Моделирующий алгоритм выявляет гены, контролирующие стрессовый ответ у растений

Междисциплинарная группа исследователей из Университета штата Северная Каролина и Калифорнийского университета в Дэвисе разработала алгоритм моделирования, способный идентифицировать гены, связанные с конкретными биологическими функциями у растений. Этот инструмент поможет биологам растений определить отдельные гены, контролирующие реакцию на засуху, высокие температуры или другие стрессовые факторы окружающей среды.

Алгоритм использует данные об активности генов. В исследовании растения модельного вида Arabidopsis thaliana сначала выращивали в нормальных условиях, а затем подвергали стрессу, помещая в среду с дефицитом железа. Пробы растений отбирали с заданными интервалами в течение трёх дней, чтобы определить, как меняется активность генов во времени.

Изначальный анализ показал активность 2700 различных генов — слишком много для лабораторной проверки всех вариантов. Алгоритм, обработав эти данные, предсказал, что в запуске стрессового ответа на дефицит железа участвуют семь генов-транскрипционных факторов.

Транскрипционный фактор — это «первый домино» в цепочке: он запускает сигнал, который затем влияет на активность «генов-мишеней», определяющих реакцию растения. Сырые данные указывали на 931 возможную взаимосвязь между факторами и генами-мишенями. Алгоритм сузил этот список до 32 предсказанных значимых взаимодействий.

Лабораторные тесты подтвердили, что четыре из семи предсказанных генов действительно являются релевантными транскрипционными факторами. Также подтвердились 17 из 32 (53%) предсказанных значимых взаимодействий. Ни один из четырёх валидированных факторов ранее не связывали с реакцией на дефицит железа.

Результат: алгоритм сократил поле исследования с тысяч генов до семи и с 931 возможного взаимодействия до 32, что позволяет идентифицировать ключевые гены и взаимосвязи за недели, а не десятилетия. Это значительно снижает время, усилия и средства, необходимые для поиска генов, важных для стрессоустойчивости растений.