Простой трюк может повысить точность исследований генетики растений

Исследователи предложили простой метод, повышающий точность техник, которые помогают понять, как внешние переменные — например, температура — влияют на активность генов у растений.

«Здесь есть два важных аспекта», — говорит Коллин Доэрти, автор-корреспондент статьи и доцент молекулярной и структурной биохимии в Университете Северной Каролины.

«Во-первых, мы обращаем внимание на проблему, о которой многие в нашем сообществе не знали, и предлагаем её решение. Во-вторых, мы показали, что решение этой проблемы может существенно изменить наше понимание активности генов у растений».

Речь идёт о методе RNA-seq анализа, который используется для измерения изменений в активности генов — то есть когда гены активно транскрибируются для производства белков.

«Мы используем RNA-seq анализ, чтобы оценить, как растения реагируют на различные стимулы или изменения в окружающей среде, — говорит Доэрти. — Он широко применяется, потому что это относительно простой и недорогой способ отслеживать реакции растений».

Например, с его помощью можно увидеть, какие гены включаются при засухе, что затем помогает в выведении новых засухоустойчивых сортов.

Но существует конкретная проблема, связанная с RNA-seq анализом, на которую исследователи наткнулись случайно.

«Мы наблюдали, как растения реагируют на разные температуры в разное время суток, и результаты были совершенно разными, — рассказывает Доэрти. — Сначала мы думали, что ошибаемся. Но, начав разбираться, узнали, что у животных и дрожжей известны глобальные изменения транскрипции в зависимости от таких переменных, как время суток или дефицит азота».

Другими словами, учёные хотят увидеть, как конкретные переменные (например, повышение температуры) влияют на транскрипцию конкретных генов. Но есть переменные (вроде времени суток), которые могут увеличивать или уменьшать транскрипцию во всех генах. Это может помешать сделать верные выводы об изучаемых конкретных переменных.

«К счастью, мы выяснили, что эта проблема хорошо известна исследователям, работающим с нерастительными видами, и они разработали метод её учёта — искусственные spike-ins (добавки), — говорит Доэрти. — Эти и подобные техники уже использовались в науке о растениях в других контекстах и с более старыми технологиями. Но, по какой-то причине, наша область не включила искусственные spike-ins в методику, когда мы перешли на RNA-seq анализ».

Искусственные spike-ins используют фрагменты чужеродной РНК, непохожей ни на что в геноме растения, поэтому её нельзя спутать с собственной РНК растения. Эти чужеродные РНК вводят в процесс анализа в начале эксперимента.

Поскольку глобальные изменения транскрипции не влияют на чужеродную РНК, её можно использовать как фиксированный эталон. Это позволяет определить степень общего увеличения или уменьшения количества РНК, производимой самим растением.

«Когда мы использовали искусственные spike-ins, чтобы учесть глобальные изменения транскрипции, оказалось, что различия у растений, подвергнутых изменению температуры в разное время суток, на самом деле ещё больше, чем мы ожидали», — отмечает Доэрти.

«Искусственные spike-ins дали нам более точную информацию и лучшее понимание поведения растений ночью — поскольку мы обнаружили, что глобальная транскрипция ночью выше. До того как мы начали их использовать, мы упускали многое из того, что происходит ночью.

Искусственные spike-ins — это элегантное решение проблемы, о которой многие из нас в сообществе исследователей растений даже не подозревали. Мы надеемся, что этот метод повысит точность анализа транскрипции при самых разных условиях, влияющих на глобальную транскрипцию у растений. А это, в свою очередь, может помочь нашему сообществу получить новые знания об изучаемых видах.

Мы не разрабатывали это решение — искусственные spike-ins — но очень надеемся, что оно получит более широкое распространение в науке о растениях».

Статья опубликована в журнале The Plant Journal.