Next-generation insect digitization: combining phenomics and genomics by subsequent synchrotron X-ray imaging and DNA sequencing
تُظهر هذه الدراسة أنه من خلال تحسين معايير الإشعاع وإجراء التصوير المقطعي الدقيق بالأشعة السينية السينكروترونية السريع قبل استخراج الحمض النووي، يمكن للباحثين الحصول بنجاح على كل من البيانات المورفولوجية ثلاثية الأبعاد عالية الدقة والتسلسلات الجينومية عالية الجودة من نفس عينات الحشرات، مما يتيح الرقمنة التكاملية الشاملة للتنوع البيولوجي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
لفهم حياة الحشرة، يحتاج العلماء غالباً إلى النظر في شيئين مختلفين تماماً: شكل جسمها والشفرة الموجودة داخل خلاياها. فالشكل، أو المورفولوجيا، يخبر الباحثين كيف يتحرك الحيوان، وكيف يأكل، وكيف يتناسب مع عالمه. أما الشفرة، أو الوراثة، فتكشف عن تاريخ عائلتها وكيف تغيرت بمرور الوقت. ولفترة طويلة، تطلب دراسة هذين الجانبين مسارين منفصلين؛ فلرؤية داخل كائن صغير دون فتحه، يستخدم العلماء أشعة إكس قوية تنشئ صوراً ثلاثية الأبعاد مفصلة. أما لقراءة الشفرة الوراثية، فعليهم كسر الكائن لاستخراج حمضه النووي (DNA). وتكمن المشكلة في أن هذين الأسلوبين عادة ما يتصارعان؛ فالأشعة السينية اللازمة لرؤية الجسم يمكن أن تضر بالحمض النووي، وعملية الحصول على الحمض النووي غالباً ما تدمر الهياكل الداخلية الدقيقة التي كان من المفترض أن تحافظ عليها الأشعة السينية. وهذا يخلق فجوة في معرفتنا، خاصة بالنسبة للحشرات الصغيرة، حيث يعني فقدان جزء واحد من البيانات فقدان الفرصة لربط شكلها الفيزيائي بهويتها الجينية.
سعى فريق من الباحثين لسد هذه الفجوة عبر اختبار ما إذا كان بإمكانهم الحصول على كل من الصور ثلاثية الأبعاد المفصلة والشفرة الوراثية من نفس الحشرة تماماً. وقد ركزوا على ثلاثة أنواع شائعة من الحشرات، معتبرين إياها نماذج لاختبار ما إذا كان ترتيب عمليات محدد يمكن أن ينقذ كلا النوعين من المعلومات. قام العلماء بأخذ أكثر من 1,000 عينة وتعريضها لأشعة إكس عالية الطاقة تحت إعدادات مختلفة عديدة. أرادوا معرفة ما إذا كان الإشعاع سيؤدي إلى تكسير الحمض النووي إلى قطع صغيرة جداً بحيث لا يمكن قراءتها لاحقاً. وبعد مسح الحشرات، استخرجوا المادة الوراثية بعناية واختبروا جودتها باستخدام طرق قياسية تتحقق من علامات جينية محددة وقطع كبيرة من الحمض النووي. كما نظروا في الصور ثلاثية الأبعاد للتأكد من أن عمليات المسح كانت واضحة بما يكفي لإظهار التفاصيل الدقيقة.
أظهرت النتائج أن الطريقتين ليس بالضرورة أن تكونا عدوتين، ولكن يجب استخدامهما بتسلسل محدد. وجد الباحثون أنه إذا قاموا بمسح الحشرات باستخدام أشعة إكس القوية أولاً ثم استخراج الحمض النووي، فبإمكانهم لاحقاً الحصول على بيانات جينية عالية الجودة. وكان المفتاح هو تحسين إعدادات المسح والتحرك بسرعة إلى خطوة الاستخراج. أما إذا عُكس الترتيب، أو إذا كان المسح طويلاً أو مكثفاً للغاية، فإن الحمض النووي سيكون متضرراً جداً بحيث لا يمكن استخدامه. يثبت هذا العمل أنه من الممكن بناء سجل رقمي كامل للحشرة، يلتقط شكلها الفيزيائي وتاريخها الجيني من فرد واحد. ومن خلال وضع هذه الخطوات العملية، تقدم الدراسة وسيلة لرقمنة التنوع البيولوجي بشكل أكثر شمولاً، مما يسمح للعلماء بدراسة القصة الكاملة للكائن الحي دون الاضطرار للاختيار بين رؤية جسده أو قراءة جيناته.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.