Αντίδραση ξένου σώματος στο μεσοθωρακικό λεμφαδένα που μιμείται την οζική μετάσταση: Μια σειρά περιπτώσεων

• ¹ Μονάδα Πνευμονικών Ασθενειών, Azienda Ospedali Riuniti, Ανκόνα, Ιταλία
• ² Πολυτεχνικό Πανεπιστήμιο Marche, Ανκόνα, Ιταλία
• ³ Μονάδα Πνευμονικών Νοσημάτων, Ospedale San Martino, Γένοβα, Ιταλία
• ⁴ Μονάδα Πνευμονικών Παθήσεων, Ospedale Ss. Antonio e Biagio και Cesare Arrigo, Alessandria, Ιταλία

Εισαγωγή: Τις τελευταίες δεκαετίες, πολλές αιμοστατικές ουσίες που περιλαμβάνουν οξειδωμένη κυτταρίνη που εφαρμόζεται τοπικά έχουν χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης και η χρήση τους έχει γίνει κοινή πρακτική. Η οξειδωμένη κυτταρίνη (OC) είναι μια από τις πιο χρησιμοποιούμενες αιμοστατικές ουσίες. Ωστόσο, διαφορετικές μελέτες έχουν δείξει την επιμονή των εναποθέσεων OC μετά από χειρουργικές επεμβάσεις που μπορεί να προσομοιώνουν υποτροπιάζουσες κακοήθειες και αποστήματα. Παρουσιάζουμε μια σειρά περιπτώσεων ασθενών με διευρυμένες σε CT και PET-FDG θετικές λεμφαδενοπάθειες λόγω φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε OC μετά από χειρουργική επέμβαση πνεύμονα για πνευμονικές κακοήθειες.

Μέθοδοι: Αναδρομική ανασκόπηση διαγράμματος ασθενών από το 2021 έως το 2022 που υποβλήθηκαν σε EBUS-TBNA για τον χαρακτηρισμό λεμφαδενοπάθειας του αυλού και/ή του μεσοθωρακίου και για ιστοπαθολογική διάγνωση φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε OC.

Αποτελέσματα: Οκτώ ασθενείς παραπέμφθηκαν σε «Ospedali Riuniti di Ancona» (n = 7) και «Ospedale San Martino» (Γένοβα) (n = 1) Επεμβατικές Πνευμονολογικές Μονάδες για τον χαρακτηρισμό λεμφαδενοπάθειας του αυλού και/ή του μεσοθωρακίου. Όλοι οι ασθενείς που αξιολογήθηκαν υποβλήθηκαν σε χειρουργικές επεμβάσεις για καρκίνους του πνεύμονα τους προηγούμενους 12 μήνες. Πραγματοποιήθηκε EBUS-TBNA σε όλους τους ασθενείς για να αποκλειστεί η κομβική μετάσταση. Η κυτταροπαθολογική αξιολόγηση αποκάλυψε άμορφο ακυτταρικό ηωσινοφιλικό υλικό που περιβάλλεται από φλεγμονώδη αντίδραση. Καθώς καμία άλλη προφανής αιτία δεν μπορεί να εξηγήσει αυτό το εύρημα και λαμβάνοντας υπόψη τη χρονική σχέση μεταξύ της λεμφαδενοπάθειας και της χειρουργικής επέμβασης στους πνεύμονες, η φλεγμονώδης αντίδραση ξένου σώματος στο OC είναι η πιο πιθανή αιτία του φαινομένου.

Συμπέρασμα: Σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση για καρκίνο του πνεύμονα, ιδιαίτερα εντός λίγων μηνών, θα πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψη η ανάπτυξη αντίδρασης ξένου σώματος λεμφαδένων λόγω κατακράτησης χειρουργικού υλικού.

Εισαγωγή

Ο ρόλος της υπερηχογραφικά καθοδηγούμενης διαβρογχικής αναρρόφησης με βελόνα (EBUS-TBNA) στη διάγνωση λεμφαδενοπαθειών του αυλού και του μεσοθωρακίου είναι γνωστός: ειδικότερα, αποτελεί εξαιρετικό εργαλείο τόσο στη διάγνωση όσο και στη σταδιοποίηση του καρκίνου του πνεύμονα (1).

Οι διεθνείς κατευθυντήριες οδηγίες προτείνουν το EBUS-TBNA ως το πρώτο βήμα για τον καθορισμό της μετάστασης εντός και εκτός λεμφαδένων (LN) σε ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα σε περίπτωση μεγέθυνσης του LN του υλητού και/ή του μεσοθωρακίου σε Υπολογιστική Τομογραφία (CT) και/ή fluoro-dessossi-glucose positron θετικές λεμφαδενοπάθειες τομογραφίας εκπομπής (FDG-PET) (2, 3).

Τις τελευταίες δεκαετίες, πολλοί τοπικοί αιμοστατικοί παράγοντες έχουν χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης και η χρήση τους έχει γίνει κοινή πρακτική (4, 5). Μία από αυτές τις ουσίες είναι η οξειδωμένη κυτταρίνη (OC), ένας απορροφήσιμος παθητικός αιμοστατικός παράγοντας (6). Προσροφά το αίμα και σχηματίζει μια ζελατινώδη μάζα παρέχοντας μια ισχυρή μήτρα για την προσκόλληση των αιμοπεταλίων και το σχηματισμό θρόμβων (7). Το χαμηλό του pH προκαλεί επίσης τοπική αγγειοσυστολή, ενισχύοντας περαιτέρω την αιμοστατική δράση. Επιπλέον, το χαμηλό pH παρουσιάζει αντιβακτηριακές ιδιότητες, ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο μόλυνσης. Εξάγεται από φυσικό βαμβάκι άλφα και είναι 100% βιοδιασπώμενο οργανικό υλικό (8). Θεωρητικά, το OC αποικοδομείται πλήρως σε ολιγοσακχαρίτες. Ωστόσο, διαφορετικές μελέτες και δεδομένα έχουν δείξει την επιμονή των εναποθέσεων OC μετά από χειρουργικές επεμβάσεις και την παρουσία OC σε LNs δίπλα στο χειρουργικό πεδίο,

Εδώ, παρουσιάζουμε μια σειρά περιπτώσεων ασθενών με διευρυμένο LN σε θετικές λεμφαδενοπάθειες CT και PET-FDG λόγω φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε OC μετά από χειρουργική επέμβαση πνεύμονα για πνευμονικές κακοήθειες.

Μέθοδοι

Πραγματοποιήσαμε μια αναδρομική ανασκόπηση διαγράμματος ασθενών από την 1η Ιανουαρίου 2021 έως την 1η Ιανουαρίου 2022 που υποβλήθηκαν σε EBUS-TBNA για διευρυμένα LN CT και θετικές λεμφαδενοπάθειες PET-FDG μετά από χειρουργική επέμβαση πνεύμονα για καρκίνο σε δύο ιταλικά νοσοκομεία (Azienda Ospedali Riuniti, Ancona; Martino Hospital, Γένοβα). Οι περιπτώσεις στις οποίες η ιστοπαθολογική διάγνωση φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε OC επιλέχθηκαν και περιγράφηκαν σε αυτή τη σειρά.

Όλοι οι ασθενείς υπέγραψαν γραπτή ενημερωμένη συγκατάθεση για τη χρήση των ανώνυμων δεδομένων για έρευνα.

Αποτελέσματα

Αναφέρουμε οκτώ ασθενείς που υποβλήθηκαν σε λοβεκτομή με υποβοηθούμενη θωρακική χειρουργική (VATS) (n = 7) ή σφηνοτομή (n = 1) για καρκίνο του πνεύμονα μεταξύ 1ης Ιανουαρίου 2021 και ^1ης Ιανουαρίου 2022. VATS δεξιά άνω λοβεκτομή πραγματοποιήθηκε σε 6 (75%) ασθενείς, 1 ασθενής (12,5%) υποβλήθηκε σε μεσαία λοβεκτομή VATS και 1 (12,5%) ασθενής υποβλήθηκε σε εκτομή δεξιάς άνω σφήνας VATS. Όλοι οι ασθενείς εντάχθηκαν σε πρόγραμμα μετεγχειρητικής παρακολούθησης με αξονική τομογραφία θώρακα και κοιλίας.

Η μέση ηλικία των ασθενών ήταν 69 έτη. Πέντε (62%) ήταν προηγούμενοι καπνιστές. Ο Πίνακας 1 αναφέρει τα κύρια δημογραφικά, κλινικά, απεικονιστικά και ιστοπαθολογικά δεδομένα των εγγεγραμμένων ασθενών.

Πίνακας 1 . Δημογραφικά, κλινικά, απεικονιστικά και ιστοπαθολογικά δεδομένα των ασθενών που περιλαμβάνονται σε αυτή τη σειρά περιπτώσεων.

Κατά τη διάρκεια της παρακολούθησης, όλοι αυτοί οι ασθενείς παραπέμφθηκαν σε «Ospedali Riuniti di Ancona» (n = 7) και «Ospedale San Martino» (Γένοβα) (n = 1) Επεμβατικές Πνευμονολογικές Μονάδες για τον χαρακτηρισμό της νέας έναρξης λοφίου και/ή μεσοθωρακίου λεμφαδενοπάθειες που ανιχνεύονται με απεικόνιση με διεύρυνση CT LN (Εικόνα 1) και έντονη μεταβολική δραστηριότητα σε PET/CT (Εικόνα 2).

Εικόνα 1 . Υποκαρινική (7) και δεξιά κάτω παρατραχειακή (4R) λεμφαδενομεγαλία.

Εικόνα 2 . Υποκαρινιακός (7) και δεξιός κάτω παρατραχειακός (4R) FDG-PET θετικός λεμφαδένας.

Όλοι οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε χειρουργικές επεμβάσεις για καρκίνους του πνεύμονα εντός των προηγούμενων 12 μηνών (διάμεσος 7 μήνες, διατεταρτημόριο εύρος 4-12 μήνες).

Πραγματοποιήθηκε παθολογική δειγματοληψία ύποπτων LN με EBUS-TBNA σε όλους τους ασθενείς. Τα δείγματα LNs ήταν: δεξιός κάτω παρατραχειακός (4R) (n = 7), υποκαρινιακός (7) (n = 4), αριστερός κάτω παρατραχειακός (4L) (n = 1) και δεξιός λαγόνιος (11R) (n = 1) ( σε πέντε ασθενείς δειγματολήφθηκαν περισσότεροι από ένας σταθμός LN).

Η κυτταροπαθολογική αξιολόγηση δεν αποκάλυψε άτυπα κύτταρα, αλλά έδειξαν άμορφο ακυτταρικό ηωσινοφιλικό υλικό που περιβάλλεται από φλεγμονώδη αντίδραση (Εικόνα 3) σε όλες τις περιπτώσεις.

Εικόνα 3 . Ιστολογική εμφάνιση: ηωσινόφιλο άμορφο εξωγενές υλικό.

Το ακυτταρικό συστατικό κατέληξε να είναι μέρος του οξειδωμένου προϊόντος αναγεννημένης κυτταρίνης (“Tabotamp ^® , Ethicon SARL, Ελβετία”) που χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο της αιμορραγίας κατά την προηγούμενη χειρουργική επέμβαση στο στήθος.

Τα ιστολογικά ευρήματα που περιγράφονται στην παρούσα σειρά περιπτώσεων μπορούν να συμπεριληφθούν στο φάσμα της «αντίδρασης ξένου σώματος έναντι βιοϋλικών:» σε 6 ασθενείς υπήρχε χρόνια φλεγμονή που χαρακτηριζόταν κυρίως από μακροφάγα και σε άλλους δύο ασθενείς υπήρχαν γιγαντιαία κύτταρα, το χαρακτηριστικό γνώρισμα αντίδραση ξένου σώματος έναντι βιοϋλικών (11).

Τέλος, για να εκτιμηθεί ο επιπολασμός των ανεπιθύμητων ενεργειών OC στη χειρουργική των πνευμόνων, εξετάσαμε το μητρώο χειρουργικών επεμβάσεων καρκίνου του πνεύμονα στο “Ospedali Riuniti di Ancona”. Συνολικά 118 ασθενείς υποβλήθηκαν σε VATS για καρκίνο του πνεύμονα από την 1η Ιανουαρίου 2021 έως την 1η Ιανουαρίου 2022. Το OC ήταν ο μόνος τοπικός αιμοστατικός παράγοντας που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της λεμφαδενεκτομής του μεσοθωρακίου εκείνη την περίοδο σε όλους τους ασθενείς. Επομένως, μπορούμε να υπολογίσουμε ότι ο ετήσιος επιπολασμός των ανεπιθύμητων ενεργειών OC ήταν 5,9 συμβάντα/100 άτομο-έτη.

Συζήτηση

Αυτή η σειρά περιπτώσεων αναφέρει 8 περιπτώσεις φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε LN του μεσοθωρακίου που συνέβησαν αμέσως μετά τη χειρουργική επέμβαση καρκίνου του πνεύμονα: μεσοθωρακικές λεμφαδενοπάθειες σε FDG-PET/αξονική τομογραφία θώρακα βρέθηκαν εντός του πρώτου έτους παρακολούθησης (εύρος 4-12 μήνες) και EBUS -Πραγματοποιήθηκε TBNA σε όλες τις περιπτώσεις, αποκλείοντας την υποτροπή του καρκίνου και εμφανίζοντας άμορφο εξωγενές υλικό που περιβάλλεται από φλεγμονώδη αντίδραση.

Καμία άλλη προφανής αιτία ή/και παρεμβάσεις δεν θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό το εύρημα και λαμβάνοντας υπόψη τη χρονική σχέση μεταξύ της παθολογίας του LN και της χρήσης του OC κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης στον πνεύμονα, η φλεγμονώδης αντίδραση ξένου σώματος στο OC είναι η πιο πιθανή αιτία του φαινομένου.

Η σάρωση PET-CT είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για την κλινική διάγνωση και σταδιοποίηση των νεοπλασμάτων του πνεύμονα και παίζει σημαντικό ρόλο στην παρακολούθηση των ασθενών για τον εντοπισμό υποτροπής της νόσου. Ωστόσο, η πιθανότητα καλοήθων καταστάσεων με φλεγμονώδη δραστηριότητα που μπορεί να προκαλέσουν ψευδώς θετικό υψηλό SUV στο FDG-PET θα πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψη και σε ασθενείς με καρκίνο (12). Η εμφάνιση μιας νέας υπερμεταβολικής λεμφαδενοπάθειας κατά τη διάρκεια παρακολούθησης του καρκίνου του πνεύμονα δεν είναι πάντα συνώνυμη της υποτροπής, επομένως η ιστολογική επιβεβαίωση θα πρέπει να θεωρείται υποχρεωτική για την καθιέρωση της βέλτιστης θεραπευτικής στρατηγικής.

Σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση για καρκίνο του πνεύμονα, η ανάπτυξη αντίδρασης ξένου σώματος LN λόγω κατακράτησης χειρουργικού υλικού, ακόμη και αν σπάνια, θα πρέπει πάντα να λαμβάνεται υπόψη (7, 13, 14).

Το OC αναμένεται να είναι πλήρως προσροφήσιμο (8) και θα πρέπει να εξαφανιστεί από τον ιστό το πολύ σε 4 εβδομάδες. Ωστόσο, αρκετές μελέτες αναφέρουν την επιμονή αυτού του υλικού που προκαλεί αντιδράσεις ξένου σώματος που μιμούνται τον καρκίνο ή τη μόλυνση (5, 7, 13-16).

Όπως συνοψίζεται από τους Klopfleisch και Jung (11), το φάσμα του ξένου σώματος έναντι των βιοϋλικών μπορεί να είναι εξαιρετικά μεταβλητό: σε ορισμένους ασθενείς, υπάρχει μια χρόνια φλεγμονή που χαρακτηρίζεται από μακροφάγα, σε ορισμένους άλλους, υπάρχουν γιγαντιαία κύτταρα. Οι Badanes et al. ανέφεραν μια σαφή κοκκιωματώδη αντίδραση (14), ενώ οι Haidari et al. περιέγραψε έναν «υψηλό αριθμό μακροφάγων» (7). Τέλος, στις περιπτώσεις μας η ιστοπαθολογική εξέταση αποκάλυψε ηωσινόφιλο άμορφο υλικό που περιβάλλεται από μακροφάγα και γιγαντιαία κύτταρα. Όλα αυτά τα ιστολογικά χαρακτηριστικά μπορούν να συμπεριληφθούν στο φάσμα της φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος έναντι βιοϋλικών (11).

Από την εισαγωγή του στη χρήση, περιπτώσεις που προσομοιώνουν την υποτροπή του όγκου έχουν περιγραφεί στη νευροχειρουργική, γαστρεντερική και καρδιοχειρουργική (5, 15, 16), αναγκάζοντας πρόσθετες εξετάσεις για τον καθορισμό της οριστικής διάγνωσης φλεγμονώδους αντίδρασης ξένου σώματος σε βιοϋλικά.

Η κατακράτηση των ινών κυτταρίνης θα μπορούσε να εντοπιστεί κοντά στην αρχική τους θέση και θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα της ανώμαλης αποδόμησής τους με επακόλουθη λεμφαδενίτιδα ξένου σώματος.

Αξίζει να σημειωθεί ότι παρατηρήσαμε μια φλεγμονώδη αντίδραση ξένου σώματος εντός 12 μηνών από την παρακολούθηση, με διάμεσο 7 μήνες με ελάχιστο 4 μήνες και μέγιστο 12 μήνες: η σύντομη καθυστέρηση μεταξύ της χειρουργικής επέμβασης και της έναρξης των λεμφαδενοπαθειών θα πρέπει να ωθήσει τους πνευμονολόγους να εξετάσουν ακόμη και άλλη διαγνωστική υπόθεση εκτός από την υποτροπή του καρκίνου.

Επιπλέον, οι Haidari et al. ανέφερε το 7,5% της ψευδώς θετικής διάγνωσης υποτροπής καρκίνου κατά την παρακολούθηση αξονικής τομογραφίας λόγω κατακράτησης υλικού OC («Gelita-cel ^® , Gelita Medical, Γερμανία») (7). Ένας τέτοιος επιπολασμός είναι παρόμοιος με αυτόν που αναφέρεται σε αυτό το άρθρο.

Αυτή η σειρά περιπτώσεων καταδεικνύει ότι ο κίνδυνος ατελούς αποικοδόμησης των συστατικών OC είναι σημαντικός ακόμη και με υλικά που παράγονται από άλλες εταιρείες (π.χ. “Tabotamp ^® , Ethicon SARL, Ελβετία”), υποδηλώνοντας την ανάγκη περιορισμού της χρήσης τους στον έλεγχο της αιμορραγίας κατά τη διάρκεια θωρακικής χειρουργικής .

Αυτή η σειρά περιπτώσεων επαναλαμβάνει επίσης την ανάγκη απόκτησης κυτταροϊστολογικής επιβεβαίωσης των θετικών LNs PET-FDG σε ασθενείς με καρκίνο και υπογραμμίζει περαιτέρω τον ουσιαστικό ρόλο του EBUS-TBNA στη διαγνωστική εξέταση και παρακολούθηση του καρκίνου του πνεύμονα.

συμπέρασμα

Το OC («Tabotamp» στις περιπτώσεις μας) είναι ένα πολύ γνωστό εξαιρετικό εργαλείο που χρησιμοποιείται για τη μείωση της αιμορραγίας στη χειρουργική επέμβαση και χρησιμοποιείται συνήθως επίσης στη θωρακική χειρουργική. Παρόλο που αναμένεται πλήρης απορρόφηση εντός λίγων εβδομάδων, μερικές φορές μπορεί να εμφανιστεί μη φυσιολογική επιμονή αυτού του υλικού, προκαλώντας φλεγμονώδη αντίδραση ξένου σώματος.

Σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε χειρουργική επέμβαση για καρκίνο του πνεύμονα, ειδικά μέσα σε λίγους μήνες, θα πρέπει πάντα να εξετάζεται η ανάπτυξη αντίδρασης ξένου σώματος LN λόγω κατακράτησης χειρουργικού υλικού.

Αυτή η σειρά περιπτώσεων υποστηρίζει τη σημασία της ιστολογικής επιβεβαίωσης σε περίπτωση λεμφαδενοπάθειας του αυλού και/ή του μεσοθωρακίου κατά την παρακολούθηση του καρκίνου του πνεύμονα, καθώς μπορεί να εμφανιστούν φλεγμονώδεις αντιδράσεις που μιμούνται τις υποτροπές του καρκίνου, ακόμη και αν όχι συχνά.

Το FDG-PET δεν είναι βέλτιστο για τη διάκριση της φλεγμονής από την υποτροπή του καρκίνου λόγω της σχετικά χαμηλής ειδικότητάς του, ενώ το EBUS-TBNA φαίνεται να είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για την καθοδήγηση της παρακολούθησης και της διαχείρισης του καρκίνου του πνεύμονα σε αυτές τις περιπτώσεις.

Δήλωση διαθεσιμότητας δεδομένων

Οι πρωτότυπες συνεισφορές που παρουσιάζονται στη μελέτη περιλαμβάνονται στο άρθρο/συμπληρωματικό υλικό, περαιτέρω έρευνες μπορούν να απευθύνονται στον αντίστοιχο συγγραφέα.

Δήλωση ηθικής

Δεν απαιτούνταν δεοντολογικός έλεγχος και έγκριση για τη μελέτη σε ανθρώπους που συμμετείχαν σύμφωνα με την τοπική νομοθεσία και τις θεσμικές απαιτήσεις. Οι ασθενείς/συμμετέχοντες έδωσαν τη γραπτή ενημερωμένη συγκατάθεσή τους για συμμετοχή σε αυτή τη μελέτη.

Συνεισφορές συγγραφέα

Οι FG, LZ και SG συνέβαλαν ουσιαστικά στη σύλληψη, στο σχεδιασμό του έργου και στη σύνταξη του έργου. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στην απόκτηση, ανάλυση, ερμηνεία δεδομένων για το έργο, το αναθεώρησαν κριτικά για σημαντικό πνευματικό περιεχόμενο, παρείχαν έγκριση για δημοσίευση του περιεχομένου και συμφώνησαν να είναι υπεύθυνοι για όλες τις πτυχές του έργου διασφαλίζοντας ότι τα ερωτήματα που σχετίζονται με η ακρίβεια ή η ακεραιότητα οποιουδήποτε μέρους της εργασίας διερευνώνται και επιλύονται κατάλληλα. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στο άρθρο και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.

Σύγκρουση συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Ο κριτικός RT δήλωσε μια προηγούμενη συν-συγγραφή με τους συγγραφείς MS, SG, FM και LZ στον επεξεργαστή χειρισμού.

Σημείωση εκδότη

Όλοι οι ισχυρισμοί που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αποκλειστικά εκείνοι των συγγραφέων και δεν αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως αυτούς των συνδεδεμένων οργανισμών τους ή του εκδότη, των εκδοτών και των κριτικών. Οποιοδήποτε προϊόν μπορεί να αξιολογηθεί σε αυτό το άρθρο ή ισχυρισμός που μπορεί να προβληθεί από τον κατασκευαστή του, δεν είναι εγγυημένο ή εγκεκριμένο από τον εκδότη.

KnowPulse: Ένας πόρος Ιστού που επικεντρώνεται στα δεδομένα διαφορετικότητας για τη βελτίωση της καλλιέργειας παλμών

• Τμήμα Φυτικών Επιστημών, Πανεπιστήμιο του Saskatchewan, Saskatoon, SK, Καναδάς

Το KnowPulse (https://knowpulse.usask.ca) είναι μια διαδικτυακή πύλη που εστιάζει στους δημιουργούς για εκτροφείς σφυγμών και γενετιστές. Με έμφαση στα δεδομένα ποικιλομορφίας, το KnowPulse παρέχει πληροφορίες για γενετικούς δείκτες, παραλλαγές αλληλουχίας, φαινοτυπικά χαρακτηριστικά και βλαστικό πλάσμα για ρεβίθια, κοινά φασόλια, αρακά, φασόλια και φακές. Τα γονοτυπικά δεδομένα είναι προσβάσιμα μέσω του εργαλείου μήτρας γονότυπου, το οποίο εμφανίζεται ως πίνακας δείκτη προς σπέρμα των κλήσεων γονότυπου που επιλέγει ο ερευνητής. Συνοψίζεται επίσης σε σελίδες γενετικού δείκτη και παραλλαγής αλληλουχίας. Τα φαινοτυπικά δεδομένα απεικονίζονται σε διαγράμματα κατανομής χαρακτηριστικών: γραφήματα βιολιού για ποσοτικά δεδομένα και ιστογράμματα για ποιοτικά δεδομένα. Αυτά τα διαγράμματα είναι προσβάσιμα μέσω σελίδων χαρακτηριστικών, γερμπλασμάτων και πειράματος, καθώς και μέσω ενός εργαλείου αναζήτησης μιας σελίδας. Το KnowPulse έχει δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη ανοιχτού κώδικα Tripal και χρησιμοποιεί εργαλεία ανοιχτού κώδικα που περιλαμβάνουν, ενδεικτικά, παρουσίες JBrowse για συγκεκριμένα είδη, μια διεπαφή BLAST και οπτικοποιήσεις CViTjs ολόκληρου του γονιδιώματος. Το KnowPulse εξελίσσεται συνεχώς με δεδομένα και εργαλεία που προστίθενται καθώς γίνονται διαθέσιμα. Η πλήρης ενσωμάτωση γενετικών χαρτών και ποσοτικών τόπων χαρακτηριστικών είναι επικείμενη και η ανάπτυξη εργαλείων που διερευνούν τις δομικές παραλλαγές βρίσκεται υπό διερεύνηση.

Εισαγωγή

Τα όσπρια είναι εξαιρετικά σημαντικά στα γεωργικά οικοσυστήματα με την οικογένεια των ψυχανθών (Leguminosae) να είναι δεύτερη μόνο μετά την οικογένεια των χόρτων (Poaceae) σε οικονομική και θρεπτική αξία (Graham and Vance, 2003). Τα όσπρια, γνωστά και ως «όσπρια», διατίθενται κυρίως στην αγορά για ανθρώπινη κατανάλωση και αποτελούν καλή πηγή διαιτητικών ινών, πρωτεΐνης, υδατανθράκων βραδείας αποδέσμευσης, βιταμινών Β, σιδήρου, χαλκού, μαγνησίου, μαγγανίου, ψευδαργύρου και φωσφόρου (Θαρανάθαν και Mahadevamma, 2003· Polak et al., 2015). Είναι επίσης φυσικά χαμηλά σε λιπαρά, ουσιαστικά χωρίς κορεσμένα λιπαρά και χωρίς χοληστερόλη (Polak et al., 2015). Τα τελευταία χρόνια έχει σημειωθεί μια έκρηξη συγκροτημάτων γονιδιώματος για τα όσπρια (Varshney et al., 2009, 2012, 2013· Schmutz et al., 2010, 2014· O’Rourke et al., 2014· Tang et al., 2014; Parween et al., 2015· Pandey et al., 2016). Επιπλέον, υπήρξε μια δραματική αύξηση στα δεδομένα παραλλαγής αλληλουχίας (Kamfwa et al., 2015; Boutet et al., 2016; Moghaddam et al., 2016; Pandey et al., 2016; Gali et al., 2018; Ogutcen et al., 2016. , 2018). Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η χρησιμότητα αυτών των δεδομένων, θα πρέπει να επιμεληθούν οι συνδέσεις μεταξύ φαινοτυπικών και γονοτυπικών δεδομένων που επαληθεύονται σε έναν πόρο Ιστού που είναι φιλικός τόσο για τους κτηνοτρόφους όσο και για τους ερευνητές.

Έχουν αναπτυχθεί αρκετές βάσεις δεδομένων με επίκεντρο τα όσπρια, όπως το Σύστημα Πληροφοριών Οσπρίων (LIS; https://legumeinfo.org, Dash et al., 2015), τη βάση δεδομένων γονιδιώματος Medicago truncatula (http://www.medicagogenome.org, Krishnakumar et al. , 2014), SoyBase (https://www.soybase.org/, Grant et al., 2009), PeanutBase (https://peanutbase.org; Dash et al., 2016) και Cool Season Food Legume Database ( https://www.coolseasonfoodlegume.org/). Ενώ αυτοί οι πόροι είναι ανεκτίμητοι για τις ειδικές και συγκριτικές κοινότητες των καλλιεργειών τους, κανένας δεν παρέχει την ενοποίηση μεταξύ γενετικού πλάσματος, γονοτυπικών και φαινοτυπικών δεδομένων για την επαρκή ανάπτυξη των γενετικών δεικτών που είναι χρήσιμοι σε προγράμματα αναπαραγωγής παλμών.

Πάνω από 100 βάσεις δεδομένων φυτών και ζώων χρησιμοποιούν το Tripal (https://www.drupal.org/project/tripal; http://tripal.info/sites_using_tripal, Sanderson et al., 2013), μια εργαλειοθήκη ανοιχτού κώδικα, εξαιρετικά προσαρμόσιμη αποτελεσματική ανάπτυξη βιολογικών διαδικτυακών πυλών. Το Tripal επεκτείνει το δημοφιλές σύστημα διαχείρισης περιεχομένου Drupal (CMS). Η χρήση ενός CMS επιτρέπει στους προγραμματιστές να επικεντρωθούν στις συγκεκριμένες ανάγκες της κοινότητάς τους χωρίς την επιβάρυνση της διαχείρισης χρηστών και ασφάλειας ή τη σχεδίαση σχημάτων βάσης δεδομένων που συχνά συνδέεται με την ανάπτυξη πύλης Ιστού. Η χρήση από την Tripal του σχήματος Chado της βάσης δεδομένων γενικού μοντέλου οργανισμών (GMOD) (Mungall and Emmert, 2007) παρέχει ευέλικτη υποστήριξη για βιολογικά δεδομένα, ενώ διευκολύνει την ανταλλαγή δεδομένων και εμπειρογνωμοσύνης μεταξύ των τριπαλικών τοποθεσιών μέσω κοινής υποδομής.

Το KnowPulse, μια διαδικτυακή πύλη που εστιάζει στους δημιουργούς, κυκλοφόρησε για πρώτη φορά το 2010 για να εξυπηρετήσει τους εκτροφείς σφυγμών στο Πανεπιστήμιο του Σασκάτσουαν. Δίνεται έμφαση στο κοινό φασόλι, το ρεβίθι, τον αρακά, τη φακή και τη φάβα, καθώς αυτές είναι οι καλλιέργειες που ενδιαφέρουν το πρόγραμμά τους. Το KnowPulse έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας Tripal, με σκοπό να χρησιμεύσει ως μια αξιόπιστη λύση αποθήκευσης δεδομένων με διατήρηση μεταδεδομένων. Έκτοτε έχει εξελιχθεί σε δημόσιο πόρο φιλοξενώντας έναν μεγάλο αριθμό διαρκώς διευρυνόμενων συνόλων δεδομένων που επικεντρώνονται στη γενετική παραλλαγή. Περιγράφουμε τη νέα εμφάνιση γενετικής παραλλαγής και τα εργαλεία του KnowPulse παρακάτω για να ενημερώσουμε την ευρύτερη κοινότητα οσπρίων.

Υλικά και μέθοδοι

Σύνολα δεδομένων

Το KnowPulse φιλοξενεί δεδομένα για ρεβίθια, ξερά φασόλια, αρακά, φακές και φασόλια. Το μέγεθος όλων των δεδομένων συνοψίζεται ανά τύπο (π.χ. βλαστικό πλάσμα, γονότυποι, φαινότυποι) στην αρχική σελίδα. Υπάρχουν πληροφορίες για τις προσχωρήσεις Genebank και τις ποικιλίες του University of Saskatchewan. Οι χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση σε μια σειρά από γονοτυπικά (δηλαδή, γενετικούς δείκτες, παραλλαγές αλληλουχίας και γονοτυπικές κλήσεις) και φαινοτυπικά (δηλαδή, χαρακτηριστικά, πειράματα και μετρήσεις) συνόλων δεδομένων. Τέλος, οι πληροφορίες γονιδιωματικής αλληλουχίας πριν από την κυκλοφορία για το Lens culinaris είναι διαθέσιμες μέσω της διαδικτυακής πύλης κατόπιν αιτήματος. Σε μια προσπάθεια να παρέχει στους ερευνητές δεδομένα το συντομότερο δυνατό, το KnowPulse φιλοξενεί αδημοσίευτα δεδομένα. Ωστόσο, όλα τα δεδομένα απαιτείται να έχουν ένα μακροπρόθεσμο σχέδιο διαχείρισης δεδομένων που να διασφαλίζει την ακεραιότητα και τη διαθεσιμότητα.

Εκτέλεση

Το KnowPulse χρησιμοποιεί το Drupal 7 (https://www.drupal.org/), ένα ανοιχτού κώδικα σύστημα διαχείρισης περιεχομένου σε εταιρικό επίπεδο, και το Tripal 3, το οποίο επεκτείνει το Drupal για βιολογικά δεδομένα. Το αρθρωτό πλαίσιο PHP που παρέχεται από το Drupal και το Tripal επιτρέπει στο KnowPulse να χρησιμοποιεί επεκτάσεις που συνεισφέρουν η κοινότητα και μια προηγμένη διαχειριστική διεπαφή για να επιταχύνει τον χρόνο ανάπτυξης και να παρέχει περισσότερη λειτουργικότητα στους χρήστες. Οι βασικές ενότητες Tripal τροφοδοτούν τις σελίδες περιεχομένου που βασίζονται στην οντολογία (π.χ., γενετικοί δείκτες, προσβάσεις γερμπλασμάτων, ερευνητικά έργα), αναζητήσεις ειδικού τύπου περιεχομένου και σημασιολογικές υπηρεσίες web έτοιμες για όλο το περιεχόμενο. Οι προσαρμοσμένες οθόνες αναπτύχθηκαν μέσω μονάδων επέκτασης. Ολόκληρη η στοίβα τεχνολογίας είναι ανοιχτού κώδικα και όλες οι μονάδες επέκτασης είναι δημόσια διαθέσιμες στο GitHub και ανοιχτές για συνεργασία (https://uofs-pulse-binfo.github.io/our-modules/).

Όλα τα δεδομένα, εξαιρουμένων των βάσεων δεδομένων BLAST, αποθηκεύονται σε μία μόνο παρουσία PostgreSQL χρησιμοποιώντας το σχήμα Drupal και το σχήμα GMOD Chado (Mungall και Emmert, 2007) για δεδομένα που σχετίζονται με τον ιστό και βιολογικά δεδομένα, αντίστοιχα. Οι περιορισμοί PostgreSQL και ο έλεγχος τύπων δεδομένων διασφαλίζουν την ακεραιότητα των δεδομένων και τη συμμόρφωση με τα πρότυπα. Για παράδειγμα, τα γονοτυπικά δεδομένα πρέπει να συνδέονται με το γερμπλάσμα που αναλύθηκε, το πείραμα και τον γενετικό δείκτη, συμπεριλαμβανομένων των πληροφοριών ανάλυσης. Οι σωστά επιλεγμένοι δείκτες και οι υλοποιημένες απόψεις μετριάζουν τυχόν προβλήματα απόδοσης που προκύπτουν από τη χρήση μιας σχεσιακής βάσης δεδομένων επιταχύνοντας τα ερωτήματα. Αυτός ο συνδυασμός μας επιτρέπει να ικανοποιούμε τις ανάγκες ταχύτητας και ακεραιότητας δεδομένων του χρήστη.

Άδειες και προσβασιμότητα

Το KnowPulse λειτουργεί τόσο ως δημόσια πύλη δεδομένων όσο και ως ιδιωτικό σύστημα διαχείρισης προγραμμάτων αναπαραγωγής. Όλη η λειτουργικότητα που περιγράφεται εδώ είναι δημόσια διαθέσιμη, εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά. Δεδομένου ότι το KnowPulse παρέχει πρόσβαση σε δεδομένα πριν από τη δημοσίευση, ενδέχεται να βρείτε περιορισμούς στη λήψη για συγκεκριμένα σύνολα δεδομένων και γραφήματα με υδατογραφήματα. Τα προσωπικά δεδομένα και τα εργαλεία είναι προσβάσιμα μέσω ενός λογαριασμού χρήστη με συγκεκριμένα δικαιώματα. Εάν χρειάζεστε πρόσβαση σε προσωπικά δεδομένα για την έρευνά σας, επικοινωνήστε με την Δρ. Kirstin Bett, αντίστοιχη συγγραφέα, με μια εξήγηση και στις περισσότερες περιπτώσεις θα χαρούμε να συνεργαστούμε μαζί σας.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Γονιδιωματική παραλλαγή

Στο γονιδιωματικό πλαίσιο, τα γονοτυπικά δεδομένα είναι ιδιαίτερα σημαντικά στο KnowPulse. Αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται από ερευνητές για μελέτες ανάπτυξης δεικτών και συσχέτισης με απώτερο στόχο τη διευκόλυνση της αναπαραγωγής όσπριων καλλιεργειών. Το KnowPulse παρέχει μια μήτρα γονότυπου γερμαπλάσματος ανά παραλλαγή για τους ερευνητές να εξερευνήσουν τα γονοτυπικά δεδομένα για το σύνολο γερματικών τους (Εικόνα 1). Δεδομένου ότι τα σύνολα δεδομένων γονότυπου επεκτείνονται ολοένα και περισσότερο, αυτό το εργαλείο παρέχει επιλογές φίλτρου, όπως πείραμα, λίστα παραλλαγών, θέση γονιδιώματος, τύπο δείκτη ή παραλλαγής και πολυμορφισμούς κατά ζεύγη. Επιπλέον, εάν τα δεδομένα είναι υπερβολικά για ανάλυση εντός του προγράμματος περιήγησης, οι χρήστες μπορούν να ζητήσουν άδεια να τα κατεβάσουν μέσω του KnowPulse σε διάφορες μορφές (π.χ. τιμές διαχωρισμένες με κόμματα, hapmap).

Εικόνα 1 . Γερμπλάσμα κατά παραλλαγή γονότυπου μήτρα. Αυτό το στιγμιότυπο οθόνης δείχνει τη μήτρα γονότυπου για τα CDC Rosetown, CDC Blaze, CDC Vantage και ILL 7502 περιορισμένα στην αρχή του LcChr1. Η φόρμα κοντά στην κορυφή παρέχει πρόσθετες επιλογές φίλτρου, ενώ ο πίνακας με χρωματική κωδικοποίηση παρακάτω δείχνει τις κλήσεις αλληλόμορφων για κάθε γνωστή παραλλαγή. Οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτό το εργαλείο για να επιθεωρήσουν τους γονότυπους μιας περιοχής ενδιαφέροντος (π.χ., περιοχή QTL) για το σύνολο γερμπλασμάτων τους. Μπορείτε να προσπελάσετε αυτό το εργαλείο στο μενού της δεξιάς πλευράς στην περιοχή Γονιδιωματικά δεδομένα gt; Παραλλαγές ακολουθίας gt; Γονότυποι φακής.

Οι παραλλαγές αλληλουχίας και οι γενετικοί δείκτες αντιπροσωπεύονται το καθένα με τις δικές του σελίδες στο KnowPulse. Οι σελίδες παραλλαγής αλληλουχίας απαριθμούν όλους τους δείκτες που είναι διαθέσιμοι για μια δεδομένη γονιδιωματική θέση, ενώ οι σελίδες γενετικών δεικτών παρέχουν λεπτομέρειες για έναν συγκεκριμένο προσδιορισμό δείκτη. Αυτή η διάκριση επιτρέπει στους ερευνητές να αξιολογήσουν τους γονότυπους στο πλαίσιο της ανάλυσης. Επιπλέον, οι σελίδες γενετικών δεικτών εντοπίζουν με ακρίβεια τη θέση της παραλλαγής σε κάθε διαθέσιμο συγκρότημα γονιδιώματος. Πιο προηγμένα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν: την πλευρική αλληλουχία με πρόσθετες γνωστές παραλλαγές που υποδεικνύονται χρησιμοποιώντας τους κωδικούς IUPAC τους, ένα διάγραμμα πίτας που συνοψίζει τις κλήσεις αλληλόμορφων που καταγράφηκαν και μια σύνδεση με τη μήτρα γονότυπου για πρόσβαση σε συγκεκριμένες κλήσεις για το βλαστικό πλάσμα ενδιαφέροντος (Εικόνα 2Α). Οι σελίδες παραλλαγής ακολουθίας αποκαλύπτουν παρόμοιες πληροφορίες με το περιβάλλον όλων των δεικτών για αυτήν την παραλλαγή για σύγκριση (Εικόνα 2Β).

Εικόνα 2 . Σελίδες γενετικού δείκτη και παραλλαγής ακολουθίας στο KnowPulse. Οι σελίδες γενετικού δείκτη (Α) περιγράφουν τον πραγματικό προσδιορισμό δείκτη. Αυτό το στιγμιότυπο οθόνης δείχνει την πλευρική ακολουθία του δείκτη με παραλλαγές που υποδεικνύονται από τους κωδικούς IUPAC τους. Οι σελίδες της παραλλαγής ακολουθίας (Β) περιγράφουν μια θέση στο γονιδίωμα και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σύγκριση πολλαπλών δεικτών. Στο στιγμιότυπο οθόνης, το γράφημα πίτας δείχνει την αναλογία των παρατηρούμενων αλληλίων σε σύγκριση μεταξύ ενός δείκτη 454 Sequencing και Lc1536 Golden Gate. Μπορείτε να προσπελάσετε αυτές τις σελίδες μέσω της αναζήτησης παραλλαγής ακολουθίας ή γενετικού δείκτη αντίστοιχα κάτω από τα Γονιδιωματικά Δεδομένα στο μενού της δεξιάς πλευράς.

Ορισμένα εργαλεία που παρέχουν περαιτέρω πλαίσιο σε αυτούς τους γενετικούς δείκτες μέσω οπτικοποιήσεων ολόκληρου του γονιδιώματος περιλαμβάνουν τα CViTjs (https://github.com/LegumeFederation/cvitjs) και JBrowse (Buels et al., 2016). Το CViTjs παρέχει προβολές ολόκληρου του γονιδιώματος συγκεκριμένων συνόλων δεδομένων, όπως η κατανομή γονιδίων και γενετικών δεικτών. Αυτά είναι διαθέσιμα στο KnowPulse για ρεβίθια, κοινά φασόλια, φακές, σόγια και medicago (Εικόνα 3Α). Τα διαγράμματα CViTjs επιτρέπουν στους ερευνητές να βλέπουν ευρείες τάσεις σε όλο το γονιδίωμα. ενώ, οι περιπτώσεις JBrowse είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για γραφική περιήγηση σε μια συγκεκριμένη περιοχή ενδιαφέροντος. Το KnowPulse έχει περιπτώσεις JBrowse για ρεβίθια kabuli (v1.0, Varshney et al., 2013), κοινά φασόλια (v1.0, Schmutz et al., 2014), φακές (v1.2, Ramsay et al., 2014), σόγια (v2.0, Schmutz et al., 2010) και medicago (v4.0, Tang et al., 2014) με ίχνη για σύνολα γονιδίων,

Εικόνα 3 . Εργαλεία περιήγησης KnowPulse Genome: CViTjs και JBrowse. Το CViTjs (A) είναι ένα πρόγραμμα προβολής γραφικών ολόκληρου του γονιδιώματος που δείχνει κάθε χρωμόσωμα με ένα κομμάτι δίπλα του που συνοψίζει δεδομένα (https://github.com/LegumeFederation/cvitjs). Σε αυτή την περίπτωση, η γραφική παράσταση CViTjs συνοψίζει την κατανομή των γονιδίων ως διαδρομή χάρτη θερμότητας. Το JBrowse (B) δείχνει μια συγκεκριμένη περιοχή του γονιδιώματος με δυνατότητα κύλισης προς τα αριστερά ή προς τα δεξιά (Buels et al., 2016). Υποστηρίζονται πολλά κομμάτια, συμπεριλαμβανομένων μοντέλων γονιδίων, υποτιθέμενων ομόλογων γονιδίων, γενετικών δεικτών και αποτελεσμάτων RNAseq όπως φαίνεται εδώ στο Lentil v1.2 JBrowse. Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση σε αυτά τα εργαλεία μέσω του δεξιού μενού στην περιοχή Εργαλεία Βιοπληροφορικής.

Το Tripal BLAST (https://www.drupal.org/project/tripal_blast) παρέχει αναζητήσεις ευθυγράμμισης αλληλουχίας για χρήστες με περιοχή ενδιαφέροντος, αλλά χωρίς προηγούμενες πληροφορίες σχετικά με τη θέση του σε συγκροτήματα γονιδιώματος που φιλοξενούνται. Στο KnowPulse, οι χρήστες μπορούν να BLAST ενάντια σε σύνολα δεδομένων ειδικά για παλμούς, όπως συγκροτήματα γονιδιώματος και μεταγραφής για καλλιέργειες (π.χ. ρεβίθια, φασόλια, αρακά και φακές), σχετικά άγρια ​​είδη και μοντέλα οσπρίων (π.χ. σόγια, λωτός, medicago ). Ο χρήστης απλώς εισάγει την ακολουθία του στο πλαίσιο αναζήτησης, επιλέγει το σύνολο δεδομένων προς BLAST και κάνει κλικ στο BLAST, το οποίο χρησιμοποιεί εργαλεία γραμμής εντολών NCBI BLAST (Camacho et al., 2009) για να εκτελέσει την αναζήτηση. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα εμφανίζονται σε έναν πίνακα με συνδέσμους προς το κατάλληλο JBrowse.

Φαινωμική παραλλαγή

Με την εστίασή μας στα δεδομένα παραλλαγών, τα phenomics είναι ένα πολύ σημαντικό συστατικό του KnowPulse. Όχι μόνο χρησιμοποιούνται φαινοτυπικά δεδομένα για μελέτες συσχέτισης και ανακάλυψη δεικτών, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης για δραστηριότητες αναπαραγωγής, όπως η επιλογή και η ταυτοποίηση βλαστοπλασμάτων. Ως εκ τούτου, οι οπτικοποιήσεις επικεντρώνονται στην κατανομή των φαινομένων δεδομένων, συχνά σε σχέση με συγκεκριμένο γεννητικό πλάσμα και μεταξύ των ετών-τόπων εντός ενός πειράματος.

Το KnowPulse παρέχει διαγράμματα κατανομής χαρακτηριστικών για τη σύνοψη φαινοτυπικών δεδομένων για ένα δεδομένο πείραμα. Τα δεδομένα από διαφορετικά έτη τοποθεσίας αποθηκεύονται χωριστά, αλλά υπολογίζονται κατά μέσο όρο σε αντίγραφα. Για ποσοτικά δεδομένα, τα διαγράμματα βιολιού χρησιμοποιούνται για την επίδειξη της δομής των δεδομένων (δηλαδή, διάμεσος, εύρος μεταξύ τεταρτημορίων και διάστημα εμπιστοσύνης 95%) και κατανομής. Ο άξονας x επισημαίνει κάθε τοποθεσία-έτος, ενώ ο άξονας y επισημαίνει τις παρατηρούμενες τιμές για το δεδομένο χαρακτηριστικό (Εικόνα 4Α). Τα ποιοτικά δεδομένα συνοψίζονται με ιστογράμματα που αποτελούνται από μια σειρά για κάθε τόπο-έτος (Εικόνα 4Β). Και στους δύο τύπους γραφικών παραστάσεων, η φαινοτυπική τιμή για ένα δεδομένο γεννητικό πλάσμα μπορεί να επισημανθεί στο πλαίσιο του μεγαλύτερου συνόλου δεδομένων. Αυτό αποδεικνύεται πολύ χρήσιμο στα προγράμματα αναπαραγωγής για την παροχή πρόσθετων δεδομένων για επιλογές, την επισήμανση πιθανών σφαλμάτων φύτευσης και τις διασταυρώσεις σχεδίου.

Εικόνα 4 . Διαγράμματα κατανομής χαρακτηριστικών που συνοψίζουν δεδομένα φαινοτύπου. Τα ποσοτικά φαινοτυπικά δεδομένα (Α) εμφανίζονται ως διάγραμμα βιολιού με το έτος-τόπος σημασμένο από τον άξονα x και τις παρατηρούμενες τιμές με τον άξονα y. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να δουν τη δομή δεδομένων (δηλαδή, διάμεσο, διατεταρτημόριο εύρος και διάστημα εμπιστοσύνης 95%) και τη διανομή ανά έτος τοποθεσίας. Ποιοτικά φαινοτυπικά δεδομένα (Β)εμφανίζεται ως ιστόγραμμα πολλαπλών σειρών με κάθε σειρά να αντιπροσωπεύει ένα έτος-τόπος και τους παρατηρούμενους φαινότυπους που ορίζονται στον άξονα x. Η ποσότητα του βλαστικού πλάσματος που εμφανίζει κάθε φαινότυπο εμφανίζεται στον άξονα y επιτρέποντας στους ερευνητές να αξιολογήσουν πόσο διαδεδομένος είναι ένας φαινότυπος στον πληθυσμό τους. Μπορείτε να προσπελάσετε αυτά τα διαγράμματα μέσω του εργαλείου γραφικής παράστασης κατανομής χαρακτηριστικών κάτω από το Phenotypic data στο δεξιό μενού, καθώς και μέσω σελίδων χαρακτηριστικών, γερματικού πλάσματος και έργου με σχετικά φαινοτυπικά δεδομένα.

Τα οικόπεδα κατανομής χαρακτηριστικών μπορούν να προσπελαστούν με διάφορους τρόπους. Οι γραφικές παραστάσεις βρίσκονται σε όλες τις σχετικές σελίδες χαρακτηριστικού, βλαστικού πλάσματος και πειράματος. Υπάρχει επίσης ένα εργαλείο που επιτρέπει στους χρήστες να δημιουργούν τις δικές τους γραφικές παραστάσεις με βάση τα δεδομένα που στεγάζονται στο KnowPulse. Αυτό το είδος ενοποίησης διασφαλίζει ότι το σύστημα είναι διαισθητικό σε όλους τους χρήστες. Παρέχονται επίσης το πλαίσιο και οι περιλήψεις για το χαρακτηριστικό, το πείραμα ή το βλαστικό πλάσμα που προβάλλεται.

Επιπλέον, οι σελίδες χαρακτηριστικών στο KnowPulse περιέχουν μια επισκόπηση που περιγράφει το χαρακτηριστικό, το συνδέει με οντολογίες και περιγράφει τη μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για τη συλλογή δεδομένων (Εικόνα 5Α). Τα πειράματα στα οποία μετρήθηκαν τα χαρακτηριστικά παρατίθενται, μαζί με πληροφορίες σχετικά με τον αριθμό των σχετιζόμενων χρόνων τοποθεσίας (Εικόνα 5Β). Τα χαρακτηριστικά μπορούν να αναζητηθούν με λέξη-κλειδί και να φιλτραριστούν με έναν ελάχιστο αριθμό ετών τοποθεσίας ή γενετικού πλάσματος.

Εικόνα 5 . Σελίδες χαρακτηριστικών KnowPulse. Κάθε σελίδα χαρακτηριστικού περιγράφει τις μεθόδους και τις μονάδες που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή των δεδομένων (Α) και παραθέτει όλα τα πειράματα που μετρήθηκε το χαρακτηριστικό στο (Β) . Αυτές οι πληροφορίες παρέχουν ένα πλαίσιο για να βοηθήσουν τους ερευνητές να ερμηνεύσουν καλύτερα τα δεδομένα. Το διάγραμμα κατανομής χαρακτηριστικών που φαίνεται στο Σχήμα 4 είναι επίσης διαθέσιμο σε κάθε σελίδα χαρακτηριστικού. Οι σελίδες χαρακτηριστικών είναι προσβάσιμες μέσω της αναζήτησης χαρακτηριστικών για συγκεκριμένη καλλιέργεια στο μενού της δεξιάς πλευράς κάτω από φαινοτυπικά δεδομένα.

Γερμπλάσμα

Στον πυρήνα του KnowPulse βρίσκονται οι συλλογές γερμπλασμάτων που περιλαμβάνουν τόσο δημόσια πάνελ διαφοροποίησης όσο και ιδιωτικά μπλοκ διέλευσης. Οι σελίδες Germplasm περιέχουν όλα τα μεταδεδομένα που είναι αποθηκευμένα στο KnowPulse (π.χ. προέλευση, όνομα, συνώνυμα, προσαρτήσεις, γνωστοί γονείς). Οι γνωστές γενεαλογίες εμφανίζονται σε ένα δενδρικό διάγραμμα με πτυσσόμενους κόμβους (Εικόνα 6Α). Υποδεικνύεται το μέγεθος των διαθέσιμων γονοτυπικών δεδομένων για αυτό το άτομο, ακολουθούμενο από μια γρήγορη αναζήτηση δείκτη και έναν σύνδεσμο προς τη μήτρα γονότυπου (Εικόνα 6Β). Ομοίως, η ενότητα φαινοτυπικών δεδομένων περιέχει μια ένδειξη μεγέθους, γρήγορης αναζήτησης χαρακτηριστικών και πρόσβασης στο διάγραμμα κατανομής χαρακτηριστικών (Εικόνα 6C). Διατίθενται εξειδικευμένες αναζητήσεις ανάλογα με τον τύπο του γεννητικού πλάσματος (π.χ. προσαρτήσεις έναντι υλικού αναπαραγωγής) με συγκεκριμένα κριτήρια φίλτρου. Για παράδειγμα, οι προσχωρήσεις μπορούν να αναζητηθούν με βάση το όνομα ή την προσχώρηση. ενώ,

Εικόνα 6 . Σελίδες KnowPulse Germplasm. Κάθε σελίδα του γενετικού πλάσματος περιγράφει το υλικό και τα δεδομένα που συλλέγονται για αυτό. Το γονικό γενεαλογικό (A) , εμφανίζεται γραφικά με κάθε γονέα να έχει έναν σύνδεσμο για περισσότερες πληροφορίες. Το μέγεθος των γονοτυπικών (Β) και φαινοτυπικών (C) δεδομένων υποδεικνύεται στη σελίδα. Οι προδιαγραφές για ένα συγκεκριμένο πείραμα μπορούν να προσπελαστούν μέσω ενός συνδέσμου προς τη μήτρα γονότυπου και το διάγραμμα κατανομής χαρακτηριστικών για γονότυπους και φαινότυπους, αντίστοιχα. Μπορείτε να προσπελάσετε τις σελίδες του γεννητικού πλάσματος μέσω των καταχωρημένων ποικιλιών και αναζητήσεων προσχώρησης στο γερμπλάσμα στο μενού της δεξιάς πλευράς κάτω από το germplasm.

συμπέρασμα

Ως πόρος που εστιάζει στον δημιουργό, το KnowPulse δίνει έμφαση στις πληροφορίες και τις παραλλαγές του γεννητικού πλάσματος. Τόσο τα γονοτυπικά όσο και τα φαινοτυπικά δεδομένα υποστηρίζονται με πλούσιες απεικονίσεις και λεπτομερείς σελίδες. Οι μελλοντικές βελτιώσεις περιλαμβάνουν υποστήριξη για γενετικούς χάρτες και ποσοτικούς τόπους χαρακτηριστικών (QTL), καθώς και βελτιωμένες οθόνες για εξερεύνηση δομικών παραλλαγών. Το KnowPulse ενημερώνεται συνεχώς καθώς γίνονται διαθέσιμα νέα δεδομένα.

Διαθεσιμότητα δεδομένων

Όλα τα σύνολα δεδομένων που αναλύθηκαν για αυτήν τη μελέτη περιλαμβάνονται στο χειρόγραφο ή/και στα συμπληρωματικά αρχεία.

Συνεισφορές Συγγραφέων

Το L-AS παρείχε την αρχική ιδέα και σχεδιασμό για τον πόρο με εκτεταμένη εισροή από το KB. Οι L-AS και CC έγραψαν το χειρόγραφο. Τα L-AS, CC, RT και YS συνέβαλαν σημαντικά στην ανάπτυξη του πόρου. Οι CC, RL και L-AS επιμελήθηκαν τα δεδομένα και συμπλήρωσαν τον πόρο. Το KB συνεισέφερε πολλά από τα δεδομένα που διατηρούνται στον πόρο. Όλοι οι συγγραφείς συνέβαλαν στην αναθεώρηση του χειρογράφου, διάβασαν και ενέκριναν την υποβληθείσα έκδοση.

Χρηματοδότηση

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από τους Saskatchewan Pulse Growers [επιχορήγηση: BRE1516, BRE0601], το Western Grains Research Foundation, Genome Canada [επιχορήγηση: 8302], την κυβέρνηση του Saskatchewan [επιχορήγηση: 20150331] και το Πανεπιστήμιο του Saskatchewan.

Δήλωση Σύγκρουσης Συμφερόντων

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Ευχαριστίες

Το KnowPulse δεν θα ήταν εκεί που είναι σήμερα χωρίς τη συνεχή ανάπτυξη και συντήρηση του Tripal, και ως εκ τούτου εκφράζουμε ένα μεγάλο ευχαριστώ σε ολόκληρη την κοινότητα του Tripal και στον Δρ. Stephen Ficklin. Η KnowPulse είναι μέλος της Ομοσπονδίας Οσπρίων και, ως εκ τούτου, θα θέλαμε να τους ευχαριστήσουμε για την καθοδήγησή τους και τις συλλογικές προσπάθειές τους. Είμαστε επίσης ευγνώμονες για την υποστήριξη, την καθοδήγηση και τα σχόλια από την κοινότητά μας και τους συναδέλφους μας στην ομάδα Pulse στο Πανεπιστήμιο του Saskatchewan. Ορισμένες από τις εργασίες ανάπτυξης έγιναν στο πλαίσιο του AGILE, ενός έργου που χρηματοδοτείται από το Genome Canada, το οποίο διαχειρίζεται η Genome Prairie.

EBUS-TBNA, διεύρυνση λεμφαδένων, οξειδωμένη κυτταρίνη, καρκίνος πνεύμονα, σειρές περιπτώσεων, όσπρια, όσπρια, πόρος ιστού, ποικιλομορφία, γονοτυπικά δεδομένα, φαινοτυπικά δεδομένα