Новое исследование представляет метод использования искусственных всплесков для повышения точности анализа активности генов в растениях, решая проблему глобальных изменений транскрипции. Этот метод дает более четкое представление о том, как растения реагируют на стимулы окружающей среды, такие как температура, и, как ожидается, получит широкое распространение в исследованиях в области науки о растениях. Фото: SciTechDaily.com
Исследователи опубликовали простой трюк, который улучшает точность методов, которые помогают нам понять, как внешние переменные, такие как температура, влияют на активность генов в растениях.
«На самом деле здесь есть два вклада», — говорит Коллин Доэрти, автор статьи об этой работе и доцент кафедры молекулярной и структурной биохимии в Университете штата Северная Каролина. «Во-первых, мы привлекаем внимание к проблеме, с которой многие из нас в сообществе исследователей растений были незнакомы, а также подчеркиваем ее решение. Во-вторых, мы продемонстрировали, что решение этой проблемы может существенно изменить наше понимание активности генов в растениях».
Проблема с анализом РНК-секвенирования
Речь идет о технологии под названием РНК-seq-анализ, который используется для измерения изменений в активности генов, т. е. когда гены активно транскрибируются с образованием белков.
«Мы используем анализ RNA-seq, чтобы оценить, как растения реагируют на различные стимулы или изменения в окружающей среде», — говорит Доэрти. «Он широко используется, потому что это относительно простой и недорогой способ мониторинга реакции растений».
Например, исследователи могут использовать анализ RNA-seq, чтобы увидеть, какие гены активируются, когда растение испытывает засуху, что затем дает информацию для разработки новых сортов растений, устойчивых к засухе.
Но есть особая проблема, связанная с анализом РНК-секвенирования, с которой Доэрти и ее коллеги случайно столкнулись.
Выявление и решение проблемы
«Мы следили за тем, как растения реагируют на разные температуры в разное время суток, и результаты, которые мы получили, сильно расходились», — говорит Доэрти. «Сначала мы думали, что делаем что-то неправильно. Но когда мы начали изучать это, мы узнали, что животные и дрожжи, как известно, имеют глобальные изменения в транскрипции в зависимости от таких переменных, как время суток или недостаток азота».
Другими словами, исследователи хотят увидеть, как конкретные переменные, такие как повышение температуры, влияют на транскрипцию конкретных генов. Но есть некоторые переменные, например время суток, которые могут увеличивать или уменьшать транскрипцию в все гены. Это может лишить исследователей возможности делать выводы о конкретных переменных, которые они хотят изучить.
«К счастью, мы обнаружили, что эта проблема достаточно хорошо изучена среди исследователей, занимающихся нерастительными исследованиями. разновидность что они разработали метод, объясняющий это, называемый искусственным всплеском», — говорит Доэрти. «Эти и подобные методы использовались в науке о растениях в других контекстах и при использовании старых методов и технологий. Но по какой-то причине наша область не включила искусственные всплески в нашу методологию, когда мы внедрили анализ РНК-секвенирования».
Влияние и потенциал искусственных всплесков
В искусственных вставках используются фрагменты чужеродной РНК, которые не похожи ни на что в геноме растения, а это означает, что чужеродную РНК нельзя спутать с чем-либо, что производит само растение. Исследователи вводят чужеродную РНК в процесс анализа в начале эксперимента. Поскольку глобальные изменения в транскрипции не влияют на чужеродную РНК, их можно использовать в качестве фиксированного ориентира, позволяющего исследователям определить степень общего увеличения или уменьшения количества РНК, которую производит само растение.
«Когда мы использовали искусственные всплески для учета глобальных изменений в транскрипции, мы обнаружили, что различия у растений, подвергающихся изменениям температуры в разное время суток, на самом деле были даже больше, чем мы ожидали», — говорит Доэрти.
«Искусственный всплеск дал нам более точную информацию и лучшее понимание того, как растения ведут себя ночью, поскольку мы обнаружили, что глобальная транскрипция ночью выше. До того, как мы начали использовать искусственные всплески, мы упускали многое из того, что происходило ночью.
«Искусственные шипы — это элегантное решение проблемы, о существовании которой многие из нас в сообществе исследователей растений даже не подозревали», — говорит Доэрти. «Мы надеемся, что этот метод повысит точность транскрипционного анализа в самых разных условиях, которые могут повлиять на глобальную транскрипцию у видов растений. А это, в свою очередь, может помочь нашему исследовательскому сообществу получить новое представление о видах, которые мы изучаем.
«Мы не разрабатывали это решение — искусственные всплески — но мы очень надеемся, что оно получит более широкое применение в науке о растениях».
Ссылка: «Метод нормализации, который контролирует общее количество РНК, влияет на идентификацию дифференциально экспрессируемых генов, выявляя предвзятость в сторону утренних реакций», Канджана Лаосунтисук, Амаранатха Веннапуса, Импа М. Сомаянда, Адам Р. Леман, С.В. Кришна Джагадиш и Коллин. Дж. Доэрти, 30 января 2024 г., Журнал растений.
DOI: 10.1111/tpj.16654
Работа выполнена при поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США в рамках гранта D19AP00026; Национальный научный фонд (грант 2210293); и Проект развития и продвижения талантов в области науки и технологий, Таиланд.