Zebrafish as a model for human development and disease. Jon Vidar Helvik

Transkript

1 Zebrafish as a model for human development and disease. Jon Vidar Helvik

2 Mann versus fish Zebrafish is an important model for human development and disease. Most human organ system can be study on a cellular level in zebrafish

3 Zebrafish life cycle completed in 90 days

4 Area of heart contractions Eye primordium Lens primordium Somites organizing into myomeres Yolk and forming yolk sac Perivitelline space Zona radiata

5 Three types of aquarium

6 Creation of transgenic lines using the Gal4 GFP plasmids and transposase Davison et al 2007

7 ZFIN.ORG common database for genetic and morphological information

8

9 Automatic detection of behaviour

10 Områder hvor sebrafisk vil kunne bidra direkte med informasjon gjennom komparativ og funksjonell genomikk: Forenkle og fremskynde annotering av laksegenomet Komparativ og funksjonell epigenomikk, ncrna-omikk Koble SNPer til funksjon Mekanismer som styrer optimalisere nye (ikke-marine) fôrråvarer og fôrutnyttelse Mekanismer for biologisk respons av miljø: lys, temperatur tidlig utvikling, organdannelse og pubertet Utvikling av steril oppdrettsfisk Dypere forståelse av immunsystemet, enkelte sykdomsmekanismer og vaksinestrategier Utvikling av nye strategier for profylakse og bekjempelse av sykdom Dypere forståelse av fordøyelse, metabolisme og vekst, for å, CO2/pH (klimaendringer), ioner ol.

11 PROGRAM VERDIKJEDE HAVBRUK, GARDERMOEN NOVEMBER 2012 Sesjon 3 Utnyttelse av laksens genom for norsk havbruksnæring Hvordan kan norsk havbruksnæring nyttiggjøre seg kartleggingen av laksens genom på en best mulig måte? - Fra genom til biologisk forståelse: strategi og konsept: Jon Vidar Helvik, Biologisk institutt, Universitetet i Bergen

12 Hvilke muligheter laksegenomet vil kunne gi laksenæringen i årene som kommer: Utredning Hovedhensikt: Skaffe laksenæringen en oversikt over hvordan en best mulig kan utnytte laksegenomet som et verktøy for å løse praktiske utfordringer i lakseproduksjonen - tanker om hvordan laksegenomet kan bidra på ulike områder. Sekvensering av laksens genom Biologiske prosesser Hvordan sekvens- og genom-informasjonen kan øke forståelsen og bidra til å løse problemer knyttet til: - Yngelproduksjon og normalutvikling, - En mer robust smolt - Produksjonsoptimalisering, vekstoptimalisering og forbedret fôrutnyttelse, - Produktkvalitet (filetfarge, tekstur, fettinnhold, m.m.) - Deformiteter - Styrt kjønnsmodning - Steril fisk Sykdom - Økt resistens mot virussykdommer og bakterier - Bekjempelse av lakselus Avl Kartlegging av gener som påvirker økonomisk viktige egenskaper og implementering i praktisk avl Modellarter Kompetanse - Hva som trengs av biologisk basiskunnskap for å kunne nyttiggjøre seg funksjonell genomikk innen akvakultur. - Vitenskapelig metodikk/teknologi/kompetanse som må på plass i havbruksforskningsmiljøene for at forskningsinnsatsen skal bli mest mulig effektiv og oppdatert. - Hvilken kompetanse næringsaktører bør etterspørre for å kunne utnytte genomet i egen organisasjon. Sammen med FHF skal det arrangeres en sluttsamling for norske aktører som vil kunne nyttiggjøre seg av rapporten.

13 Genometsstruktur DNA Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

14 Genometsstruktur DNA Genometsfunksjon mrna Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

15 Genometsstruktur DNA Genometsfunksjon mrna Protein Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

16 Genometsstruktur DNA Genometsfunksjon mrna Protein Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

17 Fulle kunnskapsgapet Genometsstruktur DNA Genometsfunksjon mrna Protein Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

18 Fulle kunnskapsgapet Genometsstruktur DNA DNA sekvensering Genometsfunksjon mrna Protein Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ DNA sekvens database Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

19 Gene prediksjon Gene annotering BLAST I kjent sekvens database (Basic Local Alignment Search Tool) Protein familie annotering Gene Ontologi: Cellulære komponenter, biologiskprosess molekylærfunksjon KEGG, kart over gen-nettverk: Molekylær interaksjon og reaksjonsnettverk

20 Glycolysis - human

21 KEGG gen-nettverk (pathways)

22 Fulle kunnskapsgapet Genometsstruktur DNA DNA sekvensering Genometsfunksjon mrna Protein Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ Finne gen aktivitet Transkriptome/proteom-database Koblet til genom sekvens og biologi: Organ/vev/stadier: egg/larve/parr/smolt/moden Miljø Stress Helse DNA sekvens database Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

23 Fulle kunnskapsgapet Genometsstruktur DNA DNA sekvensering Genometsfunksjon mrna Protein RNA (cdna) sekvensering, Transcriptome Protein analyse Proteom Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ Finne aktive gener Transkriptome/proteom-database Koblet til genom sekvens og biologi: Organ/vev/stadier: egg/larve/parr/smolt/moden Miljø Stress Helse DNA sekvens database Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

24 RNA sekvensering (RNASeq) Antall RNASeq sekvenser av et spesifikt gen korrelerer med genets aktivitet

25 Gen-aktivitet

26 I stede for å se på enkelt gener kan en nå studere gen-nettverk Viktig når en studerer laks siden den har mange paraloge gener (ekstra genom duplisering)

27 Fulle kunnskapsgapet Genometsstruktur DNA DNA sekvensering Genometsfunksjon mrna Protein RNA (cdna) sekvensering, Transcriptome Protein analyse Proteom Biologiskeprosesser Physiologi, struktur og funksjon Celle Organ Systembiologi Etablere markører for biologiske prosesser med relevans for oppdrett Finne aktive gener Transkriptome/proteom-database Koblet til genom sekvens og biologi: Organ/vev/stadier: egg/larve/parr/smolt/moden Miljø Stress Helse DNA sekvens database Livshistorie /produksjonssyklus t 0 t n

28 KEGG Salmon RNASeq HI, Tomasz Furmanek et al

29 Biologisk oppdrettsproblem FHF prosjekter NFR prosjekter Industri prosjekter Biologisk Eksperiment Transkriptom sekvensering LAKSEBASEN Informasjon om genaktivitet Gen-netverk KEGG System biologi model arter Sammling av Markør gener Markør gener Kunnskap om biologiskprosess Løse biologisk oppdrettsproblem

30 Laksebasen, fra gen til system Organiserer eksisterende data Bioinformatiskenhet

31 Laksebasen, fra gen til system Nye data Organiserer eksisterende data Gen aktivitet i ulik vev/stadier Muskel, tarm. Bioinformatisk enhet

32 Laksebasen, fra gen til system Nye data Nye data Organiserer eksisterende data Endring av genaktivitet under ulike miljøbetingelser, temp, lys, saltholdighet. Gen aktivitet i ulik vev/stadier Muskel, tarm. Bioinformatisk enhet

33 Laksebasen, fra gen til system Nye data Nye data Nye data Organiserer eksisterende data Genaktiviter, sykdom og vaksinering Immunom Endring av genaktivitet under ulike miljøbetingelser, temp, lys, saltholdighet. Gen aktivitet i ulik vev/stadier Muskel, tarm. Bioinformatisk enhet

34 Laksebasen, fra gen til system Nye data Effekt av fôr på genaktivitet Nye data Nye data Nye data Organiserer eksisterende data Genaktiviter, sykdom og vaksinering Immunom Endring av genaktivitet under ulike miljøbetingelser, temp, lys, saltholdighet. Gen aktivitet i ulik vev/stadier Muskel, tarm. Bioinformatisk enhet

35 Laksebasen, fra gen til system Nye data Nye data Effekt av genetisk variasjon (SNP analyser) på genaktivitet/ Effekt av fôr på genaktivitet Nye data Nye data Nye data Organiserer eksisterende data Genaktiviter, sykdom og vaksinering Immunom Endring av genaktivitet under ulike miljøbetingelser, temp, lys, saltholdighet. Gen aktivitet i ulik vev/stadier Muskel, tarm. Bioinformatisk enhet

36 Tid 2012