راه اندازی پلتفرم iFish : پیشبرد ژنتیک و اپی‌ژنتیک در آبزی‌پروری

۲۱ October 2025

۲۹ مهر ۱۴۰۴

 

پایگاه داده « multi-omics[۱]’» ماهیان. منبع: Ruoyan و همکاران (۲۰۲۵)، مجله Nucleic Acids Research.

صنعت ماهیگیری  و آبزی‌پروری در جهان با سرعت زیادی در حال گسترش است. در سال ۲۰۲۲، میزان تولید کل به ۲۲۳.۲ میلیون تن رسید و ارزش تجارت جهانی آن از ۱۶۰ میلیارد دلار در سال فراتر رفت. در نتیجه، تقاضا برای پروتئین باکیفیت‌تر از هر زمان دیگری افزایش یافته است.

برای پاسخ‌گویی پایدار به این تقاضا، آبزی‌پروری مدرن باید کارایی تغذیه را بهینه کند، توان تولیدمثل را افزایش دهد، رشد را تنظیم کند و سازوکارهای مقاومت در برابر بیماری‌ها را بشناسد.

کلید دستیابی به این پیشرفت‌ها در داده‌ها نهفته است؛ به‌ویژه در داده‌های  Multi-omicsکه شامل مجموعه‌ای از اطلاعات ژنومیک، ترنسکریپتومیک، اپی‌ژنتیک و پروتئومیک یک موجود زنده است. با این حال، تا پیش از این، داده‌های حیاتی مربوط به گونه‌های ماهی پراکنده، ناقص یا در منابع و پایگاه‌های گوناگون منتشر شده بود.

برای حل این مشکل، گروهی از پژوهشگران از دانشگاه Huazhong Agricultural University پلتفرمی به نام iFish را توسعه داده‌اند؛ سامانه‌ای جامع که با هدف تبدیل شدن به کامل‌ترین منبع Multi-omics برای پژوهش‌های مرتبط با ماهیان طراحی شده است.

یافته‌های کلیدی

• پلتفرم iFish به عنوان جامع‌ترین سامانه موجودی که تاکنون توسعه یافته ، داده‌های Multi-omics شامل ژنوم، Transcriptome[۲]، اپی‌ژنوم و پروتئوم را از ۸۸ گونه ماهی در خود ادغام کرده است.
• این پایگاه داده حجم عظیمی از اطلاعات را در خود متمرکز کرده است؛ از جمله ۱۳۷ میلیون پلی‌مورفیسم تک‌نوکلئوتیدی (SNPs[۳])، ۲.۷ میلیون حاشیه‌نویسی ژنی، و ۱۹۲,۱۰۷ فاکتور رونویسی.
• یکی از نقاط قوت برجسته iFish، مخزن غنی آن از RNAهای غیرکُدکننده (ncRNAs[۴]) است؛ مانند lncRNA و miRNA که نقش آن‌ها در زیست‌شناسی ماهی بسیار حیاتی است، اما پیش از این به‌خوبی شناسایی نشده بودند.
• این پلتفرم ابزارهایی کاربرپسند برای مشاهده، دانلود و تحلیل عملکردی ارائه می‌دهد، از جمله شبکه‌های هم‌بیانی ژن‌ها و شبکه‌های تنظیمی فاکتورهای رونویسی.
• iFish با هدف شتاب‌دهی به پژوهش‌های ژنتیکی و بهبود ژنتیکی در آبزی‌پروری طراحی شده است و کشف ژن‌های مرتبط با رشد، مقاومت در برابر بیماری‌ها و تعیین جنسیت را تسهیل می‌کند.

چالش داده‌های Omics در آبزی‌پروری

ماهی‌ها متنوع‌ترین گروه مهره‌داران هستند و نقش اساسی در تغذیه جهانی و حفظ تعادل اکولوژیکی دارند. بررسی زیست‌شناسی آن‌ها برای بهبود آبزی‌پروری نیازمند درک عمیق از ساختار ژنومی، شبکه‌های تنظیم ژنی و سازوکارهای اپی‌ژنتیکی آن‌ها است.

در سال‌های اخیر، دانشمندان از رویکردهای مختلف Omics برای مطالعه استفاده کرده‌اند؛ برای مثال، شناسایی نشانگرهای ژنتیکی (SNPs) مرتبط با رشد در گربه ماهی زرد یا بررسی تأثیر متیلاسیون DNA بر اسپرم‌های X و Y در گناد جنسی نر.

با این حال، پایگاه‌های داده موجود محدود بودند. برخی تنها روی zebrafish تمرکز داشتند، برخی دیگر تعداد کمی گونه را پوشش می‌دادند یا تنها به یک نوع داده خاص، مانند microRNAها (miRNAs) یا عناصر قابل انتقال، اختصاص یافته بودند. یک پلتفرم جامع که همه این اطلاعات را ادغام کند، وجود نداشت.

به گفته نویسندگان این مطالعه، پایگاه‌های داده پیشین از نظر تنوع گونه‌ها و انواع داده‌ها «به اندازه کافی جامع» نبودند. جنبه‌های حیاتی مانند تنوع ژنتیکی، شناسایی RNAهای غیرکدکننده (ncRNA) و داده‌های اپی‌ژنومی برای بیشتر گونه‌ها ناکافی بود.

iFish: راه‌حل جامع برای پژوهش‌ها

برای پر کردن این خلأ، پلتفرم iFish ایجاد شد؛ پلتفرمی قابل دسترسی در (https://gonglab.hzau.edu.cn/iFish/) پایگاه داده‌ای با دقت بالا که چندین لایه اطلاعات Omics را برای ۸۸ گونه ماهی ادغام می‌کند.

این مجموعه عظیم داده‌ها که بیش از ۴۰ ترابایت است، شامل گونه‌های مدل مانند zebrafish و گونه‌های با اهمیت اقتصادی بالا می‌شود، از جمله:

• ماهی آزاد اطلس(Salmo salar)
• کاد اطلس (Gadus morhua)
• قزل‌آلای رنگین‌کمان (Oncorhynchus mykiss)
• گیلت‌هد برم (Sparus aurata)
• کپور چینی (Ctenopharyngodon idella)
• باس دهان‌بزرگ (Micropterus salmoides)
• گربه ماهی زرد (Pelteobagrus fulvidraco)

iFish تنها یک مخزن داده نیست؛ بلکه یک پلتفرم تحلیلی است که به کاربران امکان مرور، مشاهده و دانلود تعاملی داده‌ها را می‌دهد.

پایگاه داده iFish چه اطلاعاتی را در خود دارد؟

پلتفرم iFish به‌صورت ماژولار سازمان‌دهی شده و چهار حوزه اصلی زیست‌شناسی مولکولی را پوشش می‌دهد، که در مجموع شامل ۱۳,۳۷۷ نمونه توالی‌یابی شده است.

ژنومیک (نقشه ژنتیکی)

این ماژول پایه DNA را فراهم می‌کند. در آن ۸۸ مجموعه ژنومی و داده‌های ۸۸۴ پروژه توالی‌یابی کامل ژنوم (WGS[۵]) ادغام شده است. از این داده‌ها، پژوهشگران موارد زیر را شناسایی کردند:

• ۰۴میلیون (SNP پلی‌مورفیسم تک‌نوکلئوتیدی)
• ۵۲ میلیون (InDel درج/حذف)
• ۷ میلیون حاشیه‌نویسی ژنی
• ۱۹۲,۱۰۷ فاکتور رونویسی (TF[۶]) ، پروتئین‌هایی که ژن‌ها را «روشن» یا «خاموش» می‌کنند
• تحلیل ژن‌های همولوگ در گونه‌های مختلف

ترنسکریپتومیک (چه ژن‌هایی «فعال» هستند)

این بخش به تحلیل بیان ژن‌ها (RNA) می‌پردازد. iFish داده‌های ۹,۷۹۷ نمونه RNA-seq[۷] گروهی، ۲۹۳ نمونه RNA-seq تک‌سلولی (scRNA-seq) و ۸۴۰ مجموعه داده microRNA-seq را پردازش کرده است. این امکان فراهم شد تا موارد زیر کمی‌سازی شوند:

• ۸۷ میلیونmRNA (RNA پیام‌رسان)
• ۲۸۷,۸۷۳ lncRNA (RNA طولانی غیرکدکننده)
• circRNA 197,554 (RNA حلقوی)
• ۶,۰۶۸ miRNA بالغ (microRNA

اپی‌ژنومیک (چگونگی کنترل نقشه)

• اپی‌ژنتیک به بررسی تغییرات شیمیایی می‌پردازد که بدون تغییر در DNA تعیین می‌کنند کدام ژن‌ها فعال شوند. iFish، با ادغام ۱,۵۶۳ مجموعه داده اپی‌ژنومی، موارد زیر را نقشه‌برداری می‌کند:
• تغییرات هیستونی (Histone modifications)
• دسترسی کروماتین (Chromatin accessibility) که مشخص می‌کند کدام بخش‌های DNA برای استفاده «باز» هستند
• متیلاسیون DNA[۸]
• تعاملات سه‌بعدی کروماتین (3D chromatin interactions[۹]) و نحوه سازماندهی DNA در فضا

 

پروتئومیکس (ماشین‌های عملکردی)

در نهایت، پروتئومیک به تحلیل پروتئین‌ها می‌پردازد، محصول نهایی ژن‌ها. این ماژول شامل ۵۰ پروژه برای پروفایل‌گیری بیان پروتئین‌ها است.

قدرت RNAهای غیرکدکننده : (ncRNA) یکی از مزایای کلیدی  iFish

یکی از نقاط قوتی که iFish را متمایز می‌کند، مخزن غنی اطلاعات آن درباره RNAهای غیرکدکننده (ncRNAs) است.

در سال‌های اخیر، دانشمندان کشف کرده‌اند که ncRNAها، که زمانی DNA زائد تلقی می‌شدند، در واقع تنظیم‌کننده‌های حیاتی زیستی هستند. در ماهی‌ها، نشان داده شده که ncRNAها نقش مهمی در رشد و پاسخ ایمنی دارند. برای مثال، مطالعه‌ای نشان می‌دهد که یک lncRNA  خاص (AANCR) پاسخ‌های ضدویروسی را تقویت می‌کند و یک miR-722 به تعدیل پاسخ ایمنی علیه باکتری‌ها در flounder کمک می‌کند.

با وجود اهمیت آن‌ها، پروفایل‌های بیان و عملکرد ncRNAها در ماهی‌ها به خوبی شناسایی نشده بود و یک پلتفرم جامع وجود نداشت. iFish این موضوع را به‌صورت سیستماتیک پوشش می‌دهد، با شناسایی و توصیف الگوی بیان ‌lncRNAها، circRNAها و miRNAها و حتی بررسی میزان محافظت آن‌ها در گونه‌های مختلف ماهی.

More than just data: iFish tools and functionalities

The true power of iFish lies not just in the quantity of data, but in how it allows researchers to use it. The platform offers functional analysis tools that convert raw numbers into biological knowledge.

Two of the most powerful tools are:

1. Gene Co-expression Networks: iFish has calculated 289 million pairs of genes that “turn on” and “turn off” together across 19 species. This allows a researcher to search for a gene of interest and instantly discover which other genes it is collaborating with.
2. TF Regulatory Networks: The database maps 281 million regulatory pairs between transcription factors (TFs) and their target genes in 46 species. This helps decipher how genetic networks are controlled.

فراتر از داده‌ها: ابزارها و قابلیت‌های iFish

قدرت واقعی iFish تنها در حجم داده‌ها نیست، بلکه در نحوه استفاده پژوهشگران از آن نهفته است. این پلتفرم ابزارهای تحلیل عملکردی ارائه می‌دهد که اعداد خام را به دانش زیستی تبدیل می‌کنند.

دو مورد از قدرتمندترین ابزارهای آن عبارتند از:

1. شبکه‌های هم‌بیانی ژن‌ها: (Gene Co-expression Networks) ، iFish 289 میلیون جفت ژن را محاسبه کرده است که در ۱۹ گونه به‌طور همزمان «روشن» و «خاموش» می‌شوند. این امکان به پژوهشگر می‌دهد تا یک ژن مورد نظر را جستجو کرده و به‌سرعت دیگر ژن‌هایی را که با آن همکاری می‌کنند، شناسایی کند.
2. شبکه‌های تنظیمی فاکتورهای رونویسی : (TF Regulatory Networks) این پایگاه داده، ۲۸۱ میلیون جفت تنظیمی بین فاکتورهای رونویسی (TFs) و ژن‌های هدف آن‌ها را در ۴۶ گونه نقشه‌برداری کرده است. این ابزار به فهم چگونگی کنترل شبکه‌های ژنتیکی کمک می‌کند.

یک مطالعه موردی: بررسی تعیین جنسیت در zebrafish

برای نشان دادن کاربرد iFish، پژوهشگران یک مطالعه موردی روی ژن dmrt1 در zebrafish انجام دادند.

تعیین جنسیت در آبزی‌پروری اهمیت زیادی دارد، زیرا پرورش جمعیت‌های تک‌جنسی (monosex) می‌تواند بسیار ارزشمند باشد. ژن dmrt1  به عنوان یکی از عوامل کلیدی در توسعه جنسی نر در بسیاری از ماهی‌ها شناخته شده است.

با استفاده از iFish، پژوهشگران مراحل زیر را انجام دادند:

1. جستجوی ژن «dmrt1» در ماژول جستجوی ژن
2. پلتفرم اطلاعات ژن، موقعیت آن روی ژنوم (با استفاده از JBrowse) و پروفایل بیان آن در بافت‌های مختلف را نمایش داد.
3. همان‌طور که انتظار می‌رفت، نتایج بیان بالای dmrt1 را به‌طور خاص در بافت اندام تولیدمثل نر نشان داد، که گزارش‌های قبلی را تأیید کرده و دقت پایگاه داده را تأیید می‌کند
4. علاوه بر این، با استفاده از ابزار «Function» می‌توانستند بلافاصله شبکه هم‌بیانی ژن‌ها را ایجاد کنند و تمام ژن‌هایی را که با dmrt1 در اندام تولیدمثل نر zebrafish  همکاری می‌کنند، مشاهده کنند

پیامدها برای آینده آبزی‌پروری
iFish گامی مهم در پژوهش‌های مرتبط با ماهیان به شمار می‌آید. با یکپارچه‌سازی داده‌های ژنومیک، ترنسکریپتومیک، اپی‌ژنتیک و پروتئومیک در یک پلتفرم واحد و در دسترس، زمان و تلاش لازم برای انجام تحلیل‌های پیچیده به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. برای متخصصان آبزی‌پروری و متخصصان علم ژنتیک، این موضوع پیامدهای عملی مستقیمی دارد:

• بهبود سریع‌تر ژنتیکی: پرورش‌دهندگان می‌توانند از iFish برای شناسایی سریع‌تر نشانگرهای ژنتیکی (SNPs) و ژن‌های مرتبط با ویژگی‌های مطلوب، مانند رشد سریع‌تر یا تبدیل بهتر غذا، استفاده کنند
• سلامت و بیماری: پژوهشگران می‌توانند پروفایل‌های بیان ژن‌ها (مانند ncRNAها)  و تغییرات اپی‌ژنتیکی مانند متیلاسیون DNA را که هنگام پاسخ ماهی به پاتوژن یا استرس محیطی رخ می‌دهند، بررسی کنند.
• بهینه‌سازی تولیدمثل: امکان بررسی شبکه‌های تعیین جنسیت مانند مثال dmrt1 توسعه جمعیت‌های تک‌جنسی را تسهیل می‌کند.
• پژوهش‌های تکاملی: این پلتفرم امکان تحلیل محافظت ژنتیکی در گونه‌های مختلف را فراهم می‌کند و به درک روند تکامل ماهیان کمک می‌کند.

نتیجه‌گیری: آینده Multi-omics است

پایگاه داده iFish تاکنون جامع‌ترین پلتفرم محسوب می‌شود که به‌صورت سیستماتیک داده‌های Multi-omics ماهیان را ادغام، تحلیل و ذخیره می‌کند. با ارائه یک «مجموعه کامل و کاربرپسند»، سازندگان امیدوارند iFish به منبعی بنیادی برای پیشبرد پژوهش‌های ژنتیکی، تنظیمی و اپی‌ژنتیکی تبدیل شود.

برای صنعتی مانند آبزی‌پروری که برای پاسخ به تقاضای روزافزون جهانی پروتئین به نوآوری علمی وابسته است، ابزارهایی مانند iFish  تنها یک پیشرفت دانشگاهی نیستند؛ بلکه محرک‌های اساسی برای بهبود ژنتیکی و کاربردهای عملی هستند که آینده پایدار این صنعت را شکل خواهند داد.

[۱] اصطلاح  (Multi-omics) به رویکردی گفته می‌شود که چندین شاخه از علم  omicsرا هم‌زمان مورد بررسی قرار می‌دهد. omics در واقع به مطالعه‌ی مجموعه‌ای کامل از مولکول‌های زیستی در یک موجود زنده گفته می‌شود

 

[۲] Transcriptome به مجموعه‌ی کامل RNAهایی گفته می‌شود که در یک سلول یا بافت در یک زمان مشخص بیان می‌شوند. ترنسکریپتوم نشان می‌دهد که کدام ژن‌ها «فعال» هستند و پیام‌رسان‌های RNA چه مقدار تولید می‌کنند.

 

[۳] SNPs مخففSingle Nucleotide Polymorphisms  به معنای پلی‌مورفیسم تک‌نوکلئوتیدی است.

SNPها نقاطی در DNA هستند که در آن یک نوکلئوتید (A، T، C  یا G) در میان افراد یک گونه متفاوت است. این تفاوت‌ها می‌توانند ویژگی‌های ژنتیکی خاص، مانند رشد، مقاومت به بیماری یا رنگ‌بندی را تحت تأثیر قرار دهند و معمولاً به عنوان نشانگرهای ژنتیکی در پژوهش‌ها و پرورش انتخابی استفاده می‌شوند.

 

[۴] ncRNAs مخفف non-coding RNAs  به معنای RNAهای غیرکدکننده است.

این نوع RNAها ژن‌هایی را کد نمی‌کنند تا پروتئین بسازند، اما نقش‌های حیاتی در تنظیم ژن‌ها و فرآیندهای سلولی دارند. انواع مهم آن شامل:

• lncRNAs (long non-coding RNAs) یا RNAهای طولانی غیرکدکننده
• miRNAs (microRNAs) یا RNAهای کوچک تنظیم‌کننده

در ماهی‌ها، ncRNAها نقش مهمی در رشد، پاسخ ایمنی و توسعه جنسی دارند.

 

[۵] WGS مخفف Whole-Genome Sequencing به معنای توالی‌یابی کامل ژنوم است. در این روش، کل DNA یک موجود زنده (ژنوم) به‌طور کامل توالی‌یابی می‌شود تا ترتیب نوکلئوتیدها (A، T ،C و G)  مشخص شود. این اطلاعات برای شناسایی تغییرات ژنتیکی، SNPها، InDelها و ساختار ژنوم در پژوهش‌های ژنتیکی و بهبود ژنتیکی در آبزی‌پروری کاربرد دارد.

 

[۶] TF مخفف Transcription Factor به معنای فاکتور رونویسی است. فاکتورهای رونویسی پروتئین‌هایی هستند که ژن‌ها را «روشن» یا «خاموش» می‌کنند و نقش مهمی در کنترل بیان ژن‌ها و شبکه‌های ژنتیکی دارند. در ماهی‌ها و سایر موجودات، TFها تعیین می‌کنند کدام ژن‌ها در چه زمان و چه بافتی فعال شوند.

 

[۷] RNA-seq مخفف RNA sequencing به معنای توالی‌یابی RNA است.

این روش برای بررسی بیان ژن‌ها در یک سلول یا بافت استفاده می‌شود و مشخص می‌کند که کدام ژن‌ها فعال هستند و میزان بیان هر ژن چقدر است. RNA-seq می‌تواند به دو صورت انجام شود:

• Bulk RNA-seq: بررسی بیان ژن‌ها در مجموعه‌ای از سلول‌ها
• Single-cell RNA-seq (scRNA-seq): بررسی بیان ژن‌ها در سطح تک سلول

این اطلاعات برای تحلیل ترنسکریپتوم و درک فرآیندهای بیولوژیکی حیاتی مانند رشد، پاسخ ایمنی و توسعه جنسی در ماهی‌ها بسیار مفید است.

 

[۸] متیلاسیون DNA یک تغییر شیمیایی در DNA است که معمولاً شامل اضافه شدن یک گروه متیل (CH₃) به نوکلئوتیدهای سیتوزین در ژنوم می‌شود. این تغییر، بدون آنکه توالی DNA را تغییر دهد، می‌تواند فعالیت ژن‌ها را خاموش یا کاهش دهد و نقش مهمی در تنظیم بیان ژن‌ها، رشد، توسعه و پاسخ به محیط یا بیماری‌ها دارد.

متیلاسیون DNA مانند یک کلید شیمیایی است که تعیین می‌کند کدام ژن‌ها روشن یا خاموش باشند.

 

[۹] تعاملات سه‌بعدی کروماتین (3D chromatin interactions) به نحوه سازماندهی DNA در فضای هسته سلول اشاره دارد.

در سلول،DNA  تنها به صورت یک رشته خطی نیست، بلکه به شکل سه‌بعدی پیچ‌خورده و سازمان‌یافته است. این سازمان‌دهی باعث می‌شود که بخش‌های مختلف ژنوم که ممکن است دور از هم باشند، بتوانند با هم ارتباط برقرار کنند و بیان ژن‌ها یا عملکردهای سلولی را تنظیم کنند.

 

تعداد بازدید: ۲

لینک کوتاه: کپی کن!