Кіріспе

Құстар геномының дерекқоры

Құстар геномының дерекқоры (RGD) – құстар геномының, генетикасының, физиологиясының және функционалдық деректерінің, сондай-ақ құстар, адам және егеуқұйрық арасындағы салыстырмалы геномиканың дерекқоры. RGD құстар геномына биологиялық ақпаратты құрылымды сөздіктер немесе онтология, гендерге тағайындалған аннотациялар және сандық белгілер локустары (QTL) арқылы қосуға, сондай-ақ құстар штамдарының деректерін біріктіруге және оларды ғылыми қауымдастыққа қолжетімді етуге жауапты. Олар құстардың геномдық, физиологиялық және функционалдық деректерін, құстар, егеуқұйрық, адам және тағы бес түрдің салыстырмалы деректерін іздеу және талдау үшін құралдар жиынтығын да әзірлеп жатыр. RGD құстар генетикалық және геномдық зерттеулерімен айналысатын зерттеу институттарының бірлескен күш-жігерінің нәтижесінде құрылды. Оның мақсаты, Ұлттық денсаулық сақтау институтының гранттық өтінім сұранысында: HL 99 013 көрсетілгендей, ағымдағы құстар генетикалық және геномдық зерттеулерінен алынған деректерді жинау, біріктіру және интеграциялау үшін Құстар геномының дерекқорын құру және осы деректерді ғылыми қауымдастыққа кеңінен тарату. Екінші, бірақ маңызды мақсат – сандық белгілер локустары, белгілі мутациялар және басқа да фенотиптік деректер үшін карталанған орналасуларын сақтау. Құстар фармакология, токсикология, жалпы физиология, аурудың биологиясы мен патофизиологиясын зерттеу үшін зерттеушілер тарапынан үлгілік организм ретінде кеңінен қолданыла береді. Соңғы жылдары құстар генетикалық және геномдық деректерінің көлемі тез өсті. Бұған қоса, Құстар геномының дерекқоры зерттеулер үшін құстар туралы ақпараттың орталық нүктесіне айналды және қазір генетика мен геномика ғана емес, физиология және молекулалық биология туралы да ақпарат ұсынады. Осы салалардың барлығы үшін RGD қызметкерлері басқаратын құралдар мен деректер беттері қолжетімді.

Деректер

RGD деректері RGD зерттеушілерінің қолмен түсіндірмелерінен, сондай-ақ әртүрлі көздерден импортталған түсіндірмелерден тұрады. RGD басқалармен бөлісу үшін өз түсіндірмелерін де экспорттайды. RGD деректер бетінде деректер базасында сақталған сегіз түрдегі деректердің тізімі келтірілген: гендер, QTL, маркерлер, карталар, штаммдар, онтологиялар, тізбектер және сілтемелер. Олардың алтауы белсенді түрде қолданылады және үнемі жаңартылып отырады. RGD карталарының дерек типі генетикалық және радиациялық гибридтік карталарды білдіреді. Бұл деректер көбінесе егеуқұйрықтың толық геномдық тізбегімен алмастырылған. Тізбектер дерек типі геномдық, транскрипциялық немесе белок тізбектерінің толық тізімі емес, көбінесе жай тізбек ұзындығы полиморфизмін (SSLP) және экспрессияланған тізбек белгісін (EST) анықтайтын ПТР праймер тізбектерін қамтиды. Мұндай тізбектер негізінен зерттеушілерге осы маркерлерді жануарлардың генотипін анықтау және бірдей атауы бар маркерлерді ажырату үшін пайдалы. RGD-дегі алты негізгі дерек типі мыналар:

Гендер: Бастапқы гендік жазбалар апта сайын Ұлттық биотехнологиялық ақпарат орталығының (NCBI) Гендік деректер базасынан импортталады және жаңартылады. Бұл процесте импортталатын деректерге Ген идентификаторы, Genbank/RefSeq нуклеотидтері мен белок тізбектерінің идентификаторлары, HomoloGene тобының идентификаторлары және Ensembl Ген, Транскрипт және Белок идентификаторлары кіреді. Белокқа қатысты қосымша деректер UniProtKB деректер базасынан импортталады. RGD кураторлары әдебиетті қарап шығып, Гендік онтологияны (GO), ауруларды, фенотиптерді және егеуқұйрық гендерінің жолдарын, тышқан гендерінің ауруларын және жолдарын, адам гендерінің ауруларын, фенотиптерін және жолдарын қолмен қадағалайды. Сонымен қатар, сайтта GO консорциумынан тышқан және адам гендері үшін GO түсіндірмелері, UniProt-тен тышқанның электрондық түсіндірмелері және Тышқан геномдық дерекқорынан/Тышқан геномдық ақпараттан (MGD/MGI) тышқанның фенотиптік түсіндірмелері импортталады.

QTL: RGD қызметкерлері тышқан және адам QTL-дері бойынша деректерді әдебиеттен немесе зерттеушілер тікелей ұсынған деректерден қолмен жинақтайды. Тышқанның QTL жазбалары, оның ішінде Сүтқоректілер фенотипі (MP) онтологиясы тапсырмалары тікелей MGI-ден импортталады. Тышқан және адам QTL-дері үшін курациялау MP, HP және ауру онтологиясы түсіндірмесін тағайындауды қамтиды. QTL позициялары пік және/немесе бүйірлік маркерлердің немесе бір нуклеотидтік полиморфизмдердің (SNP) геномдық позицияларына негізделген автоматты түрде тағайындалады. QTL жазбалары туысқан штаммдар, кандидат гендер, байланысты маркерлер және туысқан QTL туралы ақпаратқа сілтемелер береді.

Штамдар: QTL деректері сияқты RGD штамм деректері әдебиеттен қолмен жинақталады немесе зерттеушілер ұсынады. Штамның деректеріне штамның ресми символы, шығу тегі мен қолжетімділігі, байланысты фенотиптер, штамм адамның ауруының үлгісі болып табыла ма, жоқ па және асылдандыру, мінез-құлық, мал шаруашылығы және т.б. туралы кез келген ақпарат кіреді. Штам жазбалары туысқан гендер, аллельдер және QTL-дер, байланысты штаммдар (мысалы, ата-аналық штаммдар немесе субштаммдар) және, егер бар болса, штамға тән зиянды нуклеотидтік варианттар туралы ақпаратқа сілтемелер береді. Туған және мутантты штаммдар үшін геномдық позициялар интрогрессиялық аймаққа (туған штаммдар) немесе мутантты тізбектің орналасуына (мутантты штаммдар) тағайындалады.

Маркерлер: SSLP және EST сияқты генетикалық маркерлер QTL және штаммдар үшін қолданылғандықтан, RGD егеуқұйрық, адам және тышқанның маркерлік деректерін сақтайды. Маркерлік деректерде байланысты алдыңғы және артқы ПТР праймерлерінің тізбектері, геномдық позициялар және NCBI Probe деректер базасына сілтемелер бар. Маркерлік жазбалар байланысты QTL, штамм және гендік жазбаларға сілтеме жасайды.

Жасушалық желілер: RGD Cellosaurus импортқа негізделген жасушалық желілердің жазбаларын сақтайды. Олардың ең көп бөлігі адам мен тышқанның жасушалық желілері болса да, мысық, бонобо, ит, бөрік, шошқа, жасыл маймыл және жалаңаш түлкілер туралы деректер де бар.

Онтологиялар: RGD деректерін адам оқитын және есептеулік талдау мен алу үшін қолжетімді ету үшін RGD бірнеше онтологияларды пайдалануға негізделген. 2021 жылдың шілде айына қарай RGD-нің әртүрлі дерек түрлері үшін қолданылатын әртүрлі деректерді білдіру үшін 19 түрлі онтологияны қолданды. Онтология түсіндірмелері кураторлармен қолмен тағайындалады. Сыртқы көздерден импортталатын онтологиялар апта сайын жаңартылады.

Сілтемелер: RGD сілтемелері деректер базасына ақпаратты жинақтау үшін қолданылған ғылыми жарияланымдар және ресурстар, сондай-ақ QTL және штаммдар сияқты дерек нысандарының көздері болып табылады. NCBI PubMed арқылы қол жеткізілген сілтемелер үшін импортталатын деректерге атау, авторлар, сілтеме және PubMed идентификаторы, сондай-ақ RGD идентификаторы кіреді. Кейбір жағдайларда сілтемелер ішкі жазбалар ретінде жасалады, мысалы, автоматтандырылған құбырлардан жапсыру немесе дерек көздерімен жеке хабарласу. Бұл қосымша сілтемелер RGD пайдаланушыларына PubMed жазбалары қол жетімді емес нақты деректер мен дерек түрлерінің көзін анықтауға мүмкіндік береді. Сілтеме жазбаларының екі түрі де осы мақаладан немесе көзден жинақталған барлық деректерге, соның ішінде гендерге, QTL-дерге, штаммдарға, ауруларға және басқа онтология түсіндірмелеріне сілтемелер береді. Ақпарат үшін жинақталған ресурстар деректер базасынан сілтемелерді іздеу бетінен немесе нысан бетіндегі сілтемелер арқылы алынуы мүмкін. Қолданылмаған сілтемелер де қол жетімді, олар тиісті деректерді қамтиды деп белгілі, бірақ әлі қолмен қарастырылмаған. Оларды нысан есебінің (мысалы, ген есебі) «Сілтемелер – қолданылмаған» бөлімінде тізімделген PubMed сілтемелері ретінде табуға болады.

Геномдық құралдар

RGD-нің геномдық құралдары RGD-де жасалған бағдарламалық қамтамасы мен үшінші тараптан алынған құралдарды қамтиды.

RGD-де әзірленген геномдық құралдар

RGD дөңгелектер мен түрлер арасындағы талдаулар үшін RGD деректер базасында сақталған деректерді пайдалануға арналған веб-құралдарды әзірлейді. Оларға келесілер кіреді:

OntoMate: OntoMate – онтологияға негізделген, түсініктерге негізделген әдебиет іздеу жүйесі. RGD оны гендік курация жұмыс ағынындағы негізгі PubMed іздеу жүйесіне балама ретінде әзірледі. Ғылыми әдебиеттегі еркін мәтіннен деректерді іздеуге болатын құрылымдалған форматқа аудару – барлық модельдік организмдер деректер базасының маңызды міндеттерінің бірі. OntoMate RGD-де қолданылатын онтологиялар/сөздіктерден гендер атауларын, гендер мутацияларын, организмдер атауларын, ауруларды және басқа да терминдермен рефераттарды белгілейді. Рефератқа тегтелген барлық терминдер/объектілер іздеу нәтижелерінде рефератпен бірге тізімделеді. OntoMate сонымен қатар әдебиет іздеу үшін қажетті түрлер, дата және басқа параметрлер үшін пайдаланушы белсендірген сүзгілерді ұсынады, бұл PubMed-ті пайдаланумен салыстырғанда процесті жеңілдетті. RGD-нің ішкі курация процестерінде пайдалы болудан басқа, құрал RGD-нің барлық пайдаланушыларына қолжетімді.

Gene Annotator: Gene Annotator (GA) құралы гендік символдар тізімін, RGD ID-ді, GenBank қосылу нөмірлерін, Ensembl идентификаторларын немесе хромосомалық аймақты енгізу ретінде қабылдайды және RGD-дегі сәйкес гендер үшін гендік ортологтарды, сыртқы деректер қорының идентификаторларын және онтологиялық аннотацияларды алады. Деректерді Excel кестесіне жүктеуге немесе құрал арқылы талдау жасауға болады. Annotation Distribution функциясы жеті санаттың әрқайсысындағы терминдердің тізімін көрсетеді, онда әрбір терминге аннотациямен кіріс тізіміндегі гендердің пайызы көрсетіледі. Comparison Heat Map функциясы кіріс тізіміндегі гендерге арналған аннотацияларды екі онтологияда немесе бір онтологияның екі тармағында салыстыруға мүмкіндік береді.

Variant Visualizer: Variant Visualizer (VV) – тышқан штамдарына тән реттілік полиморфизмін көру және талдау құралы. VV ені ретінде гендік символдар тізімін немесе хромосома, бастау және аяқталу орындары немесе екі ген немесе маркерлік символдар арқылы анықталған гендік аймақты қабылдайды. Пайдаланушы сонымен қатар тұтас геномдық тізбектері бар штамдар тізімінен өздерінің қызығушылықтарын тудыратын штамдарды таңдауы керек және нәтиже жиынтығындағы нұсқалар үшін параметрлерді орната алады. Шығыс – варианттардың жылу картасы түріндегі көрсетілімі. Жеке варианттар бойынша қосымша ақпаратты егжей-тегжейлі панельде көруге болады.

Multi Ontology Enrichment Tool (MOET): MOET – веб-базалық онтологияны талдау құралы. RGD-нің гендік курация үшін қолданатын кез-келген немесе барлық онтологиялардағы (ауру, жол, фенотип, GO, ChEBI) терминдерді анықтау үшін қолданылады. Бұл терминдер гендерге жасалған аннотацияларда немесе басқа түрлердегі ортологтарда артық көрсетілген. Құрал жүктеуге болатын графикті және гипергеометриялық үлестіруді пайдалана отырып, пайдаланушының гендер тізіміндегі статистикалық жағынан артық көрсетілген терминдердің тізімін шығарады. MOET сондай-ақ нәтижелер бетінде сәйкес Бонферрони түзетуі мен қатынас коэффициентін көрсетеді.

Gene Ortholog Location Finder (GOLF): GOLF RGD түрлерінің немесе жиынтықтарының қызығушылық аймақтарындағы гендерді немесе позицияларды салыстыру үшін қолданылады. Нәтижелер екі түрдегі немесе екі жиынтықтағы сәйкес гендермен/орналасулармен қатар кесте түрінде көрсетіледі. GOLF-қа енгізілген және шығарылған деректерді талдау үшін басқа RGD құралдарына экспорттау немесе GOLF нәтижелер бетіндегі сілтемелерді пайдалану арқылы жүктеу мүмкін.

InterViewer: InterViewer – пайдаланушының кірісіне қатысты өзара әрекеттесу түрлері мен байланысты гендер туралы тиісті ақпаратты көрсететін белок-белок өзара әрекеттесуін көру құралы.

PhenoMiner: PhenoMiner әр түрлі тышқан штамдарының фенотиптік деректерін біріктіреді, сондықтан зерттеушілер іздеген сандық фенотиптік деректерді табу үшін сүзгілерді қолдана алады.

OLGA Object List Generator & Analyzer: OLGA – пайдаланушыларға бірнеше сұраныстарды орындауға, әр сұраныстан объектілер тізімін шығаруға және Бульдік ерекшеліктерді қолдана отырып, нәтижелерді икемді түрде біріктіруге мүмкіндік беретін іздеу жүйесі. OLGA ені ретінде объект символдарының тізімін немесе онтология аннотациясына немесе орнына негізделген іздеу параметрлерін қабылдайды. Гендердің, QTL-дардың немесе штаммдардың түпкілікті тізімін жүктеуге немесе GA құралына, Variant Visualizer-ға, Genome Viewer-ға немесе басқа RGD құралдарына тапсыруға болады.

Genome Viewer: Genome Viewer (GViewer) құралы пайдаланушыларға гендердің, QTL-дардың және функцияға, биологиялық процеске, жасушалық компонентке, фенотипке, ауруға, жолға немесе химиялық өзара әрекеттесуге аннотацияланған штаммдардың толық геномдық көрінісін ұсынады. GViewer бірнеше онтологияларда Бульдік іздеулерді жүргізуге мүмкіндік береді. Шығыс – тышқан геномының кариотипіне қарсы көрсетіледі.

Overgo Probe Designer: Overgo зондтары – қайталанудан тазартылған геномдық тізбектен алынған, жартылай жабысқан 22мер олигонуклеотидтерінің жұптары. Олар геномды картографиялау үшін жоғары белсенділікке ие зондтар ретінде қолданылады. Overgo Probe Designer құралы нуклеотидтік тізбекті енгізу ретінде қабылдайды және 3' ұштарында қажетті 8 нуклеотидтік жабысуға ие оптимизацияланған зонд тізімін шығарады.

ACP Haplotyper: ACP Haplotyper ACP жобасының аясында сипатталған 48 тышқан штамдарының кез келгені арасындағы сақталған және сақталмаған хромосомалық аймақтарды анықтауға арналған визуальды гаплотипті құрайды. Таңдалған хромосома үшін және таңдалған штаммдар арасында құрал таңдалған генетикалық немесе RH картасындағы микросателлиттік маркерлер үшін аллель өлшемдерін салыстырады.

RGD деректерімен пайдалану үшін бейімделген үшінші тараптың геномдық құралдары

RGD деректер базасында сақталған деректерді пайдалана отырып, веб-сайтта қолдануға бейімделген бірнеше үшінші тарап бағдарламалық құралдарды ұсынады. Оларға мыналар жатады: JBrowse: JBrowse – тегін, өте ыңғайлы және деректер базасына арналған деректерді талдау құралы. Бұл бағдарламалық жасақтама Generic Model Organism Database жобасымен жасалған және қазіргі уақытта олар тарапынан қолдау көрсетілуде. Гендік және фенотиптік дерек түрлері, оның ішінде негізгі деректер жиынтығы және гендердің химиялық өзара әрекеттесу деректері, сондай-ақ геномдық тізбекке қатыстылығы JBrowse арқылы қолжетімді. RatMine: RatMine – InterMine бағдарламалық жасақтамасының егеуқырға бағытталған нұсқасы. Ол пайдаланушыларға RGD, NCBI, UniProtKB және Ensembl сияқты әртүрлі деректер базаларынан егеуқыр туралы деректерді бірыңғай форматта жинап, талдауға мүмкіндік береді. InterMine платформасы басқа деректер базаларындағы көптеген түрлерге бейімделген және пайдаланушылар RatMine интерфейсі арқылы түрлер бойынша сұраулар жіберу үшін инстанциялар арасында өзара байланыс жасай алатындай етіп жасалған.

Жолдар

RGD-нің Pathway ресурстарына Pathway терминдерінің Pathway Ontology (RGD-де әзірленген және қолдауға алынатын, метаболизмдік жолдарды ғана емес, сонымен қатар ауру, дәрі-дәрмек, реттеу және сигналдық жолдарды қамтитын) кіреді, сондай-ақ таңдалған жолдардың компоненттері мен өзара әрекеттесулерінің интерактивті диаграммалары бар. Диаграмма беттерінде сипаттама, жолдың гендік мүшелерінің тізімі және қосымша элементтер, жол мүшелерінің гендеріне жасалған ауру, жол және фенотиптік аннотациялардың кестелері, қатысты сілтемелер және онтологиялық жол диаграммасы ұсынылған. Pathway жиынтықтары мен желілік жиынтықтар, яғни глюкоза гомеостазы немесе гендік экспрессияны реттеу сияқты үлкен процеске үлес қосатын байланысты жолдардың топтамалары, сондай-ақ ағзалардың, тіндердің, жасушалардың және молекулалық жолдардың желілерін көрсететін физиологиялық жол диаграммалары ұсынылады.

Нокаут

Соңғы уақытқа дейін егеуқұйрықтардың геномдарын тікелей, нақты өзгерту мүмкін болмады. Алайда, мырыш саусақты нуклеаза және CRISPR негізделген мутагенез техникалары сияқты технологиялардың дамуымен жағдай өзгерді. Егеуқұйрық гендерін жою және басқа да генетикалық өзгертілген егеуқұйрықтарды өндіретін топтардың қатарында MCW-дегі Адам және молекулалық генетика орталығы бар. RGD, осы зерттеулерде өндірілген егеуқұйрық штамдары туралы ақпаратқа PhysGen Knockout жобасы және MCW Gene Editing Rat Resource Center (GERRC) туралы беттер арқылы сілтеме жасайды, оларға RGD бетінің жоғарғы бөлімінен қол жеткізуге болады. PhysGenKO жобасы мен GERRC-ге Ұлттық жүрек, өкпе және қан институты (NHLBI) қаржы бөлді. Екі жобаның да мақсаты – NHLBI миссиясына қатысты бір немесе бірнеше нақты гендерде өзгерістері бар егеуқұйрықтарды жасау. Гендерді егеуқұйрық зерттеушілері ұсынды, ал ұсыныстарды Сыртқы кеңесшілер кеңесі қарап бекітті. PhysGenKO жобасы аясында топ өндірген көптеген егеуқұйрықтар стандартталған, жоғары өнімді фенотиптеу протоколы бойынша фенотиптелді, ал деректер RGD-нің PhenoMiner құралында қолжетімді.

Қоғамдық ауқымдылық және білім беру

RGD тышқан зерттеу қауымдастығымен электрондық пошта форумы, жаңалықтар беті, Facebook парақшасы, Twitter аккаунты және ғылыми жиналыстар мен конференцияларға тұрақты қатысу мен баяндамалар арқылы байланыс орнатады. Сонымен қатар, RGD құралдары мен деректерін пайдалану жолдарын түсіндіретін, сондай-ақ биомедициналық онтологиялар және биологиялық (яғни ген, QTL және штамм) номенклатурасы сияқты жалпы тақырыптарды қамтитын оқулық видеолар жасалады. Бұл видеоларды YouTube-ты қоса алғанда, бірнеше онлайн видеохостинг платформаларында қарауға болады.

Қаржыландыру

RGD Ұлттық денсаулық сақтау институтының (NIH) атынан Ұлттық жүрек, өкпе және қан институтының (NHLBI) R01HL64541 грантымен қаржыландырылады. Гранттың жетекші зерттеушісі – философия докторы Энн Э. Квитек, ол 2020 жылдың наурыз айында Мэри Э. Шимоямадан бұл басшылық лауазымға тағайындалды. Мелинда Р. Дуинелл, философия докторы, қатысушы зерттеуші.

Жаңа геном құрастыруы

Жаңа геномдық жиынтық, mRatBN7.2, Велком Сангер институтының «Дарвиннің өмір ағашы» жобасымен жасалды және Геномдық сілтеме консорциумына қабылданды. mRatBN7.2 бұрын секвенирленген әйел BN егесінің тікелей ұрпағы болған еркек BN/NHsdMcwi егесінен алынған. Жаңа BN егесінің эталондық геномы PacBio ұзақ оқулары, 10X байланысты оқулары, Bionano карталары және Arima Hi C сияқты әртүрлі технологияларды қолдану арқылы құрастырылды. Оның үздіксіздігі адам немесе тышқан эталондық жиынтықтарымен салыстырылады. Ол NCBI GenBank және RefSeq-те қолжетімді, ал жақын арада RGD-де басты жиынтық ретінде жарияланады.