قاعدة بيانات تصنيف الجينوم

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

قاعدة بيانات تصنيف الجينوم (GTDB) هي قاعدة بيانات إلكترونية تُعنى بمعلومات حول التسمية المقترحة للكائنات بدائية النواة ، وذلك باتباع منهجية علم الوراثة العرقي القائمة على مجموعة من البروتينات المحفوظة أحادية النسخة. بالإضافة إلى حلّ المجموعات شبه العرقية ، تُعيد هذه الطريقة أيضًا تعيين الرتب التصنيفية خوارزميًا، مع تحديث الأسماء في كلتا الحالتين. [ 1 ] أُضيفت معلومات عن العتائق في عام 2020، [ 2 ] إلى جانب تصنيف الأنواع بناءً على متوسط ​​تطابق النيوكليوتيدات . [ 3 ] يتضمن كل تحديث جينومات جديدة، بالإضافة إلى مراجعة آلية ويدوية للتصنيف. [ 4 ]

تتوفر أداة مفتوحة المصدر تُسمى GTDB-Tk لتصنيف مسودات الجينومات ضمن التسلسل الهرمي لقاعدة بيانات GTDB. [ 5 ] وقد استُخدم نظام GTDB، عبر GTDB-Tk، لفهرسة البكتيريا غير المُسماة بعد في ميكروبيوم الأمعاء البشرية ومصادر الميتاجينوم الأخرى . [ 6 ] [ 7 ]

تم دمج قاعدة بيانات GTDB في دليل بيرجي لتصنيف العتائق والبكتيريا في عام 2019 كمورد للتطور الجيني. [ 8 ]

المنهجية

تُستقى الجينومات المستخدمة في بناء شجرة التطور من المركز الوطني لمعلومات التقانة الحيوية (NCBI) ( RefSeq و Genbank )، وتُفهرس إصدارات GTDB وفقًا لإصدارات RefSeq ، بدءًا من الإصدار 76. ومن المهم، وبشكل متزايد، أن تتضمن هذه المجموعة من البيانات مسودات جينومات لكائنات دقيقة غير مستزرعة، مُستقاة من الميتاجينومات والخلايا المفردة، مما يضمن تمثيلًا جينوميًا مُحسَّنًا للعالم الميكروبي. تخضع جميع الجينومات لرقابة جودة مستقلة باستخدام CheckM قبل إدراجها في GTDB. [ 9 ]

تخضع الجينومات أولًا لعملية تحديد الجينات لاستخراجها. يعتمد التصنيف على الأشجار المستنتجة باستخدام برنامج FastTree من مجموعة متسلسلة من 120 بروتينًا دالًا أحادي النسخة للبكتيريا وفقًا لنموذج WAG، وباستخدام برنامج IQ-TREE من مجموعة متسلسلة من 53 بروتينًا دالًا (منذ RS207؛ 122 قبل ذلك) للأركيا وفقًا لنموذج PMSF. تُستخدم أيضًا مجموعات إضافية من البروتينات الدالة للتحقق من صحة تراكيب الأشجار، بما في ذلك البروتينات الريبوزومية المتسلسلة وجينات الحمض النووي الريبوزي الريبوزومي. [ 9 ] يُستمد مقياس التباعد التطوري النسبي (RED)، الذي يحدد الرتب التصنيفية المستخدمة، من الشجرتين الرئيسيتين بواسطة برنامج PhyloRank. [ 1 ]

يتم تحديد الأنواع باستخدام متوسط ​​تطابق النيوكليوتيدات ونسبة المحاذاة، وكلاهما يُحسب بواسطة برنامج skani . بالنسبة للأنواع الموجودة في إصدار سابق، يقارن GTDB جودة وموقع جينومين، وقد يقرر التبديل إلى جينوم جديد يمثل النوع . [ 9 ]

يستند علم التصنيف إلى المصادر التالية:

يقوم موظفو GTDB بتنسيق التصنيف من المصادر المذكورة أعلاه عن طريق التحقق منها مقابل نتائج PhyloRank والشجرة.

  • قد تحتوي عقدة الشجرة المقابلة لاسم تصنيفي على لون أحمر غير مناسب لرتبتها. يمكن نقل الاسم إما إلى عقدة أخرى أو (عن طريق تغيير اللاحقة اللاتينية) إلى رتبة مختلفة. [ 1 ]
    • قد يحدث الانقسام على مستوى الأنواع أو الأجناس إذا تبين أن التباين كبير جدًا. ويؤدي ذلك إلى ظهور تصنيفات جديدة. [ 3 ]
  • قد يتبين أن التصنيف متعدد الأصول. يقوم أمين المتحف أولاً بتقييد التصنيف بالفرع الذي يحتوي على مادته النموذجية. ثم يتم إنشاء تصنيف جديد لكل فرع من الفروع الأخرى. [ 1 ]

بالنسبة لكل تصنيف جديد، يحاول القائمون على الحفظ إيجاد اسم مقترح له في المراجع العلمية. إذا لم يُقترح اسم، يُعطى التصنيف اسمًا مؤقتًا بإضافة لاحقة إلى الاسم الأصلي، على سبيل المثال: Lactobacillus gasseri_A . بعد الحرف "Z" تأتي اللاحقة "AA". [ 1 ]

محتويات قاعدة البيانات

يحتوي كل إصدار على: [ 10 ]

  • جداول التصنيف التي تحتوي على تصنيف جميع تجميعات الجينوم المضمنة إلى تصنيف الشعبة إلى النوع. (جدول واحد لكل نطاق.)
  • ملفات تحتوي على البيانات الوصفية لكل تجميع جينومي، بما في ذلك التصنيف الأصلي من NCBI، ومعرف السلالة الأصلي، وتصنيف GTDB، وتقديرات الجودة، ووجود الجينات المهمة (tRNA و rRNA). (ملف واحد لكل نطاق).
  • ملفات شجرة الأنواع من نوع نيويك التي تحتوي على الجينومات الممثلة للأنواع (جينوم واحد لكل نوع)، والتي تم إنشاؤها كما هو موضح في القسم السابق. (جينوم واحد لكل نطاق).
  • بالنسبة للجينومات الممثلة للأنواع:
    • محاذاة الجينات الدالة التي تم تحديدها من هذه الجينومات
    • ملف يحتوي على تسلسل واحد من الحمض النووي الريبوزي 16S من كل نوع
    • ملفات مضغوطة تحتوي على نسخ من الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات لجميع الجينات المتوقعة في هذه الجينومات
    • ملف مضغوط يحتوي على المحتويات الكاملة لجميع هذه الجينومات
  • بالنسبة لجميع الجينومات التي تجتاز فحص الجودة:
    • محاذاة الجينات الدالة التي تم تحديدها من هذه الجينومات
    • ملف يحتوي على جميع تسلسلات الحمض النووي الريبوزي 16S التي تم تحديدها من هذه الجينومات
  • الملفات المساعدة؛ راجع ملف FILE_DESCRIPTIONS.txt الكامل.

تعرض واجهة الويب شجرةً مبنيةً على التصنيف (وليس ملف نيويك بأكمله)، وصولاً إلى مستوى تجميع الجينوم. يحتوي كل تجميع جينومي على صفحة تُفصّل بياناته الوصفية وسجل تصنيفه في كل إصدار من قاعدة بيانات الجينوم العالمية (GTDB). كما تتوفر خاصية البحث.

التأثيرات على التصنيف المقبول

أصبحت قاعدة بيانات التصنيف الجيني (GTDB) مصدرًا هامًا لتصنيف بدائيات النوى. يستخدم علماء التصنيف شجرة الأنواع الخاصة بها وعناصر من منهجيتها لتحسين التصنيف الحالي المقبول بموجب قانون بدائيات النوى . على سبيل المثال، قد يُشير عالم التصنيف إلى شجرة GTDB فوق شجرة التطور الخاصة به لدعم اقتراح تصنيفي. [ 11 ]

ظهرت مقترحات أكثر طموحًا لاستيراد أجزاء كبيرة من قاعدة البيانات إلى التصنيف المعتمد. ففي مقال نُشر عام 2022 في المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة والهندسة الجزيئية (IJSEM) ، كتبه باحثون مستقلون، اقترح الباحثون تسمية أكثر من 65 ألف نوع من أنواع قاعدة بيانات GTDB بأسماء مبنية على مقاطع لاتينية غير ذات معنى، [ 12 ] مع العلم أن أيًا من هذه الأسماء لم يُدرج في شبكة LPSN. وفي مقال آخر نُشر عام 2023 من قِبل فريق GTDB، اقترح الباحثون استيراد 223 نوعًا من الأنواع العليا إلى نظام Prokaryotic Code ، و49 نوعًا إلى نظام SeqCode . [ 13 ] وقد تم التحقق من صحة العديد من الأسماء المنشورة ضمن نظام Prokaryotic Code . [ 14 ] ( يتطلب نظام SeqCode تسجيل الأسماء للنشر الصحيح، وقد تم ذلك أيضًا).

البكتيريا الزرقاء

على عكس أنواع البكتيريا الأخرى، تخضع البكتيريا الزرقاء لنظام تسمية خاص بها، وهو النظام النباتي (ICNafp)، وتضم مجموعة غنية من التصنيفات الموصوفة مورفولوجيًا، قبل ظهور الطرق الجزيئية. وقد بُذلت جهود كبيرة على المستويات التصنيفية العليا (الرتب والفصائل) لمواءمتها مع نتائج علم الوراثة الجزيئي ، إلا أن بعض التصنيفات الإشكالية لا تزال موجودة على المستويات الدنيا. [ 15 ] ومن الأمثلة على ذلك جنس Synechococcus (ورتبة Synechococcales الأوسع نطاقًا )، حيث لا تزال التصنيفات المتباعدة مُجمّعة معًا. اقترحت مقالة نُشرت عام 2020 استخدام طرق GTDB لتقسيم هذا التصنيف إلى خمس رتب، [ 16 ] لكن ذلك لم يُحدث أي تغيير في التصنيف المُعتمد نظرًا لعدم نشر الأسماء بشكل صحيح . [ 17 ]

يعامل قانون علم النبات الأسماء المنشورة بشكل صحيح بموجب قانون بدائيات النوى على أنها أسماء صحيحة، [ 15 ] ولكن لم يكن العكس صحيحًا حتى عام 2022، عندما بادل قانون بدائيات النوى هذا الاعتراف. وباستخدام بعض أسماء أجناس البكتيريا الزرقاء المنشورة بموجب قانون علم النبات ، اقترحت مقالة GTDB المذكورة آنفًا لعام 2023 قبول 10 تصنيفات عليا من البكتيريا الزرقاء بموجب قانون بدائيات النوى . [ 13 ]

قام مجتمع البكتيريا الزرقاء بمراجعة تصنيفاته العليا في عام 2023 بشكل مستقل عن قاعدة بيانات الجينوم العالمية (GTDB)، مستخدمًا مزيجًا من الأشجار الجينومية التطورية وأشجار 16S. تشمل الاختلافات الرئيسية مقارنةً بقاعدة بيانات الجينوم العالمية ما يلي: [ 18 ]

  • يأخذ GTDB في الاعتبار الأجناس والأنواع التي لم تُنشر بشكل صحيح، ويبني منها تصنيفات أعلى رتبة مثل "Leptococcales". ولا يوجد اسم للمجموعة التصنيفية المقابلة في تصنيف عام 2023.
  • تُبرر العديد من تصنيفات البكتيريا الزرقاء باختلافات مورفولوجية لا تُشير بالضرورة إلى تباعد تطوري كبير. يُظهر GTDB تجميعًا لهذه التصنيفات نتيجةً لتطبيع RED. على سبيل المثال، يُشير مصطلح "Cyanobacteriales" إلى العديد من الرتب في تصنيف 2023: Desertifilales، Geitlerinematales، Oscillatoriales، Spirulinales، Coleofasciculales، Chroococales، Gomontiellales، Chroococcidiopsidales، Nostocales.

على نطاق أوسع، لا يزال الوضع التسمي للبكتيريا الزرقاء غير منظم بدرجة كافية للتسبب في العديد من التعيينات المربكة في قاعدة بيانات GTDB والتي تتطلب تعديلاً يدوياً. على سبيل المثال:

  • من المعروف أن بعض أنواع البكتيريا الزرقاء تندرج ضمن أنواع أخرى، ومع ذلك تُحفظ مؤقتًا لامتلاكها سمات "فريدة ومتميزة". لا يحترم GTDB هذا التمييز، مما يؤدي إلى إعادة تصنيفها. قد تكون النتائج مُربكة عندما تحتوي الأجناس المراد دمجها على أنواع تشترك في نفس الصفات النوعية. مثال على ذلك موضح في Aphanizomenon flos-aquae § التصنيف والتنوع . [ 19 ]
  • لا تمتلك بعض الأجناس جينومًا لنوعها النمطي ، ولا أنواعًا وثيقة الصلة به. قد يؤدي هذا إلى اختلافٍ ملحوظ في مفهوم الجنس مقارنةً بالتصنيف المتعارف عليه، إذ يعتمد GTDB على الجينوم فقط، دون مصادر أخرى مثل الحمض النووي الريبوزي 16S. على سبيل المثال، يُعرَّف مفهوم " Limnothrix " في GTDB بناءً على نوع Limnothrix rosea ، المعروف بانتمائه الأنسب إلى جنس Picosynechococcus . [ 20 ]

(قد يحدث كلا الأمرين المذكورين أعلاه لأي مجموعة من بدائيات النوى، لكن البكتيريا الزرقاء تتأثر بشكل خاص بسبب الندرة الأكبر في الجينومات والتأخر التاريخي في تبني الأساليب القائمة على الجزيئات.)

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 باركس، د.هـ؛ تشوفوشينا، م؛ وايت، د.و؛ رينكه، س؛ سكارشيفسكي، أ؛ شوميل، ب.أ؛ هوغنهولتز، ب (نوفمبر 2018). "تصنيف بكتيري موحد قائم على علم الوراثة الجينومي يُراجع شجرة الحياة بشكل جوهري" (ملف PDF) . مجلة Nature Biotechnology . 36 (10): 996-1004 . bioRxiv 10.1101/256800 . doi : 10.1038/nbt.4229 . PMID 30148503. S2CID 52093100 .   
  2. ↑ رينكه، كريستيان؛ تشوفوشينا، ماريا؛ موسيج، آرون جيه؛ شوميل، بيير آلان؛ دافين، أدريان أ؛ وايت، ديفيد دبليو؛ ويتمان، ويليام بي؛ باركس، دونوفان إتش؛ هوغنهولتز، فيليب (21 يونيو 2021). "تصنيف موحد للعتائق لقاعدة بيانات تصنيف الجينوم" ( ملف PDF) . مجلة نيتشر مايكروبيولوجي . 6 (7): 946-959 . doi : 10.1038/s41564-021-00918-8 . ISSN 2058-5276 . PMID 34155373. S2CID 235595884 .   
  3. 1 2 باركس، د.هـ؛ تشوفوشينا، م؛ شوميل، ب.أ؛ رينكه، س؛ موسيج، أ.ج؛ هوغنهولتز، ب (سبتمبر 2020). "تصنيف كامل من النطاق إلى النوع للبكتيريا والعتائق" . مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 38 (9): 1079-1086 . bioRxiv 10.1101/771964 . doi : 10.1038/s41587-020-0501-8 . PMID 32341564. S2CID 216560589 .   
  4. ↑ للاطلاع على معلومات حول كل تحديث، راجع سجلات التغييرات ذات الصلة. للاطلاع على التغييرات المهمة التي تستحق التوثيق، راجع قسم "الاستشهاد بقاعدة بيانات GTDB" في صفحة "حول" .
  5. ↑ شوميل، ب.أ.؛ موسيج، أ.ج.؛ هوجنهولتز، ب.؛ باركس، د.هـ. (15 نوفمبر 2019). "GTDB-Tk: مجموعة أدوات لتصنيف الجينومات باستخدام قاعدة بيانات تصنيف الجينوم" . المعلوماتية الحيوية . 36 (6): 1925-1927 . doi : 10.1093/bioinformatics/btz848 . PMC 7703759. PMID 31730192 .  
  6. ↑ ألميدا، ألكسندر؛ نايفاش، ستيفن؛ بولاند، ميغيل؛ ستروزي، فرانشيسكو؛ بيراكوشيا، مارتن؛ شي، تشو جيسون؛ بولارد، كاثرين س.؛ ساخاروفا، إيكاترينا؛ باركس، دونوفان هـ.؛ هوغنهولتز، فيليب؛ سيغاتا، نيكولا؛ كيربيدس، نيكوس س.؛ فين، روبرت د. (20 يوليو 2020). "فهرس موحد لـ 204,938 جينومًا مرجعيًا من ميكروبيوم الأمعاء البشرية" . مجلة Nature Biotechnology . 39 (1): 105-114 . doi : 10.1038/s41587-020-0603-3 . PMC 7801254. PMID 32690973 .  
  7. ↑ نايفاش، ستيفن؛ وآخرون . (9 نوفمبر 2020). "فهرس جينومي للميكروبيومات الأرضية" . مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية . 39 (4): 499-509 . doi : 10.1038/s41587-020-0718-6 . PMC 8041624. PMID 33169036 .   
  8. ↑ "دمج علم الوراثة العرقي في BMSAB" . مؤسسة دليل بيرجي .
  9. 1 2 3 "METHODS.txt (إصدار GTDB 220)" . data.gtdb.ecogenomic.org . 2024.
  10. ↑ "220.0/FILE_DESCRIPTIONS.txt" .
  11. ↑ غوبتا، رادهاي س.؛ باتيل، سوديب؛ سايني، نافنيت؛ تشين، شو (1 نوفمبر 2020). "تحديد دقيق لـ 17 مجموعة متميزة من أنواع البكتيريا العصوية، مقترحة كأجناس جديدة من عائلة العصويات، من خلال علم الوراثة العرقي وتحليلات الجينوم المقارن: وصف نوع Robertmurraya kyonggiensis sp. nov. واقتراح جنس Bacillus معدل يقتصر على أفراد مجموعتي Subtilis وCereus من الأنواع". المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 70 (11): 5753-5798 . doi : 10.1099/ijsem.0.004475 . PMID 33112222 . 
  12. ↑ بالين، إم جيه؛ رودريغيز-آر، إل إم؛ عليخان، إن إف (سبتمبر 2022). "تسمية ما لم يُسمَّ: أكثر من 65000 اسم من أسماء كانديداتوس للبكتيريا والعتائق غير المسماة في قاعدة بيانات تصنيف الجينوم" (ملف PDF) . المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 72 (9). doi : 10.1099/ijsem.0.005482 . PMID 36125864 . 
  13. 1 2 تشوفوشينا، م؛ موسيج، أ. ج؛ شوميل، ب. أ؛ سكارشيفسكي، أ؛ رينكه، س؛ باركس، د. هـ؛ هوغنهولتز، ب (17 يناير 2023). "اقتراح أسماء لـ 329 تصنيفًا عالي الرتبة مُعرَّفًا في قاعدة بيانات تصنيف الجينوم تحت رمزين بدائيات النوى" . رسائل علم الأحياء الدقيقة FEMS . 370 fnad071. doi : 10.1093/femsle/fnad071 . PMC 10408702. PMID 37480240 .  
  14. ↑ أورين، أهارون؛ جوكر، ماركوس (1 فبراير 2024). "قائمة التحقق رقم 215. النشر الصحيح للأسماء الجديدة والتركيبات الجديدة المنشورة فعليًا خارج المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري" . المجلة الدولية لعلم الأحياء الدقيقة المنهجي والتطوري . 74 (1). doi : 10.1099/ijsem.0.006173 . PMID 38299482 . 
  15. ديكسترو ، رافائيل ب.؛ ديلباجي، إندروز؛ كوتا، سيمون ر.؛ زهر، جوناثان ب.؛ فيوري، مارلي ف. (أكتوبر 2021). "اتجاهات البيانات الجينومية المتاحة مجانًا تُسرّع التقدم في تصنيف البكتيريا الزرقاء". مجلة علم الطحالب . 57 ( 5 ): 1392-1402 . doi : 10.1111/jpy.13200 .
  16. ↑ سالازار، فينيسيوس و.؛ تشوكي، ديوغو أ.؛ سوينغز، جان؛ كوزنزا، كارلوس أ.؛ ماتوسو، مارتا؛ طومسون، كريستيان س.؛ طومسون، فابيانو ل. (نوفمبر 2020). "نظام تصنيف جينومي جديد لمجموعة سينيكوكوس". علم الأحياء الدقيقة البيئية . 22 (11): 4557-4570 . doi : 10.1111/1462-2920.15173 .
  17. ↑ "طلب "المكورات اللبنية"" . LPSN . 🧍 على الرغم من أن المؤلفين لم يقترحوا صراحة اسم التصنيف هذا، إلا أنهم لم يقدموا اقتباسًا مناسبًا لسلطة الاسم أيضًا.
  18. ↑ سترونيكي، أوتاكار؛ إيفانوفا، آنا بافلوفنا؛ ماريس، يان (فبراير 2023). "تصنيف مُحدَّث لرتب وفصائل البكتيريا الزرقاء بناءً على التحليل الجينومي التطوري والتحليل متعدد الأطوار". مجلة علم الطحالب . 59 (1): 12-51 . doi : 10.1111/jpy.13304 .
  19. ↑ "الوضع المؤسف فيما يتعلق بـ: "Dolichospermum flosaquae"، "D. flos-aquae"، "Aphanizomenon flos-aquae"" . منتدى GTDB . 23 مايو 2025.
  20. ↑ "Limnothrix, Picosynechococcus" . منتدى GTDB . 21 يناير 2026.

للمزيد من القراءة

  • AnnoTree - أداة خارجية لتصور التعليقات التوضيحية للجينوم باستخدام شجرة الأنواع GTDB (R95 أو R214).