تقنيات علم النسخ

أُجريت دراسات على النسخ الفردية لعدة عقود قبل توفر أي مناهج لعلم النسخ. جُمعت مكتبات من نسخ mRNA لعثة الحرير وحُوّلت إلى حمض نووي تكميلي (cDNA) للتخزين باستخدام إنزيم النسخ العكسي في أواخر سبعينيات القرن الماضي. ^{[ 13 ]} في ثمانينيات القرن الماضي، استُخدم التسلسل منخفض الإنتاجية باستخدام طريقة سانجر لتسلسل نسخ عشوائية، مما أنتج علامات تسلسل معبرة (ESTs). ^{[ 2 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} سادت طريقة سانجر للتسلسل حتى ظهور طرق عالية الإنتاجية مثل التسلسل بالتخليق (Solexa/Illumina). برزت علامات التسلسل المعبرة (ESTs) خلال تسعينيات القرن الماضي كطريقة فعالة لتحديد المحتوى الجيني للكائن الحي دون الحاجة إلى تسلسل الجينوم بأكمله . ^{[ 16 ]} تم قياس كميات النسخ الفردية باستخدام تقنيات التلطيخ الشمالي ، ومصفوفات أغشية النايلون ، ولاحقًا تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي للنسخ العكسي (RT-qPCR)، ^{[ 17 ] [ 18 ]} إلا أن هذه الطرق مُرهقة ولا تستطيع سوى التقاط جزء صغير جدًا من النسخ الجيني. ^{[ 12 ]} ونتيجة لذلك، ظلت طريقة التعبير عن النسخ الجيني وتنظيمه ككل مجهولة حتى تم تطوير تقنيات ذات إنتاجية أعلى.

استُخدم مصطلح "الترانسكريبتوم" لأول مرة في تسعينيات القرن العشرين. ^{[ 19 ] [ 20 ]} في عام 1995، طُوّرت إحدى أقدم طرق دراسة الترانسكريبتوم القائمة على التسلسل، وهي التحليل التسلسلي للتعبير الجيني (SAGE)، والتي تعتمد على تسلسل سانجر لقطع النسخ العشوائية المتسلسلة. ^{[ 21 ]} وتم تحديد كمية النسخ بمطابقة القطع مع الجينات المعروفة. كما استُخدم لفترة وجيزة نوعٌ مُعدّل من SAGE يستخدم تقنيات التسلسل عالي الإنتاجية، يُسمى تحليل التعبير الجيني الرقمي. ^{[ 9 ] [ 22 ]} إلا أن هذه الطرق تفوقت عليها إلى حد كبير تقنيات التسلسل عالي الإنتاجية للنسخ الكاملة، والتي وفرت معلومات إضافية حول بنية النسخ، مثل المتغيرات الناتجة عن التضفير . ^{[ 9 ]}

طُوّرت التقنيات المعاصرة السائدة، وهي المصفوفات الدقيقة وتسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq )، في منتصف التسعينيات والعقد الأول من الألفية الثانية. ^{[ 9 ] [ 33 ]} نُشرت المصفوفات الدقيقة، التي تقيس وفرة مجموعة محددة من النسخ الجينية عبر تهجينها مع مجموعة من المجسات التكميلية ، لأول مرة عام 1995. ^{[ 34 ] [ 35 ]} أتاحت تقنية المصفوفات الدقيقة تحليل آلاف النسخ الجينية في وقت واحد وبتكلفة أقل بكثير لكل جين، مع توفير كبير في الجهد المبذول. ^{[ 36 ]} كانت كل من مصفوفات الأوليغونوكليوتيدات المنقطة ومصفوفات Affymetrix عالية الكثافة هي الطريقة المُفضلة لتحليل التعبير الجيني حتى أواخر العقد الأول من الألفية الثانية. ^{[ 12 ] [ 33 ]} خلال هذه الفترة، تم إنتاج مجموعة من المصفوفات الدقيقة لتغطية الجينات المعروفة في الكائنات النموذجية أو الكائنات ذات الأهمية الاقتصادية. وقد حسّنت التطورات في تصميم وتصنيع المصفوفات من دقة المجسات، وسمحت باختبار المزيد من الجينات على مصفوفة واحدة. أدت التطورات في الكشف عن التألق إلى زيادة الحساسية ودقة القياس للنسخ منخفضة الوفرة. ^{[ 35 ] [ 37 ]}

تُجرى عملية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) عن طريق النسخ العكسي للحمض النووي الريبوزي في المختبر ، ثم تسلسل الحمض النووي التكميلي الناتج (cDNA) . ^{[ 10 ]} ويُستخلص وفرة النسخ من عدد مرات عدّ كل نسخة. ولذلك، تأثرت هذه التقنية بشكل كبير بتطور تقنيات التسلسل عالية الإنتاجية . ^{[ 9 ] [ 11 ]} وكان التسلسل التوقيعي المتوازي الضخم (MPSS) مثالًا مبكرًا يعتمد على توليد تسلسلات بطول 16-20 زوجًا قاعديًا عبر سلسلة معقدة من التهجينات ، ^{[ 38 ] [ ملاحظة 1 ]} وقد استُخدم في عام 2004 للتحقق من صحة التعبير عن عشرة آلاف جين في نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana) . ^{[ 39 ]} ونُشرت أولى دراسات تسلسل الحمض النووي الريبوزي في عام 2006، حيث تم تسلسل مئة ألف نسخة باستخدام تقنية 454. ^{[ 40 ]} وكانت هذه التغطية كافية لتحديد وفرة النسخ النسبية . بدأ استخدام تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) يزداد شيوعًا بعد عام 2008، عندما أتاحت تقنيات Solexa/Illumina الجديدة تسجيل مليار تسلسل من النسخ الجينية. ^{[ 4 ] [ 10 ] [ 41 ] [ 42 ]} ويتيح هذا الإنتاج الآن إمكانية تحديد كمية النسخ الجينية البشرية ومقارنتها. ^{[ 43 ]} 

تتطلب جميع طرق دراسة النسخ الجيني عزل الحمض النووي الريبوزي (RNA) من الكائن الحي المدروس قبل تسجيل النسخ. ورغم التنوع الهائل للأنظمة البيولوجية، فإن تقنيات استخلاص الحمض النووي الريبوزي متشابهة إلى حد كبير، وتشمل التفكيك الميكانيكي للخلايا أو الأنسجة، وتعطيل إنزيم الريبونيوكلياز (RNase ) باستخدام أملاح فوضوية ، ^{[ 44 ]} وتفكيك الجزيئات الكبيرة ومعقدات النيوكليوتيدات، وفصل الحمض النووي الريبوزي عن الجزيئات الحيوية غير المرغوب فيها ، بما في ذلك الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، وتركيز الحمض النووي الريبوزي عن طريق الترسيب من المحلول أو الاستخلاص من مادة صلبة . ^{[ 44 ] [ 45 ]} ويمكن أيضًا معالجة الحمض النووي الريبوزي المعزول بإنزيم الديوكسي ريبونوكلياز (DNase) لهضم أي آثار للحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين. ^{[ 46 ]} ومن الضروري إثراء الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) لأن مستخلصات الحمض النووي الريبوزي الكلي تحتوي عادةً على 98% من الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي . ^{[ 47 ]} ويمكن إثراء النسخ باستخدام طرق تقارب عديد الأدينين أو عن طريق استنفاد الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي باستخدام مجسات محددة التسلسل. ^{[ 48 ]} ​​قد يؤثر الحمض النووي الريبوزي المتدهور على النتائج اللاحقة؛ فعلى سبيل المثال، سيؤدي إثراء الحمض النووي الريبوزي الرسول من العينات المتدهورة إلى استنفاد نهايات 5' للحمض النووي الريبوزي الرسول وإشارة غير متساوية على طول النسخة. يُعد التجميد السريع للأنسجة قبل عزل الحمض النووي الريبوزي إجراءً شائعًا، ويُتخذ الحذر لتقليل التعرض لإنزيمات الريبونيوكلياز بمجرد اكتمال العزل. ^{[ 45 ]}

علامة التسلسل المعبر عنها (EST) هي تسلسل نيوكليوتيدي قصير يُستخلص من نسخة واحدة من الحمض النووي الريبوزي (RNA). يُنسخ الحمض النووي الريبوزي أولًا إلى حمض نووي تكميلي (cDNA) بواسطة إنزيم النسخ العكسي، ثم يُجرى تسلسل الحمض النووي التكميلي الناتج. ^{[ 16 ]} نظرًا لإمكانية جمع علامات التسلسل المعبر عنها دون معرفة مسبقة بالكائن الحي الذي تنتمي إليه، يُمكن الحصول عليها من مخاليط الكائنات الحية أو العينات البيئية. ^{[ 49 ] [ 16 ]} على الرغم من استخدام طرق ذات إنتاجية أعلى حاليًا، إلا أن مكتبات علامات التسلسل المعبر عنها كانت تُوفر معلومات التسلسل بشكل شائع لتصميمات المصفوفات الدقيقة المبكرة؛ فعلى سبيل المثال، صُممت مصفوفة دقيقة للشعير من 350,000 علامة تسلسل معبرة معبرة سبق تسلسلها. ^{[ 50 ]}

يُعدّ التحليل التسلسلي للتعبير الجيني (SAGE) تطويرًا لمنهجية EST لزيادة إنتاجية العلامات المُولّدة، مما يسمح بقياس كمية النسخ الجينية. ^{[ 21 ]} يُستخلص الحمض النووي التكميلي (cDNA) من الحمض النووي الريبوزي (RNA) ، ثم يُهضم إلى  شظايا "علامات" بطول 11 زوجًا قاعديًا باستخدام إنزيمات التقييد التي تقطع الحمض النووي عند تسلسل محدد، وعلى  امتداد 11 زوجًا قاعديًا من ذلك التسلسل. تُربط علامات cDNA هذه من الرأس إلى الذيل لتكوين خيوط طويلة (>500  زوج قاعدي)، وتُسلسل باستخدام طرق منخفضة الإنتاجية ولكنها ذات طول قراءة طويل، مثل تسلسل سانجر . بعد ذلك، تُقسم التسلسلات مرة أخرى إلى علاماتها الأصلية المكونة من 11 زوجًا قاعديًا باستخدام برامج حاسوبية في عملية تُسمى فك التشفير . ^{[ 21 ]} في حال توفر جينوم مرجعي عالي الجودة ، يمكن مطابقة هذه العلامات مع جيناتها المقابلة في الجينوم. أما في حال عدم توفر جينوم مرجعي، فيمكن استخدام العلامات مباشرةً كعلامات تشخيصية إذا وُجد أنها تُظهر تعبيرًا تفاضليًا في حالة مرضية. ^{[ 21 ]}

تُعدّ طريقة تحليل التعبير الجيني باستخدام غطاء الحمض النووي الريبوزي الرسول (CAGE) نوعًا مُعدَّلًا من طريقة SAGE، حيث تقوم بتسلسل العلامات من الطرف 5' لنسخة mRNA فقط. ^{[ 52 ]} وبالتالي، يُمكن تحديد موقع بدء النسخ الجيني عند محاذاة العلامات مع جينوم مرجعي. يُفيد تحديد مواقع بدء النسخ الجيني في تحليل المُحفِّزات واستنساخ الحمض النووي التكميلي (cDNA) كامل الطول.

تُنتج طرق SAGE و CAGE معلومات عن عدد أكبر من الجينات مقارنةً بما كان ممكنًا عند تسلسل ESTs الفردية، ولكن تحضير العينات وتحليل البيانات عادةً ما يكون أكثر استهلاكًا للوقت والجهد. ^{[ 52 ]}

يجب أن تُحدد معالجة صور المصفوفات الدقيقة بدقة الشبكة المنتظمة للميزات داخل الصورة، وأن تُحدد بشكل مستقل شدة التألق لكل ميزة. كما يجب تحديد التشوهات في الصورة وإزالتها من التحليل الكلي. تشير شدة التألق مباشرةً إلى وفرة كل تسلسل، لأن تسلسل كل مجس على المصفوفة معروف مسبقًا. ^{[ 102 ]}

تتضمن الخطوات الأولى لتسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) معالجة صور مماثلة؛ ومع ذلك، عادةً ما تتم معالجة تحويل الصور إلى بيانات تسلسلية تلقائيًا بواسطة برنامج الجهاز. ينتج عن طريقة التسلسل بالتخليق من Illumina مجموعة من التجمعات موزعة على سطح خلية التدفق. ^{[ 103 ]} يتم تصوير خلية التدفق حتى أربع مرات خلال كل دورة تسلسل، بإجمالي يتراوح بين عشرات ومئات الدورات. تُشابه تجمعات خلية التدفق بقع المصفوفة الدقيقة، ويجب تحديدها بدقة خلال المراحل المبكرة من عملية التسلسل. في طريقة التسلسل الناري من Roche ، تحدد شدة الضوء المنبعث عدد النيوكليوتيدات المتتالية في تكرار متجانس. توجد العديد من المتغيرات لهذه الطرق، ولكل منها نمط خطأ مختلف للبيانات الناتجة. ^{[ 104 ]}

تُنتج تجارب تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) كمية كبيرة من قراءات التسلسل الخام التي يجب معالجتها لاستخلاص معلومات مفيدة. يتطلب تحليل البيانات عادةً استخدام مجموعة من أدوات برمجيات المعلوماتية الحيوية (انظر أيضًا قائمة أدوات المعلوماتية الحيوية لتسلسل الحمض النووي الريبوزي ) والتي تختلف باختلاف تصميم التجربة وأهدافها. يمكن تقسيم العملية إلى أربع مراحل: مراقبة الجودة، والمحاذاة، والقياس الكمي، والتعبير التفاضلي. ^{[ 105 ]} تُشغَّل معظم برامج تسلسل الحمض النووي الريبوزي الشائعة من خلال واجهة سطر الأوامر ، إما في بيئة يونكس أو ضمن بيئة R / Bioconductor الإحصائية. ^{[ 94 ]}

التحديد الكمي

يمكن إجراء قياس كمية محاذاة التسلسلات على مستوى الجين أو الإكسون أو النسخة. ^{[ 91 ] [ 87 ]} تتضمن المخرجات النموذجية جدولًا بعدد القراءات لكل ميزة مُدخلة إلى البرنامج؛ على سبيل المثال، للجينات في ملف بتنسيق الميزات العامة . يمكن حساب عدد قراءات الجينات والإكسونات بسهولة باستخدام HTSeq، على سبيل المثال. ^{[ 130 ]} أما القياس الكمي على مستوى النسخة فهو أكثر تعقيدًا ويتطلب أساليب احتمالية لتقدير وفرة أشكال النسخة من معلومات القراءات القصيرة؛ على سبيل المثال، باستخدام برنامج Cufflinks. ^{[ 114 ]} يجب تحديد القراءات التي تتطابق بشكل متساوٍ مع مواقع متعددة، ثم إما إزالتها، أو محاذاتها مع أحد المواقع المحتملة، أو محاذاتها مع الموقع الأكثر احتمالًا.

تستطيع بعض طرق التحديد الكمي الاستغناء تمامًا عن الحاجة إلى محاذاة دقيقة للقراءة مع تسلسل مرجعي. تجمع طريقة برنامج كاليستو بين المحاذاة التقريبية والتحديد الكمي في خطوة واحدة، وهي أسرع بمرتبتين من الطرق المعاصرة، مثل تلك المستخدمة في برنامج توب هات/كف لينكس، مع عبء حسابي أقل. ^{[ 131 ]}

يمكن التحقق من صحة تحليلات النسخ الجيني باستخدام تقنية مستقلة، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR)، وهي تقنية معروفة وقابلة للتقييم الإحصائي. ^{[ 135 ]} يُقاس التعبير الجيني وفقًا لمعايير محددة لكل من الجين محل الاهتمام وجينات التحكم . يشبه القياس بواسطة qPCR القياس الذي يتم الحصول عليه بواسطة تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq)، حيث يمكن حساب قيمة تركيز منطقة مستهدفة في عينة معينة. مع ذلك، يقتصر qPCR على المضخمات التي يقل طولها عن 300 زوج قاعدي، وعادةً ما تكون باتجاه النهاية 3' للمنطقة المشفرة، مع تجنب منطقة 3'UTR . ^{[ 136 ]} إذا لزم التحقق من صحة أشكال النسخ، فإن فحص محاذاة قراءات RNA-Seq يُشير إلى المواضع التي يمكن وضع بادئات qPCR فيها لتحقيق أقصى قدر من التمييز. يوفر قياس جينات تحكم متعددة إلى جانب الجينات محل الاهتمام مرجعًا ثابتًا ضمن سياق بيولوجي. ^{[ 137 ]} أظهرت عملية التحقق من صحة بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي (qPCR) عمومًا وجود ترابط عالٍ بين طرق تسلسل الحمض النووي الريبوزي المختلفة. ^{[ 62 ] [ 138 ] [ 139 ]}

يُعد التحقق الوظيفي من الجينات الرئيسية اعتبارًا هامًا لتخطيط ما بعد النسخ. ويمكن ربط أنماط التعبير الجيني المرصودة وظيفيًا بالنمط الظاهري من خلال دراسة مستقلة لتثبيط / استعادة التعبير الجيني في الكائن الحي محل الاهتمام. ^{[ 140 ]}

شهدت استراتيجيات علم النسخ الجيني تطبيقات واسعة النطاق في مجالات متنوعة من البحوث الطبية الحيوية، بما في ذلك تشخيص الأمراض وتحديد خصائصها . ^{[ 10 ] [ 141 ]} وقد أتاحت تقنيات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) تحديد مواقع بدء النسخ على نطاق واسع ، والكشف عن استخدامات بديلة للمحفزات ، وتغيرات جديدة في عملية التضفير . تُعد هذه العناصر التنظيمية مهمة في الأمراض البشرية، ولذلك، فإن تحديد هذه المتغيرات أمر بالغ الأهمية لتفسير دراسات ارتباط الأمراض . ^{[ 142 ]} كما يمكن لتقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) تحديد تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) المرتبطة بالأمراض، والتعبير الجيني الخاص بالأليلات، والاندماجات الجينية ، مما يُسهم في فهم المتغيرات المسببة للأمراض. ^{[ 143 ]}

العناصر المتنقلة الرجعية هي عناصر قابلة للانتقال تتكاثر داخل جينومات حقيقيات النوى من خلال عملية تتضمن النسخ العكسي . يمكن لتقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) توفير معلومات حول نسخ العناصر المتنقلة الرجعية الداخلية التي قد تؤثر على نسخ الجينات المجاورة عبر آليات فوق جينية مختلفة تؤدي إلى المرض. ^{[ 144 ]} وبالمثل، يتزايد استخدام تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) لفهم الأمراض المتعلقة بالمناعة بسرعة نظرًا لقدرتها على تحليل مجموعات الخلايا المناعية وتسلسل مستقبلات الخلايا التائية والبائية لدى المرضى. ^{[ 145 ] [ 146 ]}

أصبح تحليل تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) لمسببات الأمراض البشرية أسلوبًا راسخًا لتحديد كمية التغيرات في التعبير الجيني، وتحديد عوامل الضراوة الجديدة ، والتنبؤ بمقاومة المضادات الحيوية ، والكشف عن التفاعلات المناعية بين المضيف ومسببات الأمراض . ^{[ 147 ] [ 148 ]} يتمثل الهدف الرئيسي لهذه التقنية في تطوير تدابير مثلى لمكافحة العدوى وعلاج فردي موجه . ^{[ 146 ]}

ركزت تحليلات النسخ الجيني بشكل أساسي على العائل أو العامل الممرض. وقد طُبقت تقنية تسلسل الحمض النووي الريبوزي المزدوج (RNA-Seq) لتحليل التعبير الجيني في كل من العامل الممرض والعائل في آنٍ واحد طوال عملية العدوى. تُمكّن هذه التقنية من دراسة الاستجابة الديناميكية وشبكات تنظيم الجينات بين الأنواع في كلا الشريكين المتفاعلين، بدءًا من الاتصال الأولي مرورًا بالغزو وانتهاءً باستمرار العامل الممرض أو التخلص منه بواسطة الجهاز المناعي للعائل . ^{[ 149 ] [ 150 ]}

يُتيح علم النسخ الجيني تحديد الجينات والمسارات التي تستجيب للضغوط البيئية الحيوية وغير الحيوية وتُقاومها . ^{[ 151 ] [ 140 ]} كما تُتيح طبيعة علم النسخ الجيني غير المُستهدفة تحديد شبكات نسخ جيني جديدة في الأنظمة المُعقدة. فعلى سبيل المثال، كشف التحليل المُقارن لمجموعة من سلالات الحمص في مراحل نمو مُختلفة عن أنماط نسخ جيني مُميزة مُرتبطة بضغوط الجفاف والملوحة ، بما في ذلك تحديد دور نظائر النسخ الجيني لـ AP2 - EREBP . ^{[ 151 ]} وكشفت دراسة التعبير الجيني أثناء تكوين الأغشية الحيوية بواسطة الفطر المُمرض Candida albicans عن مجموعة من الجينات المُنظمة بشكل مُشترك، والتي تُعد ضرورية لتكوين الأغشية الحيوية والحفاظ عليها. ^{[ 152 ]}

يوفر تحليل التعبير الجيني معلومات بالغة الأهمية حول آليات مقاومة الأدوية . وقد كشف تحليل أكثر من 1000 عزلة من طفيل المتصورة المنجلية ، وهو طفيل شديد العدوى مسؤول عن الملاريا لدى البشر، ^{[ 153 ]} أن زيادة استجابة البروتين غير المطوي وبطء التقدم خلال المراحل المبكرة من دورة التطور اللاجنسي داخل كريات الدم الحمراء يرتبطان بمقاومة الأرتيميسينين في العزلات من جنوب شرق آسيا . ^{[ 154 ]}

يُعدّ استخدام علم النسخ الجيني مهمًا أيضًا لدراسة الاستجابات في البيئة البحرية. ^{[ 155 ]} في علم البيئة البحرية، كان " الإجهاد " و" التكيف " من بين أكثر المواضيع البحثية شيوعًا، لا سيما تلك المتعلقة بالإجهاد البشري المنشأ، مثل التغير المناخي والتلوث. [ 155 ^{] أُجريت معظم} الدراسات في هذا المجال على الحيوانات ، على الرغم من قلة تمثيل اللافقاريات . ^{[ 155 ]} لا تزال إحدى المشكلات قائمة، وهي نقص الدراسات الجينية الوظيفية، مما يعيق تحديد وظائف الجينات ، خاصةً بالنسبة للأنواع غير النموذجية، وقد يؤدي إلى استنتاجات غامضة حول آثار الاستجابات المدروسة. ^{[ 155 ]}

يُعدّ علم النسخ الجيني مفيدًا بشكل خاص لدراسة كيفية استجابة الجينات البكتيرية للبيئات المعقدة المرتبطة بالنباتات، حيث يُحفّز التكيف من خلال تنظيم منسق لجينات متعددة بدلًا من عوامل منفردة معروفة جيدًا. في تفاعلات النباتات مع الميكروبات، حددت تحليلات النسخ الجيني مجموعات من الجينات البكتيرية التي يتم تحفيزها بشكل خاص أثناء استعمار النبات أو استجابةً لإشارات نباتية، ويفتقر العديد منها إلى توصيف وظيفي سابق ، ولن يتم الكشف عنها باستخدام مناهج مُوجّهة. من خلال دمج بيانات التعبير الجيني مع التحليلات الجينومية المقارنة أو على مستوى المجتمع، يُساعد علم النسخ الجيني في ربط تنظيم الجينات البكتيرية بالأهمية البيئية وعمليات التكيف في البيئات النباتية. وقد أثبت هذا النهج جدواه في تحديد وظائف بكتيرية تم إغفالها سابقًا، والتي تُشارك في تحمل الإجهاد، والتفاعل مع العائل، والتكيف مع البيئة.

أثبتت جميع تقنيات علم النسخ الجيني فائدتها الكبيرة في تحديد وظائف الجينات وتحديد تلك المسؤولة عن أنماط ظاهرية معينة. وقد ربطت دراسات النسخ الجيني لأنماط نبات الرشاد (Arabidopsis) التي تتراكم فيها المعادن بشكل مفرط ، الجينات المشاركة في امتصاص المعادن وتحملها والحفاظ على توازنها بالنمط الظاهري. ^{[ 156 ]} كما استُخدم دمج مجموعات بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) عبر أنسجة مختلفة لتحسين توصيف وظائف الجينات في الكائنات الحية ذات الأهمية التجارية (مثل الخيار ) ^{[ 157 ]} أو الأنواع المهددة بالانقراض (مثل الكوالا ). ^{[ 158 ]}

لا يعتمد تجميع قراءات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-Seq) على جينوم مرجعي ^{[ 122 ]} ، مما يجعله مثاليًا لدراسات التعبير الجيني للكائنات غير النموذجية التي تفتقر إلى موارد جينومية أو تفتقر إلى موارد جينومية متطورة. على سبيل المثال، تم إنشاء قاعدة بيانات للنيوكليوتيدات المفردة المتغيرة (SNPs) المستخدمة في برامج تربية شجرة التنوب دوغلاس من خلال تحليل النسخ الجيني من الصفر في غياب جينوم متسلسل ^{[ 159 ]} . وبالمثل، تم تحديد الجينات التي تؤدي وظائف في نمو أنسجة القلب والعضلات والأعصاب في جراد البحر من خلال مقارنة نسخ أنواع الأنسجة المختلفة دون استخدام تسلسل جينومي ^{[ 160 ]} . كما يمكن استخدام تقنية RNA-Seq لتحديد مناطق ترميز البروتين غير المعروفة سابقًا في الجينومات المتسلسلة الموجودة.

يُستخدم علم النسخ الجيني بشكل شائع لدراسة محتوى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في الخلية. ومع ذلك، فإن التقنيات نفسها قابلة للتطبيق بنفس القدر على الحمض النووي الريبوزي غير المشفر (ncRNA) الذي لا يُترجم إلى بروتين، ولكنه يؤدي وظائف مباشرة (مثل دوره في ترجمة البروتين ، وتضاعف الحمض النووي ، وتضفير الحمض النووي الريبوزي ، وتنظيم النسخ ). ^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ] [ 164 ]} يؤثر العديد من هذه الأحماض النووية الريبوزية غير المشفرة على حالات مرضية، بما في ذلك السرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية والأمراض العصبية. ^{[ 165 ]}