12/07/2017

Сибирские и немецкие ученые разработали новый метод анализа данных в биоинформатике

55 ИЦиГ СО РАН СО РАН НГУ Науки о жизни Инновации Сотрудничество Новосибирск ​​Лаборатория компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ совместно с коллегами из Института цитологии и генетики СО РАН и Галле-Виттенбергского университета им. Мартина Лютера (Германия) провела эксперимент по обработке растений фитогормоном ауксином и разработала новую методику анализа транскриптомных данных.

— Магистральным направлением работы нашей лаборатории является изучение механизмов действия фитогормонов. Зная эти механизмы, мы можем манипулировать биологическими процессами, происходящими в растениях. Ауксин как основной регулятор роста известен давно и применяется в сельском хозяйстве. Но мы заинтересовались вопросом: как ауксин может контролировать все жизненно важные процессы на всех этапах развития растения? Понятно, что регуляторная сеть достаточно сложная, при помощи одних только классических молекулярно-генетических методов всю ее восстановить невозможно.

Поэтому мы используем биоинформатические подходы и обратились к транскриптомным данным. Транскриптом – это полная совокупность всех молекул РНК в клетке. Мы решили разработать метод, позволяющий не только учитывать, какие гены изменяют свою работу в ответ на стимул, но и учитывать, в какой степени изменяется работа этих генов. Такой подход позволил по-новому взглянуть на проблему. В конечном итоге мы поняли, что есть процессы, которые контролируются ауксином в очень четких границах изменения работы генов, — рассказала заведующая лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики ФЕН НГУ, и.о. заведующей сектором системной биологии морфогенеза растений ИЦиГ СО РАН Елена Землянская.

Елена Землянская отметила, что биоинформатика сейчас активно развивается, появляется большое количество полногеномных данных, которые зачастую не успевают исчерпывающе анализировать. Поэтому методологию анализа просто необходимо совершенствовать.

— Эксперимент мы поставили достаточно стандартный. Мы работали с модельным объектом Arabidopsis thaliana, сформировали две группы растений: контрольных и обработанных ауксином. РНК выделяли из корней, потому что именно в корне ауксин — основной регулятор роста и развития. Затем проводили секвенирование РНК, чтобы получить полногеномные данные. Обработка растений в течение 6 часов не привела к существенным изменениям морфологии, но обеспечила запуск стабильного ответа на стимул на уровне молекулярных процессов, — говорит Елена Землянская.

Новый подход для анализа полнотранскриптомных данных, который разработали и применили ученые, позволил на основании стандартного эксперимента доказать существование неизвестного ранее принципа регуляции биологических процессов, по крайней мере при ответе на гормон ауксин. Сейчас предстоит проверить, насколько данный механизм универсален — при регуляции каких других генных сетей он также реализуется.

— Естественно предполагать, что существует некий механизм, который отвечает за скоординированную работу генов, контролирующих определенные биологические процессы. То есть гены, которые работают на один процесс, должны сходным образом отвечать на стимул. Мы выявили несколько таких биологических процессов, в основном они связаны с регуляцией экспрессии генов. Именно они контролируются в наиболее жестких интервалах. На основании полученных результатов нами была предложена модель действия ауксина, было выдвинуто предположение о существовании нескольких «бутылочных горлышек» в процессе регуляции ​экспрессии генов ауксином, — резюмировала Елена Землянская.

Подробности эксперимента изложены в журнале Scientific Reports.​

Фото Ильи Ельцова​