Секвенирование одной молекулы как инновационный способ изучения эпигенетики и генетического разнообразия сельскохозяйственных животных

Секвенирование одной молекулы как инновационный способ изучения эпигенетики и генетического разнообразия сельскохозяйственных животных

Автор: Дысин А.П., Дементьева Н.В.

Журнал: Молочнохозяйственный вестник @vestnik-molochnoe

Рубрика: Сельскохозяйственные и ветеринарные науки

Статья в выпуске: 4 (56), 2024 года.

Бесплатный доступ

Появление секвенирования одиночных молекул открыло новую эру в геномике, обеспечив беспрецедентное разрешение и понимание генетики и эпигенетики организмов. В геномике сельскохозяйственных животных секвенирование одиночных молекул предлагает инновационный подход к пониманию сложного взаимодействия между генотипом и фенотипом. В данном обзоре рассматривается современное состояние технологии секвенирования одиночных молекул и её применение для углубления знаний о генетическом разнообразии сельскохозяйственных животных и эпигенетических процессах в организмах. Секвенирование одиночных молекул позволяет детально анализировать геном без необходимости амплификации, избегая ограничений традиционных методов секвенирования. Эта технология обеспечивает высокое качество последовательностей даже при больших длинах чтений и минимальные требования к подготовке образцов. Прямое секвенирование молекул нативной ДНК или РНК сохраняет целостность образца и позволяет обнаруживать эпигенетические модификации без дополнительных этапов, приводящих к случайным ошибкам в исследовании. Это позволяет точно отражать биологическое состояние организма и изучать динамические изменения эпигенетических модификаций на различных стадиях развития или состояниях болезни, а также в ответ на стрессовые факторы окружающей среды. Секвенирование одиночных молекул также обладает потенциалом для улучшения управления генетическими ресурсами и селекции животных, выявляя желательные признаки на молекулярном уровне. Эта технология позволяет прояснить организацию генома, динамику транскрипции и механизмы регуляции генов, обеспечивая точное отслеживание генетических и эпигенетических изменений. Анализ гаплотипов и редких генетических вариантов, возможный благодаря секвенированию одиночных молекул, способствует созданию более полной карты генотип-фенотип, что критически важно для понимания фенотипического разнообразия и разработки новых подходов к селекции. Таким образом, наш обзор освещает революционный потенциал секвенирования одиночных молекул в улучшении нашего понимания генетических и эпигенетических факторов, определяющих продуктивные признаки животных, и подчеркивает перспективы этой технологии в переосмыслении геномных исследований и стимулировании инноваций в животноводстве.

Еще

Секвенирование одной молекулы, геномика сельскохозяйственных животных, эпигенетика, геномная селекция в животноводстве, продуктивные признаки животных

Короткий адрес: https://sciup.org/149147614

IDR: 149147614   |   DOI: 10.52231/2225-4269_2024_4_63

Список литературы Секвенирование одной молекулы как инновационный способ изучения эпигенетики и генетического разнообразия сельскохозяйственных животных

  • Lozada-Soto E. A., Maltecca C., Lu D., Miller S., Cole J. B., Tiezzi F. Trends in genetic diversity and the effect of inbreeding in American Angus cattle under genomic selection. Genetics Selection Evolution, 2021, V. 53, no. 1, pp. 50. (In English) – Text direct
  • Groeneveld L., Lenstra J., Eding H., Toro M., Scherf B., Pilling D., Negrini R., Finlay E., Jianlin H., Groeneveld E. Genetic diversity in farm animals–a review. Animal Genetics, 2010, V. 41, pp. 6-31. (In English) – Text direct
  • Lamka G. F., Harder A. M., Sundaram M., Schwartz T. S., Christie M. R., DeWoody J. A., Willoughby J. R. Epigenetics in Ecology, Evolution, and Conservation. Frontiers in Ecology and Evolution, 2022, V.10. (In English) – Text direct
  • Potapov V., Ong J. L. Examining Sources of Error in PCR by Single-Molecule Sequencing. PloS One, 2017, V. 12, no 1, pp. e0169774. (In English) – Text direct
  • Hook P. W., Timp W. Beyond assembly: the increasing flexibility of single-molecule sequencing technology. Nature Reviews Genetics, 2023, V. 24, no 9, pp. 627-641. (In English) – Text direct
  • Gupta P. K. Single-molecule DNA sequencing technologies for future genomics research. Trends in Biotechnology, 2008, V. 26, no. 11, pp. 602-611. (In English) – Text direct
  • Krems M., Pershin Y., Zwolak M., Di Ventra M. Effects of Dephasing on DNA Sequencing via Transverse Electronic Transport. Bulletin of the American Physical Society, 2009, V. 54. (In English) – Text direct
  • Ameur A., Kloosterman W. P., Hestand M. S. Single-molecule sequencing: towards clinical applications. Trends in Biotechnology, 2019, V. 37, no. 1, pp. 72-85. (In English) – Text direct
  • Lipson D., Raz T., Kieu A., Jones D. R., Giladi E., Thayer E., Thompson J. F., Letovsky S., Milos P., Causey M. Quantification of the yeast transcriptome by single-molecule sequencing. Nature Biotechnology, 2009, V. 27, no. 7, pp. 652-658. (In English) – Text direct
  • Zillner K., Németh A. Single-molecule, genome-scale analyses of DNA modifications: exposing the epigenome with next-generation technologies. Epigenomics, 2012, V. 4, no 4, pp. 403-414. (In English) – Text direct
  • Chen X., Xu H., Shu X., Song C.-X. Mapping epigenetic modifications by sequencing technologies. Cell Death & Differentiation, 2023, pp. 1-10. (In English) – Text direct
  • Li R., Mohsin M., Lincopan N. investigating antimicrobial Resistance with single-molecule sequencing technologies: opportunities and challenges. Frontiers in Microbiology, 2022, V. 13, pp. 913662. (In English) – Text direct
  • Guo F., Wang D., Wang L. Progressive approach for SNP calling and haplotype assembly using single molecular sequencing data. Bioinformatics, 2018, V. 34, no. 12, pp. 2012-2018. (In English) – Text direct
  • Trujillano D., Oprea G. E., Schmitz Y., Bertoli Avella A. M., Abou Jamra R., Rolfs A. A comprehensive global genotype–phenotype database for rare diseases. Molecular Genetics & Genomic Medicine, 2017, V. 5, no. 1, pp. 66-75. (In English) – Text direct
  • Huddleston J., Ranade S., Malig M., Antonacci F., Chaisson M., Hon L., Sudmant P. H., Graves T. A., Alkan C., Dennis M. Y. Reconstructing complex regions of genomes using long-read sequencing technology. Genome Research, 2014, V. 24, no. 4, pp. 688-696. (In English) – Text direct
  • Zhao X., Collins R. L., Lee W.-P., Weber A. M., Jun Y., Zhu Q., Weisburd B., Huang Y., Audano P. A., Wang H. Expectations and blind spots for structural variation detection from long-read assemblies and shortread genome sequencing technologies. The American Journal of Human Genetics, 2021, V. 108, no 5, pp. 919-928. (In English) – Text direct
  • De Paoli-Iseppi R., Gleeson J., Clark M. B. Isoform age-splice isoform profiling using long-read technologies. Frontiers in Molecular Biosciences, 2021, V. 8, pp. 711733. (In English) – Text direct
  • Hestand M. S., Van Houdt J., Cristofoli F., Vermeesch J. R. Polymerase specific error rates and profiles identified by single molecule sequencing. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 2016, V. 784, pp. 39-45. (In English) – Text direct
  • Mikheenko A., Prjibelski A. D., Joglekar A., Tilgner H. U. Sequencing of individual barcoded cDNAs using Pacific Biosciences and Oxford Nanopore Technologies reveals platform-specific error patterns. Genome Research, 2022, V. 32, no. 4, pp. 726-737. (In English) – Text direct
  • Dyshlovoy S. A., Paigin S., Afflerbach A. K., Lobermeyer A., Werner S., Schüller U., Bokemeyer C., Schuh A. H., Bergmann L., von Amsberg G. Applications of Nanopore sequencing in precision cancer medicine. International Journal of Cancer, 2024. (In English) – Text direct
  • Keraite I., Becker P., Canevazzi D., Frias-López C., Dabad M., Tonda-Hernandez R., Paramonov I., Ingham M. J., Brun-Heath I., Leno J. A method for multiplexed full-length single-molecule sequencing of the human mitochondrial genome. Nature Communications, 2022, V. 13, no. 1, pp. 5902. (In English) – Text direct
  • Milos P. M. Emergence of single-molecule sequencing and potential for molecular diagnostic applications. Expert Review of Molecular Diagnostics, 2009, V. 9, no. 7, pp. 659-666. (In English) – Text direct
  • Damaraju N., Miller A. L., Miller D. E. Long-read DNA and RNA sequencing to streamline clinical genetic testing and reduce barriers to comprehensive genetic testing. The Journal of Applied Laboratory Medicine, 2024, V. 9, no. 1, pp. 138-150. (In English) – Text direct
  • Paparini A., Gofton A., Yang R., White N., Bunce M., Ryan U. M. Comparison of Sanger and next generation sequencing performance for genotyping Cryptosporidium isolates at the 18S rRNA and actin loci. Experimental Parasitology, 2015, V. 151, pp. 21-27. (In English) – Text direct
  • Mitsuhashi S., Nakagawa S., Takahashi Ueda M., Imanishi T., Frith M. C., Mitsuhashi H. Nanopore-based single molecule sequencing of the D4Z4 array responsible for facioscapulohumeral muscular dystrophy. Scientific Reports, 2017, V. 7, no. 1, pp. 14789. (In English) – Text direct
  • Milos P. M. Emergence of single-molecule sequencing and potential for molecular diagnostic applications. Expert Review of Molecular Diagnostics, 2009, V. 9, no. 7, pp. 659-666. (In English) – Text direct
  • Zimin A. V., Stevens K. A., Crepeau M. W., Puiu D., Wegrzyn J. L., Yorke J. A., Langley C. H., Neale D. B., Salzberg S. L. An improved assembly of the loblolly pine mega-genome using long-read single-molecule sequencing. Gigascience, 2017, V. 6, no. 1, pp. giw016. (In English) – Text direct
  • Bickhart D. M., Rosen B. D., Koren S., Sayre B. L., Hastie A. R., Chan S., Lee J., Lam E. T., Liachko I., Sullivan S. T. Single-molecule sequencing and conformational capture enable de novo mammalian reference genomes. BioRxiv, 2016, pp. 064352. (In English) – Text direct
  • Chang T., An B., Liang M., Duan X., Du L., Cai W., Zhu B., Gao X., Chen Y., Xu L., Zhang L., Gao H., Li J. PacBio Single-Molecule Long-Read Sequencing Provides New Light on the Complexity of Full-Length Transcripts in Cattle. Frontiers in Genetics, 2021, V. 12. (In English) – Text direct
  • Hayes B. J., Daetwyler H. D. 1000 bull genomes project to map simple and complex genetic traits in cattle: applications and outcomes. Annual Review of Animal Biosciences, 2019, V. 7, no. 1, pp. 89-102. (In English) – Text direct
  • Luo S., Chen X., Zeng D., Tang N., Yuan D., Zhong Q., Mao A., Xu R., Yan T. The value of single-molecule real-time technology in the diagnosis of rare thalassemia variants and analysis of phenotype–genotype correlation. Journal of Human Genetics, 2022, V. 67, no. 4, pp. 183-195. (In English) – Text direct
  • Sedlazeck F. J., Rescheneder P., Smolka M., Fang H., Nattestad M., Von Haeseler A., Schatz M. C. Accurate detection of complex structural variations using single-molecule sequencing. Nature Methods, 2018, V. 15, no. 6, pp. 461-468. (In English) – Text direct
  • Minio A., Lin J., Gaut B. S., Cantu D. How single molecule real-time sequencing and haplotype phasing have enabled reference-grade diploid genome assembly of wine grapes. Frontiers in Plant Science, 2017, V. 8, pp. 826. (In English) – Text direct
  • Gonzalez-Recio O., Daetwyler H. D., MacLeod I. M., Pryce J. E., Bowman P. J., Hayes B. J., Goddard M. E. Rare variants in transcript and potential regulatory regions explain a small percentage of the missing heritability of complex traits in cattle. PloS one, 2015, V. 10, no. 12, pp. e0143945. (In English) – Text direct
  • Xia X., Zhang F., Li S., Luo X., Peng L., Dong Z., Pausch H., Leonard A. S., Crysnanto D., Wang S., Tong B., Lenstra J. A., Han J., Li F., Xu T., Gu L., Jin L., Dang R., Huang Y., Lan X., Ren G., Wang Y., Gao Y., Ma Z., Cheng H., Ma Y., Chen H., Pang W., Lei C., Chen N. Structural variation and introgression from wild populations in East Asian cattle genomes confer adaptation to local environment. Genome Biology, 2023, V. 24, no. 1, pp. 211. (In English) – Text direct
  • Raj G. D. Improvement of Farm Animal Breeding by DNA Sequencing. DNA Sequencing–Methods and Applications, 2012, V. 85. (In English) – Text direct
  • Hirakawa H., Toyoda A., Itoh T., Suzuki Y., Nagano A. J., Sugiyama S., Onodera Y. A spinach genome assembly with remarkable completeness, and its use for rapid identification of candidate genes for agronomic traits. DNA Res., 2021, V. 28, no. 3. (In English) – Text direct
  • Li T., Zhang X., Guo L., Qi T., Tang H., Wang H., Qiao X., Zhang M., Zhang B., Feng J. Single-molecule real-time transcript sequencing of developing cotton anthers facilitates genome annotation and fertility restoration candidate gene discovery. Genomics, 2021, V. 113, no. 6, pp. 4245-4253. (In English) – Text direct
  • Holland J. B. Implementation of molecular markers for quantitative traits in breeding programs—challenges and opportunities. Proceedings of the 4th International Crop Science Congress. Australia, the Regional Institute Gosford Publ., 2004, V. 26, pp. 1-13. (In English) – Text direct
  • Ramesh P., Mallikarjuna G., Sameena S., Kumar A., Gurulakshmi K., Reddy B. V., Reddy P. C. O., Sekhar A. C. Advancements in molecular marker technologies and their applications in diversity studies. Journal of Biosciences, 2020, V. 45, no. 1, pp. 123. (In English) – Text direct
  • Lightfoot D. J., Jarvis D. E., Ramaraj T., Lee R., Jellen E. N., Maughan P. J. Single-molecule sequencing and Hi-C-based proximity-guided assembly of amaranth (Amaranthus hypochondriacus) chromosomes provide insights into genome evolution. BMC Biology, 2017, V. 15, no. 1, pp. 74. (In English) – Text direct
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp