Development and application of integrative tools for the functional and structural analyses of genomes
Des del desenvolupament de la seqüenciació de Sanger l'any 1977, els avenços tecnològics han revolucionat el camp dels òmiques. Els projectes de seqüenciació a gran escala han generat una enorme quantitat de dades que han motivat el desenvolupament d'eines bioinformàtiques per a la integra...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Publication Date: | 2019 |
| Country: | España |
| Institution: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repository: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Language: | English |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:213598 |
| Online Access: | https://ddd.uab.cat/record/213598 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Bioinformàtica Transcriptòmica Espermatogènesi |
| Summary: | Des del desenvolupament de la seqüenciació de Sanger l'any 1977, els avenços tecnològics han revolucionat el camp dels òmiques. Els projectes de seqüenciació a gran escala han generat una enorme quantitat de dades que han motivat el desenvolupament d'eines bioinformàtiques per a la integració, organització i interpretació d'aquestes dades. Com que la quantitat de dades de seqüenciació produïdes a tot el món es duplica cada 7 mesos, cal millorar la seva accessibilitat, processament i interpretació. En aquest sentit, l'objectiu principal d'aquest treball és desenvolupar eines bioinformàtiques per a l'anàlisi de les característiques funcionals i estructurals dels genomes. D'una banda, la capacitat d'emmagatzematge i l'accessibilitat de les dades de seqüenciació s'ha convertit en un repte, no només per a les dades brutes, sinó també per als resultats després del processament. Aquest és el cas de la transcriptòmica, una de les òmiques més finançades actualment. Per superar les limitacions actuals sobre les bases de dades existents per als lncRNA de plantes s'ha desenvolupat Green Non-Coding (GreeNC), una de les bases de dades en línia més àmplies del camp que ha inclòs 39 plantes superiors i 6 algues, emmagatzemant d'aquesta manera més de 200,000 lncRNAs. D'altra banda, la disponibilitat d'eines de fàcils d'usar per a permetre l'anàlisi i la gestió de dades de manera eficient a gran escala ajudaria a democratitzar la bioinformàtica. Diversos programes han aparegut recentment per permetre l'anàlisi de dades RNA-seq d'una manera accessible. No obstant això, cap d'ells proporciona una solució d'extrem a extrem. En aquest context, hem aprofitat la computació al núvol per a desenvolupar una plataforma fàcil d'usar anomenada Artificial Intelligence RNA-seq (AIR). AIR és la primera solució d'extrem a extrem per a l'anàlisi de dades RNA-seq que no es limita a espècies model i que no requereix habilitats bioinformàtiques prèvies. Un cop desenvolupat, AIR s'ha validat aprofitant mostres de RNA-seq derivades de cèl·lules germinals espermatogèniques de ratolí produïdes en el nostre grup de recerca. S'ha observat un augment de la prevalença de gens no codificants durant l'espermatogènesi i el silenciament del cromosoma X. També s'han identificat gens diferencialment expressats consistents amb el desenvolupament seqüencial de l'espermatogènesi. Precisament, se sap que el genoma experimenta grans canvis en la seva organització tri-dimensional (3D) del genoma durant l'espermatogènesi. Per caracteritzar aquesta reorganització en 3D s'ha fet servir AIR i altres eines addicionals per a l'anàlisi de dades Hi-C per generar un mapa d'interaccions de la cromatina i de les característiques genòmiques funcionals de la línia germinal masculina del ratolí. Els nostres resultats han revelat patrons no descrits prèviament: (i) l'organització d'escala subcromosòmica es perd durant la profase I; (ii) l'organització d'escala supranucleosòmica es fa difusa durant l'espermatogènesi, especialment en els espermatozous; (iii) esdeveniments específics com l'agrupació de telòmers (bouquet) i la inactivació del cromosoma X han estat observats; (iv) conformacions obertes específiques de cada tipus cel·lular s'han correlacionat amb l'expressió de gens amb funcions rellevants. En general, s'han desenvolupat noves solucions bioinformàtiques per a millorar l'accessibilitat, el processament i la interpretació de les dades òmiques que han permès l'anàlisi de les característiques funcionals i estructurals dels genomes. |
|---|