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과학적 발견과 보존을 위한 비교 유전자 멀티툴

과학적 발견과 보존을 위한 비교 유전자 멀티툴

과학자들은 유전자 다양성이 줄어든 영역이 멸종 위험이 높은 종에 더 풍부하다는 것을 발견합니다. 그들은 유전자를 발견하였고 멀티툴에 보존을 합니다. 보존된 멀티툴에 유전자를 비교하며 실험합니다. 실험 도중 놀라운 사실을 알게되었습니다. 다양한 유전자가 존재 한다는 사실입니다. 과연 그들은 어떻게 유전자를 보존할 수 있었을까요?

비교 유전자 멀티툴 설계

종을 선택할 때, 기관은 진화적인 가지 길이를 최대화하고, 각 안락사 과에서 적어도 한 종을 포함하며, 의학, 생물학 또는 생물 다양성 보존 관심의 종을 우선시하고자 했다. 우리 어셈블리는 대표적인 유전자을 가진 에우테리안 가족의 비율을 49%에서 82%로 증가시키고, 그들 가족의 유일한 현존하는 구성원인 9종과 심각한 멸종 위기에 처한 7종을 포함합니다. 멕시코고함원숭이, 히로라, 러시아사이가, 사회투코투코, 인드리, 북부흰코뿔소, 검은코뿔소. 기관은 유전자 조립체를 생성하기 위해 두 가지 상호 보완적인 접근법을 사용했다. 첫째, 131개의 유전자에 대해 PCR이 없는 라이브러리에서 단일 레인의 시퀀싱을 수행하고 DISCOVAR de novo로 조립하여 어셈블리를 생성했다. 이 방법은 온전한 세포를 필요로 하지 않고 2마이크로그램 미만의 중품질 DNA를 사용하므로 기존 어셈블리에 버금가는 ‘짧은 판독이 겹쳐서 구성된 연속 시퀀스’ 길이를 달성하면서 접근하기 어려운 종을 포함할 수 있었다. 9개의 DISCOVAR 조립체와 1개의 기존 조립체에 대해 염색질 상호 작용 데이터를 사용하여 유전자 영역 간의 물리적 관계를 포착하는 근접 결찰법을 통해 인접성을 200배 증가시켰다. 짧은 연속성 유전자과는 달리, 이러한 집합체는 염색체 재배열과 같은 구조적 변화를 포착한다. 업그레이드된 어셈블리는 장거리 어셈블리로 대표되는 에우테리안 오더 수를 12개에서 18개로 늘립니다.기관은 남은 오더에 대해 대형 트리쉬의 조립을 업그레이드하는 작업을 하고 있습니다.

유전자의 다양성과 멸종 위험

다음으로 기관은 단일 개체의 참조 유전자이 생물학적 다양성을 보존하기 위한 노력에 우선 순위를 매기기 위해 유전적 다양성이 낮은 개체군을 식별하는 데 도움이 될 수 있는지 물었다. 다양성 지표는 인구통계학적 역사를 반영하며, 이형접합성은 멸종위기종에서 더 낮다. 이 분석은 모든 DISCOVAR 어셈블리에 대해 단일 시퀀싱 및 어셈블리 프로토콜을 사용했기 때문에 가능했다. 이는 시퀀싱 기술과 그렇지 않으면 종 비교를 혼란스럽게 하는 어셈블리 프로세스로 인한 정확도, 완전성 및 연속성의 변동을 최소화했다. 기관은 DISCOVAR 어셈블리 중 130개에 대해 유전적 다양성을 추정했는데, 각각은 다른 종을 나타냈습니다. 이 추정치 중 4개가 분석 중에 실패했습니다. 나머지 126개의 DISCOVAR 어셈블리에 대해 2개의 메트릭을 계산했습니다. 배열된 개인이 이형접합하는 부위의 비율과 아무런 변화 없이 확장된 영역에 존재하는 유전자의 비율. SoH 측정은 스캐폴드가 동형접합성의 런보다 잠재적으로 짧을 수 있는 짧은 연속성 어셈블리를 위해 설계되었다. 전반적으로, 이형접합성과 SoH 값은 상관관계가 있습니다. 전체적인 헤테로 접합성은 경합 N50 값과 상관관계가 있지만, SoH 값은 상관 관계가 없습니다. 전체적인 이형 접합성과 SoH 값은 업그레이드된 어셈블리의 낮은 인접성과 높은 인접성 버전 간에 높은 상관 관계가 있습니다. 유전자 다양성은 IUCN 보존 범주의 종마다 크게 다르며, 전체적인 이형접합성과 SoH 값으로 측정된다. 따라서 H 값은 보존 우려 수준이 증가함에 따라 증가하는 반면, 이형접합성은 감소한다.야생 개체군과 포획 개체군 사이에는 전체적인 이합체성 또는 SoH 값에서 큰 차이가 없습니다. 특이한 다양성 값은 이러한 추론을 확인하기 위해 한 명 이상의 개인 데이터가 필요하지만 특정 모집단 인구 통계를 암시할 수 있다. 멸종위기에 처한 7종 모두 관심대상종으로 분류된 종들의 중간값보다 높은 SoH 값을 가지고 있다. 이형접합성이 가장 낮고 SoH 값이 가장 높은 유전자은 사회적 투코투코(social tuco-tuco)로 12명의 창시자만 있는 작은 실험실 군락에서 표본을 추출했으며, 전문 두더지 포수가 공급했으며 해충 방제 조치로 인해 병목현상을 겪은 개체군일 가능성이 높은 동부 두더지였다. 다양성 지표와 IUCN 범주 사이의 상관관계는 다른 종 수준 표현형으로는 설명되지 않는다. 관심 없는 종을 위해, 기관은 이형접합 또는 SoH 값과 상관관계가 있는지 PanTHERIA30 데이터베이스에 카탈로그화된 21가지 표현 유형을 평가했다. 가장 중요한 것은 SoH 값과 쓰레기 크기 사이였는데, 이는 이전에 멸종 위험을 예측하는 것으로 나타났지만, Bonferroni 수정 후에는 유의하지 않다. 멸종 위험이 더 높은 종에서 다양성 추세가 더 낮다는 우리의 추론은 멸종 위기에 처한 포유류의 일부에서 비롯된다. 이것이 멸종 위험과 직접적인 상관관계가 있든 없든, 다양성과 쓰레기 크기와 같은 종 수준 표현형 사이의 연관성에서 발생하든, 그것은 오직 한 개체만을 서열화하여 귀중한 정보를 수집할 수 있음을 시사한다. 이 패턴이 더 많은 종에 걸쳐 견고하다는 것이 입증되면, 단일 참조 유전자의 다양성 지표는 몇 가지 종 수준의 표현형이 문서화되어 있더라도 위험에 처한 개체군을 식별하고 개체 수준에서 후속 연구를 위해 종을 우선시하는 데 도움이 될 수 있다.

생물 다양성 보존 자원

각 유전자 어셈블리에 대해, 기관은 샘플 품질이 낮은 경우에도 사용할 수 있는 비용 효율적이고 정확한 유전자 분석 설계를 지원하기 위해 모든 고신뢰 변형 사이트를 카탈로그화했다. 이러한 분석들은 종종 관련 종의 도구에 의존하거나 무작위 영역을 시퀀싱하는 값비싼 사용자 지정 도구를 설계하는 것보다 선호된다. 기준 유전자 자체는 유전자 드라이브를 이용해 침입종을 통제하거나 복제와 유전자 공학을 통한 ‘멸종’을 추구하는 등 기술 개발을 지원한다. 우리의 유전자은 두 가지 주목할 만한 한계를 가지고 있다. 기관은 각 종에 대해 단 하나의 개체만을 시퀀싱했는데, 이는 인구 기원, 인구 구조 및 최근 인구 통계학적 사건을 연구하기에는 불충분하며, 우리 집합의 짧은 인접성으로 인해 동형접합성의 실행을 분석할 수 없었다. 이는 모든 대규모 유전자 이니셔티브에 직면한 딜레마를 강조합니다. 즉, 추가 개체 순서 지정의 가치가 기준 유전자 자체를 개선하는 가치를 언제 초과하는지 결정하는 것입니다.

과학적 발견으로 보존하여 마무리

Zoonomia 프로젝트는 높은 해상도로 포유류의 다양성을 포착했으며, 지구 진핵생물 다양성의 모든 분지들을 서열화하고 분류하고 특징짓기 위해 진행 중인 많은 프로젝트 중 하나이다.우리의 경험을 바탕으로, 기관은 대규모 비교 유전체학의 완전한 가치를 실현하기 위해 다음과 같은 원칙을 제안한다. 우선, 기관은 샘플 수집을 우선시해야 합니다. 기관은 샘플을 수집하고 종의 생태와 행동을 이해하는 현장 연구자를 지원해야 하며, 부피가 큰 실험실 장비나 콜드 체인에 의존하지 않는 샘플 수집 전략을 개발해야 하며, 비침습적 유형의 샘플링을 사용하는 기술을 개발하고 재생 가능한 세포 배양 저장소를 더 많이 구축해야 한다. 둘째, 기관은 계산 분석을 위한 접근 가능하고 확장 가능한 도구가 필요하다. 대규모 유전자 데이터 세트를 사용하는 작업에 필요한 계산 리소스에 액세스할 수 있는 연구 그룹은 거의 없습니다. 기관은 숙련된 계산 과학자의 부족을 해결하고, 모든 연구자가 접근할 수 있는 강력한 계산 파이프라인을 만드는 소프트웨어와 데이터 저장 시스템을 설계해야 한다. 마지막으로, 기관은 빠른 데이터 공유를 촉진해야 한다. 데이터 금수조치는 멸종위기 종의 보존, 인간의 건강 또는 기초과학의 발전에 직접적으로 도움이 되는 분석을 지연시키는 것을 허용해서는 안 된다. 유전자 데이터는 사용 제한 없이 가능한 한 신속하게 공유되어야 한다. 지구 생물 유전자 프로젝트 43, 유전자, 척추동물 유전자 프로젝트, 박쥐, 조류, DNA 동물원 등 수많은 대규모 유전자 배열 작업이 현재 진행 중이다. 유전자의 수가 증가함에 따라 질병 연구와 치료 전략 개발에서 비교 유전체학의 유용성도 증가할 것이다. 지구의 생물다양성을 단순히 기록하는 것보다 보존하는 것이 우선 순위가 되어야 한다. 세계적인 과학적 협력을 통해, 그리고 유전자 자원을 모든 연구 커뮤니티에서 이용할 수 있고 접근할 수 있게 함으로써, 기관은 유전자의 유산이 잃어버린 종들의 디지털 아카이브가 아니라는 것을 보장할 수 있다.