Феномика

Феномика – это систематическое изучение признаков, составляющих фенотип организма . ^[1]^[2] который меняется со временем из-за развития и старения или в результате метаморфозы, например, когда гусеница превращается в бабочку. Термин «феномика» был придуман Калифорнийским университетом в Беркли и ученым LBNL Стивеном А. Гараном. ^[3]^[4] По сути, это трансдисциплинарная область исследований, включающая биологию , науку о данных , инженерию и другие области. Феномика занимается измерением фенотипа, где феномен представляет собой набор признаков (физических и биохимических признаков), которые могут вырабатываться данным организмом в ходе развития и в ответ на генетические мутации и воздействия окружающей среды.

Фенотип организма меняется со временем. Взаимосвязь между фенотипом и генотипом позволяет исследователям понять и изучить плейотропию . ^[5] Концепции феномики используются в функциональной геномике , фармацевтических исследованиях , метаболической инженерии , сельскохозяйственных исследованиях и все чаще в филогенетике . ^[6]

Технические задачи включают улучшение, как качественно, так и количественно, возможностей измерения явлений. ^[5]

Приложения

Науки о растениях

В науках о растениях исследования феномики проводятся как в полевых условиях, так и в контролируемых средах. Полевая феномика включает в себя измерение фенотипов, которые встречаются как в культивируемых, так и в естественных условиях, тогда как исследования феномики в контролируемой среде включают использование теплиц, камер для выращивания и других систем, в которых условиями роста можно манипулировать. Аризоны Полевой сканер Университета ^[7] в Марикопе, штат Аризона, представляет собой платформу, разработанную для измерения полевых фенотипов. Системы контролируемой среды включают Enviratron ^[8] в Университете штата Айова , строящемся зале выращивания растений в IPK, а также на платформах в Научном центре растений Дональда Дэнфорта , Университете Небраски-Линкольна и в других местах.

Стандарты, методы, инструменты и приборы

Минимальная информация об эксперименте по фенотипированию растений (MIAPPE) ^[9] доступен и используется многими исследователями, собирающими и систематизирующими данные о феномике растений. Существует разнообразный набор методов компьютерного зрения для анализа данных 2D и 3D изображений растений. Эти методы доступны сообществу в различных реализациях, начиная от готовых для конечного пользователя киберплатформ в облаке, таких как DIRT. ^[10] и PlantIt ^[11] к средам программирования для разработчиков программного обеспечения, таким как PlantCV. ^[12] Многие исследовательские группы сосредоточены на разработке систем с использованием Breeding API, стандартизированной спецификации API веб-службы RESTful для передачи данных о селекции растений.

Австралийский центр феномики растений (APPF), инициатива австралийского правительства, разработал ряд новых инструментов для комплексного и быстрого измерения фенотипов как в лаборатории, так и в полевых условиях.

Координация исследований и сообщества

Международная сеть фенотипирования растений (IPPN) ^[13] это организация, которая стремится обеспечить обмен знаниями, информацией и опытом во многих дисциплинах, связанных с феномикой растений, предоставляя сеть, объединяющую участников, операторов платформ, пользователей, исследовательские группы, разработчиков и политиков. В число региональных партнеров входят Европейская сеть фенотипирования растений (EPPN), Североамериканская сеть фенотипирования растений (NAPPN), ^[14] и другие.

Европейская исследовательская инфраструктура по фенотипированию растений, ВАЖНО, ^[15] позволяет исследователям использовать оборудование, услуги и ресурсы для многомасштабного фенотипирования растений по всей Европе. Целью EMPHASIS является содействие будущей продовольственной безопасности и сельскохозяйственному бизнесу в условиях меняющегося климата, позволяя ученым лучше понимать производительность предприятий и воплощать эти знания в жизнь.

См. также

PhenomicDB — база данных, объединяющая фенотипические и генетические данные нескольких видов.
Фенотипический микрочип
Онтология фенотипа человека , формальная онтология фенотипов человека.

Ссылки

^ Билдер, Р.М.; Сабб, ФРВ; Кэннон, ТД; Лондон, Эдуард; Йентч, доктор медицинских наук; Паркер, Д.С.; Полдрак, РА; Эванс, К; Фреймер, НБ (2009). «Феномика: систематическое изучение фенотипов в масштабе всего генома» . Нейронаука . 164 (1): 30–42. doi : 10.1016/j.neuroscience.2009.01.027 . ПМЦ 2760679 . ПМИД 19344640 .
^ Хоул, Дэвид; Говиндараджу, Диддахалли Р.; Омхольт, Стиг (2010). «Феномика: следующий вызов». Обзоры природы Генетика . 11 (12): 855–866. дои : 10.1038/nrg2897 . ПМИД 21085204 .
^ Джин, Ли (01 февраля 2021 г.). «Добро пожаловать в журнал «Фенономика»» . Феномика . 1 (1): 1–2. дои : 10.1007/s43657-020-00009-4 . ISSN 2730-5848 . ПМЦ 9584128 . ПМИД 36939790 .
^ Гуанхуэй, Ю; Сюаньцзюнь, Фан (2009). «Понятие феномики и ее развитие в науке о растениях» . Молекулярная селекция растений . ISSN 1672-416X – через Продовольственную и сельскохозяйственную организацию (ФАО) – специализированное учреждение Организации Объединенных Наций.
^ Перейти обратно: ^а ^б Хоул, Дэвид; Говиндараджу, Диддахалли Р.; Омхольт, Стиг (2010). «Феномика: следующий вызов». Обзоры природы Генетика . 11 (12): 855–866. дои : 10.1038/nrg2897 . ПМИД 21085204 . S2CID 14752610 .
^ О'Лири, Массачусетс; Блох, Дж.И.; Флинн, Джей-Джей; Годен, Ти Джей; Джалломбардо, А.; Джаннини, НП; Гольдберг, СЛ; Краатц, БП; Луо, З.-Х.; Мэн, Дж.; Ни, Х.; Новачек, MJ; Перини, ФА; Рэндалл, З.; Ружье, GW; Саргис, Э.Дж.; Силкокс, Монтана; Симмонс, Северная Каролина; Сполдинг, М.; Веласко, премьер-министр; Векслер, М.; Уибл, младший; Сирранелло, Алабама (2013). «Предок плацентарных млекопитающих и пост-K-Pg-излучение плаценты». Наука . 332 (6120): 662–667. Бибкод : 2013Sci...339..662O . дои : 10.1126/science.1229237 . hdl : 11336/7302 . ПМИД 23393258 . S2CID 206544776 .
^ Портальная система TerraRef Университета Аризоны на полях Исследовательского центра Марикопа.
^ Бао, Инь; Зарекор, Скотт; Шах, Дилан; Туел, Тейлор; Кэмпбелл, Дарвин А.; Чепмен, Энтони В.Е.; Имберти, Дэвид; Кихефер, Даниэль; Имберти, Генри; Любберштедт, Томас; Инь, Яньхай; Нетлтон, Дэн ; Лоуренс-Дилл, Кэролайн Дж.; Уизем, Стивен А.; Тан, Ложь; Хауэлл, Стивен Х. (23 октября 2019 г.). «Оценка производительности предприятия в Энвиратроне» . Растительные методы . 15 (1): 117. doi : 10.1186/s13007-019-0504-y . ПМК 6806530 . ПМИД 31660060 .
^ Папуцоглу, Евангелия А.; Фариа, Дэниел; Аренд, Дэниел; Арно, Элизабет; Афанасиадис, Иоаннис Н.; Чавес, Инес; Коппенс, Фредерик; Корнут, Уильям; Коста, Бруно В.; Свек-Купчиньска, Ханна; Дросбеке, Берт; Финкерс, Ричард; Груден, Кристина; Юнкер, Астрид; Кинг, Грэм Дж.; Краевский, Павел; Ланге, Матиас; Лапорт, Мари-Анжелика; Мишоти, Селия; Опперманн, Маркус; Остлер, Ричард; Портер, Хендрик; Рамирес-Гонсалес, Рикардо; Рамшак, Жива; Рейф, Йохен Дж.; Рокка-Серра, Филипп; Самсон, Сусанна-Ассунта; Шольц, Уве; Тардье, Франсуа; Ух ты, Кристофер; Усадель, Бьорн; Виссер, Ричард Г.Ф.; Вайзе, Стефан; Керси, Пол Дж.; Мигель, Селия М.; Адам-Блондон, Анн-Франсуаза; Помье, Сирил (2020). «Возможность повторного использования наборов феномических данных растений с помощью MIAPPE 1.1» . Новый фитолог . 227 (1): 260–273. дои : 10.1111/nph.16544 . ПМЦ 7317793 . ПМИД 32171029 .
^ Цифровая визуализация свойств корней (DIRT)
^ PlantIt: бесплатная автоматизация фенотипирования растений на основе изображений в облаке
^ ПлантCV
^ IPPN - Международная сеть фенотипирования растений
^ NAPPN - Североамериканская сеть фенотипирования растений
^ АКЦЕРТ

Дальнейшее чтение

Шиллинг, Швейцария; Эдвардс, Дж. С.; Палссон, Б.О. (1999). «На пути к метаболической феноменике: анализ геномных данных с использованием балансов потоков». Биотехнологический прогресс . 15 (3): 288–295. дои : 10.1021/bp9900357 . ПМИД 10356245 . S2CID 9677662 .
Герлай, Р. (2002). «Феномика: фантастика или будущее?». Тенденции в нейронауках . 25 (10): 506–509. дои : 10.1016/S0166-2236(02)02250-6 . ПМИД 12220878 . S2CID 23587977 .

[BilderSabbCannon2009-1] Билдер, Р.М.; Сабб, ФРВ; Кэннон, ТД; Лондон, Эдуард; Йентч, доктор медицинских наук; Паркер, Д.С.; Полдрак, РА; Эванс, К; Фреймер, НБ (2009). «Феномика: систематическое изучение фенотипов в масштабе всего генома» . Нейронаука . 164 (1): 30–42. doi : 10.1016/j.neuroscience.2009.01.027 . ПМЦ 2760679 . ПМИД 19344640 .

[2] Хоул, Дэвид; Говиндараджу, Диддахалли Р.; Омхольт, Стиг (2010). «Феномика: следующий вызов». Обзоры природы Генетика . 11 (12): 855–866. дои : 10.1038/nrg2897 . ПМИД 21085204 .

[3] Джин, Ли (01 февраля 2021 г.). «Добро пожаловать в журнал «Фенономика»» . Феномика . 1 (1): 1–2. дои : 10.1007/s43657-020-00009-4 . ISSN 2730-5848 . ПМЦ 9584128 . ПМИД 36939790 .

[4] Гуанхуэй, Ю; Сюаньцзюнь, Фан (2009). «Понятие феномики и ее развитие в науке о растениях» . Молекулярная селекция растений . ISSN 1672-416X – через Продовольственную и сельскохозяйственную организацию (ФАО) – специализированное учреждение Организации Объединенных Наций.

[HouleGovindaraju2010-5] Перейти обратно: ^а ^б Хоул, Дэвид; Говиндараджу, Диддахалли Р.; Омхольт, Стиг (2010). «Феномика: следующий вызов». Обзоры природы Генетика . 11 (12): 855–866. дои : 10.1038/nrg2897 . ПМИД 21085204 . S2CID 14752610 .

[6] О'Лири, Массачусетс; Блох, Дж.И.; Флинн, Джей-Джей; Годен, Ти Джей; Джалломбардо, А.; Джаннини, НП; Гольдберг, СЛ; Краатц, БП; Луо, З.-Х.; Мэн, Дж.; Ни, Х.; Новачек, MJ; Перини, ФА; Рэндалл, З.; Ружье, GW; Саргис, Э.Дж.; Силкокс, Монтана; Симмонс, Северная Каролина; Сполдинг, М.; Веласко, премьер-министр; Векслер, М.; Уибл, младший; Сирранелло, Алабама (2013). «Предок плацентарных млекопитающих и пост-K-Pg-излучение плаценты». Наука . 332 (6120): 662–667. Бибкод : 2013Sci...339..662O . дои : 10.1126/science.1229237 . hdl : 11336/7302 . ПМИД 23393258 . S2CID 206544776 .

[TerraRef-7] Портальная система TerraRef Университета Аризоны на полях Исследовательского центра Марикопа.

[8] Бао, Инь; Зарекор, Скотт; Шах, Дилан; Туел, Тейлор; Кэмпбелл, Дарвин А.; Чепмен, Энтони В.Е.; Имберти, Дэвид; Кихефер, Даниэль; Имберти, Генри; Любберштедт, Томас; Инь, Яньхай; Нетлтон, Дэн ; Лоуренс-Дилл, Кэролайн Дж.; Уизем, Стивен А.; Тан, Ложь; Хауэлл, Стивен Х. (23 октября 2019 г.). «Оценка производительности предприятия в Энвиратроне» . Растительные методы . 15 (1): 117. doi : 10.1186/s13007-019-0504-y . ПМК 6806530 . ПМИД 31660060 .

[9] Папуцоглу, Евангелия А.; Фариа, Дэниел; Аренд, Дэниел; Арно, Элизабет; Афанасиадис, Иоаннис Н.; Чавес, Инес; Коппенс, Фредерик; Корнут, Уильям; Коста, Бруно В.; Свек-Купчиньска, Ханна; Дросбеке, Берт; Финкерс, Ричард; Груден, Кристина; Юнкер, Астрид; Кинг, Грэм Дж.; Краевский, Павел; Ланге, Матиас; Лапорт, Мари-Анжелика; Мишоти, Селия; Опперманн, Маркус; Остлер, Ричард; Портер, Хендрик; Рамирес-Гонсалес, Рикардо; Рамшак, Жива; Рейф, Йохен Дж.; Рокка-Серра, Филипп; Самсон, Сусанна-Ассунта; Шольц, Уве; Тардье, Франсуа; Ух ты, Кристофер; Усадель, Бьорн; Виссер, Ричард Г.Ф.; Вайзе, Стефан; Керси, Пол Дж.; Мигель, Селия М.; Адам-Блондон, Анн-Франсуаза; Помье, Сирил (2020). «Возможность повторного использования наборов феномических данных растений с помощью MIAPPE 1.1» . Новый фитолог . 227 (1): 260–273. дои : 10.1111/nph.16544 . ПМЦ 7317793 . ПМИД 32171029 .

[DIRT-10] Цифровая визуализация свойств корней (DIRT)

[PlantIt-11] PlantIt: бесплатная автоматизация фенотипирования растений на основе изображений в облаке

[PlantCV-12] ПлантCV

[IPPN-13] IPPN - Международная сеть фенотипирования растений

[NAPPN-14] NAPPN - Североамериканская сеть фенотипирования растений

[emphasis-15] АКЦЕРТ

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]