W nowym badaniu wprowadzono technikę wykorzystującą sztuczne dodatki w celu poprawy dokładności analizy aktywności genów w roślinach, rozwiązując wyzwanie, jakim są globalne zmiany transkrypcji. Metoda ta zapewnia jaśniejszy wgląd w to, jak rośliny reagują na bodźce środowiskowe, takie jak temperatura, i ma nadzieję, że zostanie szeroko zastosowana w badaniach z zakresu nauk o roślinach. Źródło: SciTechDaily.com

Naukowcy opublikowali prosty trik, który poprawia dokładność technik, które pomagają nam zrozumieć, w jaki sposób zmienne zewnętrzne – takie jak temperatura – wpływają na aktywność genów u roślin.

„Tak naprawdę są tu dwa wkłady” – mówi Colleen Doherty, autorka korespondencyjna artykułu na temat tej pracy oraz profesor nadzwyczajny biochemii molekularnej i strukturalnej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „Po pierwsze, zwiększamy widoczność problemu, z którym wielu z nas, w społeczności zajmującej się badaniami nad roślinami, nie było zaznajomionych, a także podkreślamy jego rozwiązanie. Po drugie, wykazaliśmy, że rozwiązanie tego problemu może znacząco zmienić nasze zrozumienie aktywności genów u roślin”.

Wyzwanie związane z analizą seq RNA

Chodzi o technikę tzw RNAanalizę -seq, która służy do pomiaru zmian w aktywności genów – tj. kiedy geny aktywnie dokonują transkrypcji w celu wytworzenia białek.

„Korzystamy z analizy seq RNA, aby ocenić, jak rośliny reagują na różne bodźce lub zmiany w ich środowisku” – mówi Doherty. „Jest szeroko stosowany, ponieważ jest stosunkowo łatwym i niedrogim sposobem monitorowania reakcji roślin”.

Na przykład badacze mogą wykorzystać analizę seq RNA, aby sprawdzić, które geny włączają się, gdy roślina doświadcza warunków suszy, co następnie wpływa na rozwój nowych odmian roślin odpornych na suszę.

Istnieje jednak szczególne wyzwanie związane z analizą seq RNA, na które Doherty i jej współpracownicy natknęli się przez przypadek.

Identyfikacja i rozwiązanie problemu

„Monitorowaliśmy, jak rośliny reagują na różne temperatury o różnych porach dnia i otrzymane wyniki były bardzo rozbieżne” – mówi Doherty. „Początkowo myśleliśmy, że może robimy coś złego. Kiedy jednak zaczęliśmy się temu przyglądać, dowiedzieliśmy się, że u zwierząt i drożdży obserwuje się globalne zmiany w transkrypcji zależne od zmiennych takich jak pora dnia czy brak azotu”.

Innymi słowy, badacze chcą zobaczyć, jak określone zmienne – takie jak podwyższona temperatura – wpływają na transkrypcję w określonych genach. Istnieją jednak pewne zmienne – takie jak pora dnia – które mogą zwiększać lub zmniejszać transkrypcję Wszystko geny. Może to pozbawić badaczy możliwości wyciągania wniosków na temat konkretnych zmiennych, które chcą badać.

„Na szczęście odkryliśmy, że problem ten jest wystarczająco ugruntowany wśród badaczy zajmujących się chorobami nieroślinnymi gatunek że opracowali metodę, aby to wyjaśnić, zwaną sztucznym dopalaczem” – mówi Doherty. „Te i podobne techniki były stosowane w naukach o roślinach w innych kontekstach oraz przy stosowaniu starszych technik i technologii. Ale z jakiegoś powodu nasza dziedzina nie włączyła sztucznych dodatków do naszej metodologii, kiedy przyjęliśmy analizę sekwencji RNA”.

Wpływ i potencjał sztucznych skoków

Sztuczne dodatki wykorzystują fragmenty obcego RNA, które nie przypominają niczego w genomie rośliny, co oznacza, że ​​obcy RNA nie zostanie pomylony z niczym, co wytwarza sama roślina. Badacze wprowadzają obcy RNA do procesu analizy na początku eksperymentu. Ponieważ globalne zmiany w transkrypcji nie wpłyną na obcy RNA, można je wykorzystać jako stały punkt odniesienia, który pozwala naukowcom określić stopień, w jakim występuje ogólny wzrost lub spadek RNA wytwarzanego przez samą roślinę.

„Kiedy użyliśmy sztucznych dodatków, aby uwzględnić globalne zmiany w transkrypcji, odkryliśmy, że różnice między roślinami narażonymi na zmiany temperatury o różnych porach dnia były w rzeczywistości nawet większe, niż przewidywaliśmy” – mówi Doherty.

„Sztuczny dodatek dał nam dokładniejsze informacje i lepszy wgląd w zachowanie roślin w nocy – ponieważ odkryliśmy, że globalna transkrypcja była większa w nocy. Zanim zaczęliśmy używać sztucznych dopalaczy, traciliśmy wiele z tego, co działo się w nocy.

„Sztuczne dodatki to eleganckie rozwiązanie wyzwania, o którym wielu z nas, zajmujących się badaniami nad roślinami, nawet nie wiedziało, że istnieje” – mówi Doherty. „Jesteśmy optymistami, że ta technika poprawi dokładność analizy transkrypcji w różnorodnych warunkach, które mogą wpływać na globalną transkrypcję u gatunków roślin. A to z kolei może pomóc naszej społeczności badawczej zdobyć nowy wgląd w badane przez nas gatunki.

„Nie opracowaliśmy tego rozwiązania – sztucznych dodatków – ale naprawdę mamy nadzieję, że znajdzie ono szersze zastosowanie w naukach o roślinach”.

Odniesienie: „Metoda normalizacji kontrolująca liczebność całkowitego RNA wpływa na identyfikację genów o zróżnicowanej ekspresji, ujawniając stronniczość w kierunku odpowiedzi wyrażanych rano” autorstwa Kanjana Laosuntisuk, Amaranatha Vennapusa, Impa M. Somayanda, Adam R. Leman, SV Krishna Jagadish i Colleen J. Doherty, 30 stycznia 2024 r., Dziennik roślin.
DOI: 10.1111/tpj.16654

Prace wykonano przy wsparciu Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony w ramach grantu D19AP00026; Narodowa Fundacja Nauki, w ramach grantu 2210293; oraz Projekt Rozwoju i Promocji Talentów Naukowych i Technologicznych, Tajlandia.