科學家利用基因組編輯擴大昆蟲學研究

基因組測序，即科學家使用實驗室方法來確定特定生物體的基因組成，正在成為昆蟲研究的一種常見做法。對昆蟲生物學的深入了解有助于科學家更好地管理昆蟲，包括那些對生態系統有益的昆蟲，以及那些破壞食物供應并通過攜帶疾病威脅人類健康的昆蟲。

研究人員開發了一種名為fanflow4insect的工作流方法，可以注釋昆蟲的基因功能。在功能注釋中，科學家收集有關基因生物學特性的信息。該團隊的新方法使用轉錄序列信息以及基因組和蛋白質序列數據庫。通過fanflow4insect，研究小組對日本竹節蟲和家蠶的功能信息進行了標注，包括基因表達和序列分析。他們的工作流程提供的功能性注釋信息將極大地拓展昆蟲學研究使用基因組編輯的可能性。

這個團隊與來自廣島大學、東京農業技術大學和日本理研綜合醫學科學中心的科學家一起，于6月27日在《昆蟲》雜志上發表了他們的fanflow4insect方法。

昆蟲是如此的多樣化和豐富，以至于科學家需要一種大規模研究它們的方法。這促使科學家們開始對昆蟲的基因組進行測序。截至2022年5月，科學家已經破譯并登記了約3000種昆蟲的基因組。他們還利用長讀測序技術進一步加快昆蟲基因組測序的步伐。

下一代測序技術使研究人員更容易解碼大量昆蟲的基因組和它們的轉錄序列。然而，這些序列的生物學解釋仍然是轉錄組分析的主要瓶頸。轉錄組是生物體RNA分子的總和。轉錄組分析是功能注釋的重要第一步，是選擇基因組編輯靶點的重要線索。

因為一些昆蟲的基因組比人類的基因組還大，所以整個基因組測序的困難過程就更加復雜了。因此，科學家們正在利用下一代測序技術(也被稱為RNA測序)進行轉錄組測序，作為評估大型基因組大小昆蟲的工具。有了這個強大的工具，科學家們可以通過組裝數千萬個reads，有效地識別出一個特定組織中數萬個可能的基因。然后他們將基因序列組裝成轉錄單位進行鑒定。但這種類型的分析依賴于科學家能夠訪問全面的數據集及其功能注釋。數據庫確實存在，但它們無法跟上昆蟲基因組測序的增長速度。

隨著轉錄組分析變得越來越流行，許多研究小組都在運行自己的研究管道，從各種研究中獲得的轉錄單位的信息都在逐項研究的基礎上進行報告。這些管道是用于處理基因組測序數據的算法集。但科學家們需要一種方法，將所有從事這類研究的不同小組的功能性注釋整合到公共數據庫中。

在目前的研究中，研究團隊使用他們新開發的fanflow4insect為家蠶創建了一個功能性注釋管道。然后，研究人員還測試了fanflow4insect日本竹節蟲的轉錄組。一旦目標生物的基因組或轉錄組被解碼，功能注釋是加速目標基因選擇的最重要過程之一。該論文的第一作者和通訊作者、廣島大學生命綜合科學研究生院教授hideasa Bono表示:“fanflow4insect工作流程獲得的功能性注釋信息將極大地拓展利用基因組編輯技術進行昆蟲學研究的可能性。”

昆蟲的fanflow4insect工作流已經在GitHub上公開開發，可以免費訪問。結合由表達衍生的功能注釋，fanflow4insect的數據可用于不同表型昆蟲的比較研究。“使用fanflow4insect，我們將注釋產生有用物質的昆蟲。這項研究的最終目標是利用計算機模擬設計昆蟲的分子網絡，”Bono說。