco Dar visai neseniai nebuvo patikimos nykstančios Kakapo genomo sekos.
peržiūrėti daugiau

Kreditas: Chrisas Birmingamas, CC BY 2.0

Neskraidantis kakapo Naujojoje Zelandijoje turi bėdų. Sunkiausia pasaulyje papūga, kuri yra viena seniausių papūgų šeimos medžio šakų, beveik išnyko, o keturiose mažose salose krūmais braidžioja mažiau nei 200 suaugusių papūgų. Ar paskutinis kakapo turi genetinį lankstumą išgyventi, yra klausimas, į kurį gali atsakyti tik aukštos kokybės genomo analizė.

Tačiau kakapo neturi aukštos kokybės genomo rinkinio, o dauguma iš 70 000 šiandien išgyvenančių stuburinių rūšių neegzistuoja.

Į klausimą, kaip geriausiai užkirsti kelią rūšių, nuo neskraidančių kakapo iki mielų mažagalvių delfinų, išnykimo, neatsakyta. Ar dėl giminystės šios populiacijos genetiškai negali išgyventi? Žmonės yra vienintelė priežastis, kodėl šie gyvūnai yra ant išnykimo slenksčio, ar jų DNR sunaikino gamta?

Sprendimas yra Vertebrate Genome Project – ambicingas projektas, kurio tikslas – sukurti aukštos kokybės etaloninius genomus kiekvienai esamai stuburinių rūšiai. Dabar savo pavyzdiniame tyrime, paskelbtame žurnale Nature, jie pasiūlė metodus ir principus, kaip nustatyti ir surinkti aukštos kokybės etaloninius genomus.

Komanda taikė šį metodą ir principą, kad sukurtų 16 aukštos kokybės etaloninių genomų, iš kurių vienas yra nykstantis kakapo, kad padėtų atskleisti, ar jis pakankamai stiprus, kad atkurtų savo populiaciją. Tyrėjai išsiaiškino, kad nuo paskutinio ledynmečio, daugiau nei prieš 10 000 metų, labai mažas skaičius nykstančių kakapo ir vaquita gali išgyventi mažą praeities skaičių, pašalindami kenksmingas mutacijas, sukeliančias ligas giminingų veislių metu. Kol žmonės nenužudys daugiau paskutinių likusių gyvūnų, aukštos kokybės etaloninių genomų atradimas suteikia šioms rūšims vilties, kad šios rūšys gali išgyventi iš mažiau nei 100 individų.

„Mes tai vadiname „virtuvės kriauklės metodu“, jungiančiais kelių biotechnologijų įmonių įrankius, kad sukurtume šį aukštos kokybės genomo surinkimo vamzdyną“, – sakė Rokfelerio stuburinių genomo projekto vadovas Erichas D. Jarvisas. „Nykstančios rūšys yra pirmosios, kurioms naujosios technologijos naudingos, nes nors apsauga nėra mano tyrimų sritis, manau, kad tai yra etinė atsakomybė.

Kova su žemos kokybės genomais

Aukštos kokybės etaloniniai genomai egzistuoja tik laboratorinių mokslų įžymybėse – pelėse, vaisinėse muselėse, zebražuvėse ir, žinoma, žmonėms. Mažiau populiarioms rūšims paprastai nėra etaloninio genomo arba, dar blogiau, netvarkingas genomas, sujungtas iš sekų, gautų greitu ir nešvariu metodu. Tyrėjai išsiaiškino, kad, palyginti su naujuoju VGP genomu, iki 60% šio tipo genomo genų sekos trūksta, jos visiškai nėra arba neteisingai surinkta. Gali prireikti metų, kol išspręsite tūkstančius kiekvienos rūšies surinkimo klaidų.

Buvo rasta daug klaidingų genų dubliavimosi, kurių dauguma atsirado dėl to, kad algoritmas neteisingai atskyrė motinos ir tėvo chromosomų sekas, o jas interpretavo kaip du atskirus seserinius genus. “Literatūroje turime tūkstančius genų, kurie yra klaidingi pasikartojimai. Šie genai iš tikrųjų neegzistuoja!” – sakė Jarvis. “Neprotinga naudoti kai kuriuos iš šių genomų.”

Vertebrate Genome Project gimė nusivylus šimtams mokslininkų, dirbančių pagrindinėje organizacijoje Genome 10K Consortium, kurios misija yra sukurti 10 000 stuburinių rūšių genomo rinkinius. Pradinis G10K ir kitų grupių sukurtas genomo rinkinys buvo pagrįstas trumpais 35–200 bazinių porų rodmenimis, tačiau šie mazgai buvo labai neišsamūs. VGP tikslas yra sukurti be klaidų etaloninę genomo biblioteką visoms stuburinių rūšims, kurią mokslininkai ir gamtosaugininkai galės lengvai naudoti, nereikės praleisti mėnesių ar metų taisydami atskirus genus. „Mes pasakėme, kad šiek tiek padirbėkime su priekine dalimi, kad galėtume gauti aukštos kokybės duomenis užpakalinėje dalyje“, – sakė Jarvis.

„Virtuvės kriauklės“ metodas

Daugelis kompanijų dalyvavo Vertebrate Genome Project ir pažadėjo panaudoti vieną sekos nustatymo technologiją, kad išspręstų visas etaloninio genomo netvarkos problemas. Vertebrate Genome Project surinkimo komanda išbandė kiekvieną metodą su kolibriu. Šis metodas buvo pasirinktas dėl santykinai mažo genomo ir Jarviso susidomėjimo paukščių garsų mokymu (jis šmaikštavo: „Du paukščiai – uola“). Tačiau ne kiekviena technologija yra patenkinama. “Niekas neturi visų komponentų, reikalingų aukštos kokybės komponentams gaminti”, – sakė Jarvis. “Taigi mes sujungėme daugybę įrankių į vieną vamzdyną.”

Jų metodai yra veiksmingi. Organizacijos, įskaitant Žemės biologinio genomo projektą, Darvino gyvybės medžio projektą ir Naujosios Zelandijos genomo sekos nustatymo projektą, jau naudoja pažangiausius naujus vamzdynus. Etaloniniai genomai, kuriems sukurti prireikdavo metų, dabar gali būti įdiegti per kelias savaites ir mėnesius – visa tai be dubliavimo ir kitų klaidų, kurios buvo būdingos tik ankstesniems rinkiniams. Mokslininkai jau naudoja naujus duomenis tirdami genus, dėl kurių šikšnosparniai yra atsparūs COVID-19, ir kvestionuoja ilgalaikes pagrindinio mokslo konvencijas, tokias kaip žmonės, paukščiai, ropliai ir žuvys.

Apskritai, pradėjus naują vamzdyną, atlikta 20 tyrimų ir 25 aukštos kokybės stuburinių genomai. „Pirmasis aukštos kokybės genomas, kurį sekvenavome, mus daug išmokė apie technologijas ir biologiją, kurias nusprendėme paskelbti šiuose pradiniuose dokumentuose“, – sakė Jarvis. Tačiau dar reikia daug nuveikti. “Kitas žingsnis yra sekti visas 1000 stuburinių genčių, tada visas 10 000 stuburinių šeimų ir galiausiai kiekvieną stuburinių rūšį.”

###


Atsisakymas: Amerikos mokslo pažangos asociacija ir EurekAlert! neatsako už EurekAlert paskelbtų pranešimų spaudai tikslumą!! Naudokite bet kokią informaciją per prisidedančias agentūras arba per EurekAlert sistemą.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *