Next-generation insect digitization: combining phenomics and genomics by subsequent synchrotron X-ray imaging and DNA sequencing

昆虫の生涯を理解するために、科学者はしばしば、二つの非常に異なるものを見つめる必要があります。それは、その体の形と、細胞の中にあるコードです。形態（形）は、その動物がどのように動き、食べ、そしてその世界にどのように適合しているかを研究者に伝えます。コード（遺伝学）は、その家族の歴史や、どのように変化してきたかを明らかにします。長い間、これら二つの側面を研究するには、二つの別々の経路が必要でした。小さな生物を切り開くことなく内部を見るために、科学者は詳細な三次元画像を作成する強力なX線を使用します。遺伝コードを読み取るためには、生物を壊してDNAを抽出しなければなりません。問題は、これら二つの手法が通常、互いに相反することです。体の内部を見るために必要なX線はDNAを損傷させる可能性があり、また、DNAを取り出すプロセスは、X線が保存しようとしていた繊細な内部構造を台無しにしてしまうことがよくあります。これは、特に小さな昆虫において、一方のデータが失われることが、その物理的な形態と遺伝的なアイデンティティを結びつける機会を失うことを意味するため、知識の空白を生み出しています。

ある研究チームは、詳細な3D画像と遺伝コードの両方を、全く同じ個体から得ることができるかどうかをテストすることで、この空白を埋めようと試みました。彼らは、特定の作業手順が両方の情報を救えるかどうかを確認するためのモデルとして、三種類の一般的な昆虫種に焦ロカスしました。科学者たちは1,000体以上の標本を取り扱い、さまざまな設定の下で高エネルギーX線に曝露しました。彼らは、放射線によってDNAが後に読み取れないほど小さな断片に分解されてしまわないかを確認したかったのです。昆虫をスキャンした後、彼らは慎重に遺伝物質を抽出し、特定の遺伝マーカーやより大きなDNAの領域をチェックする標準的な手法を用いてその品質をテストしました。また、スキャンが微細な詳細を示すのに十分なほど鮮明であるかを確認するために、3D画像も調査しました。

結果は、これら二つの手法は必ずしも敵同士である必要はなく、特定の順序で使用されなければならないことを示しました。研究者たちは、もし強力なX線で先に昆虫をスキャンしてからDNAを抽出すれば、依然として高品質の遺伝データを得られることを発見しました。鍵となったのは、スキャンの設定を最適化し、抽出ステップへと迅速に移行することでした。もし順序が逆であったり、スキャンが長すぎたり強すぎたりした場合、DNAは使用できないほど損傷してしまうのです。この研究は、一つの個体から物理的な形状とその遺伝的な歴史の両方を捉え、昆虫の完全なデジタル記録を構築することが可能であることを証明しています。これらの実践的な手順を確立することで、この研究は生物多様性をより徹底的にデジタル化する方法を提示しており、科学者がその体の姿を見るか、あるいは遺伝子を読み取るかのどちらかを選択することなく、生物の物語の全容を研究することを可能にしています。