Konsten att rekonstruera transkriptom
med tillämpningar i rödgran
Tid: Fr 2023-12-08 kl 10.00
Plats: Air & Fire, Science For Life Laboratory, Tomtebodavägen 23a, Solna
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/69664293949
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Karl Johan Westrin , Genteknologi, Emanuelsson Lab
Opponent: Assistant professor Jarkko Salojärvi, Nanyang Technological University, Singapore
Handledare: Docent Olof Emanuelsson, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Genteknologi; Doktor Henric Zazzi, Parallelldatorcentrum, PDC; Professor Lukas Käll, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Genteknologi, SeRC - Swedish e-Science Research Centre; Docent Jens Sundström, Sveriges lantbruksuniversitet
QC 2023-11-10
Abstract
Transkriptomrekonstruktion är en viktig beståndsdel i den bioinformatiska avdelningen av transkriptomstudier. När ett referensgenom saknas, är kraftigt fragmenterat eller ofullständigt, så måste sammansättningen av transkriptomet ske de novo, ty i dessa situationer skulle inte en vanlig inpassning (eller mappning) nödvändigtvis ge all information om splitsningsplatser, isoformer eller ens genens fullständiga omfattning. Flertalet metoder för sammansättning av transkriptom de novo har föreslagits, men många av dessa saknar förmåga att återskapa isoformer eller är minnesintensiva, vilket kräver att metoderna exekveras på datorkluster.
En art, vars referensgenom är kraftigt fragmenterat, är rödgran (Picea abies (L.) H. Karst.) - ett barrträd som är mycket viktigt för svenskt skogsbruk och svensk ekonomi, men med en lång uppväxtsfas och oregelbunden kottsättning så är efterfrågan på förädlade fröer större än utbudet. Således finns ett intresse att förstå kottsättningens bakomliggande molekylärbiologi, inte minst med avseenede på vilka gener som uttrycks och hur de regleras.
Denna doktorsavhandling behandlar dessa problem medelst beskrivande av den allmänna biologiska bakgrunden, följt av en introduktion av problem från teoretisk datalogi, vilka är relaterade till metoder för sammansättning av transkriptom, som i sin tur själva är beskrivna i detalj därefter, liksom också rödgran är.
Artikel I tillämpar en ny sammasättningsmetod för att upptäcka kopplingar mellan olika fragment i grangenomet, men studerar även en mutant: P. abies var acrocona (kottegran), vilken har kortare uppväxtsfas och mer regelbunden kottsättning än vildtypen, för att avgöra hur kottsättning initieras. Med hjälp av allelspecifik uttrycksanalys hittar denna stuide en SNP i ett bindningsställe för miRNA i en tidigare ostuderad gen, vilken visar sig sammanhängande med kottegranens fenotyp.
Artikel II och artikel III presenterar varsin ny metod för de novo sammansättning av transkriptom: Artikel II beskriver den sammansättningsmetod som tillämpas i artikel I, med fokus på att återskapa en omfattande lista av isoformer. Detta erhålls, således uppnår metoden en högre grad av sensitivitet än de andra testade metoderna, men till en kostnad av ett ökat behov av beräkningsresurser. I sin tur presenterar artikel III en lättviktig sammansättningsmetod, den första i sitt slag som tillämpar metaheuristiken myrkolonisystem (ant colony system). Metoden är snabbare och minnessnålare än andra testade metoder (använder aldrig mer än hälften av det minne som krävs av den näst minnessnålaste), men ger låg sensitivitet.
Artikel IV tillämpar referensbaserad sammansättning av transkriptom för att förbättra annoteringen av ett nytt, kromosomskaligt referensgenom för rödgran, vilket förberedes i skrivande stund. Denna studie lokaliserar sex tidigare beskrivna gener i det nya genomet, men som missats av annoteringen - tills nu. Vidare får två annoterade gener varsin ny isoform, som hittats och verifierats i denna studie.
Artikel V studerar naturlig variation av kottsättning i rödgran, samt genuttrycksnivåer före och efter behandling av gibberellinsyra (GA), känd att stimulera blomning. Genotyper av rödgran med lägre kottsättningsförmåga tycks få fler gener aktiverade efter GA-behandling, jämfört med genotyper med högre kottsättningsförmåga.