Kartlegging av tredjegenerasjons sekvensering sitt potensial i biodiversitetsforsking; ein litteraturstudie

Abstract

Denne bacheloroppgåva er eit litteraturstudium der tredjegenerasjons sekvensering(TGS) sitt potensial i biodiversitetsforsking kartleggast. Litteraturstudiet er utført med hensikt å kartlegge potensialet til TGS som verktøy for å hente nødvendig data, kunnskap og modellar som dannar grunnlag for val ved utforming av biodiversitetsbevarande tiltak. Sia TGS både er relativt nytt og i rask vekst, er det både viktig og omfattande arbeid å avdekke og fylle kunnskapshol for å optimalisere bruk. Kartlegginga inneber moglegheiter, utfordringar, fordeler og ulemper ved bruk av TGS per våren 2023. Litteraturstudiet tek føre seg to typar TGS; Oxford Nanopore Technologies (ONT) og Single Molecule Real Time (SMRT) sekvensering, og sekundært nestegenerasjonssekvensering(NGS) for samanlikning. Utvalet av artiklar skal representere forsøkte tilnærmingar med TGS i kontekst biodiversitet. Bruk av TGS viste seg å innebere heilgenomsekvensering, trankriptomsekvensering, utvikling av genbankar, evolusjon- og miljøstudiar, sekvensering av strukturelle variantar og hypervariable regionar, artsidentifikasjon og mikrobiom- og populasjonsanalysar. TGS viste seg også som nyttig verktøy i forsking på artars effekt på miljø og rolle i økosystem. Dette er bruksområde relaterte til biodiversitet som TGS, både ONT og SMRT, har vist evne til å kunne fasilitere. Resultatet etter litteratursøket stemmar overeins med teori; med TGS kan lengre DNA-sekvensar sekvenserast, samtidig. I tillegg gir resultatet ei meir omfattande skildring av TGS sine hindringar og moglegheiter; kva som har fungert i praksis, med ei variasjon av ulike formål og på forskjellige typar genetisk materiale frå ei rekke forskjellige taxa. Utfordringar ved TGS viste seg til ei viss grad å vere sekvensering av repeterande regionar, hypervariable regionar og ei høgare feilrate enn NGS. Dette kjem delvis av den molekylære mekanismen bak SMRT og Nanoporesekvensering. Det konkluderast med at TGS har eit bredt potensial som vil vere interessant å utforske vidare for å generere nødvendig data til grunn for biodiversitetskonservering. Ved å kombinere TGS og NGS eller Sangersekvensering kan heile genom sekvenserast der TGS aleine ikkje strekker til. Dette er ei løysing som aukar TGS sitt potensial. Hybridiserte metodar vil vere meir kostbare, men utgjer ei mogleg løysing som kan dekke manglane TGS sin prestasjon har i dag. For vidare forsking foreslåast fleire samanliknande studiar for TGS og NGS, vidareutvikling av apparat for å kunne utføre feltanalysar av høg kvalitet og utvikling av softwares knytt til biodiversitetsforsking.

This bachelor thesis is a literature review where the potential of third generation sequencing in biodiversity research is mapped. The review is carried out with the purpose of mapping the potential of TGS as a tool in collecting essential data, knowledge and models that makes up a basis for decision-making in the creation of biodiversity conservation measures. Since TGS is relatively new and in rapid development, it is important to reveal and fill research gaps in order to optimize use. The mapping consists of possibilities, challenges, advantages and disadvantages when using TGS as of the spring of 2023. The literature review will focus on the two types of TGS; Oxford Nanopore Technologies (ONT) and Single Molecule Real Time (SMRT) sequencing, and second, Next gen sequencing(NGS) for comparison. The selected articles represents tested approaches with TGS in the context of biodiversity. Use of TGS turned out to include whole genome sequencing, transcriptome sequencing, development of gene banksm evolution- and environmental studies, sequencing of structural variants and hypervariable regions, specie identification and microbiome- and community analyses. TGS seemed like a helpful tool in research on species effect on their environment and their ecosystem role. These are areas of use related to biodiversity that TGS, both ONT and SMRT, has shown ability to facilitate. The result of the literature search agrees with theory; longer DNA sequences can be sequenced with TGS, simultaneously. The result provide an additional, more comprehensive, description of the challenges and possibilities of TGS; what worked in practice, with a variation of purposes and on different types of genetic material from several different taxa. Challenges in using TGS is shown to a certain degree to be sequencing of repeating regions, hypervariable regions and a higher error rate than NGS. The molecular mechanisms behind SMRT and Nanopore sequencing are partially responsible for this. It is concluded that TGS has a broad potential that will be interesting to research further to generate essential data as basis in biodiversity conservation. By combining TGS and NGS or Sanger sequencing, whole genomes can be sequenced in cases where TGS is insufficient. This is a possible solution that increases the potential of TGS. Hybridized methods will be higher in cost but make for a possible solution that may cover the gaps in TGS performance today. Suggestions for further research include comparative studies on TGS and NGS, further development of instruments for high quality field analyses and development of biodiversity research softwares.