Các nhà khoa học phát triển các phương pháp để xác nhận mạng lưới quy định gen

“Trình tự của toàn bộ bộ gen đã làm thay đổi khoa học sự sống, dẫn đến những đột phá trong y học, nông nghiệp và nghiên cứu cơ bản”, Matthew Brooks, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của Khoa Sinh học thuộc Đại học New York và là tác giả chính của bài báo. “Thách thức bây giờ là xác định cách các gen được mã hóa bởi một sinh vật được điều hòa và phối hợp với nhau trong các mạng cho phép thực vật và động vật phản ứng với môi trường của chúng.”

Các nhà khoa học, làm việc tại Trung tâm Sinh học hệ thống và gen của NYU, tập trung vào các mạng lưới điều hòa gen, bao gồm các yếu tố phiên mã và các gen mục tiêu mà chúng điều chỉnh. Các mạng lưới điều hòa gen này cho phép các sinh vật thích nghi với môi trường xung quanh biến động.

Tuy nhiên, các sinh vật đa tế bào, nơi có một số lượng lớn các yếu tố phiên mã và gen mục tiêu mà chúng có khả năng điều chỉnh, đưa ra một thách thức cho việc lập bản đồ tất cả các kết nối. Bản chất của các tương tác trong các mạng phức tạp này rất khó để xác thực bằng các phương pháp phổ biến.

Để vượt qua những trở ngại này, nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Toán học Courant của NYU, đã kết hợp các phương pháp thử nghiệm và tính toán sáng tạo để mô tả mạng lưới gen dựa trên phản ứng nitơ. Nghiên cứu tập trung vào cây Arabidopsis, một sinh vật mẫu để nghiên cứu vì đây là cây đầu tiên có toàn bộ bộ gen của nó.

Thay vì sử dụng cách tiếp cận tiêu chuẩn để thay đổi biểu hiện của một gen tại một thời điểm trong toàn bộ thực vật, có thể mất nhiều tháng cho một yếu tố phiên mã, nhóm đã mở rộng một kỹ thuật dựa trên tế bào cho phép chúng xác định bằng thực nghiệm nhiều hơn 85.000 kết nối giữa 33 yếu tố sao chép phản ứng nitơ sớm và các gen mục tiêu mà chúng điều chỉnh trong khoảng hai tháng. Nói chung, 33 yếu tố phiên mã quy định 88 phần trăm gen phản ứng nitơ trong thực vật. Theo cách tiếp cận mà họ gọi là Network Walking, các nhà khoa học có thể sử dụng lượng dữ liệu khổng lồ này để lập biểu đồ đường dẫn cho yếu tố phiên mã từ các mục tiêu gen trực tiếp của nó trong tế bào gốc đến các mục tiêu gen gián tiếp ở thực vật.

“Tất cả các sinh vật thay đổi biểu hiện gen để đáp ứng với các tín hiệu dinh dưỡng và phát triển, cho phép chúng tồn tại và phát triển trong môi trường của chúng”, Gloria Coruzzi, giáo sư tại Khoa Sinh học của NYU và tác giả cao cấp của bài báo. “Nhưng hiểu và xác thực bằng thực nghiệm trình tự các tương tác trong các mạng điều hòa gen cực kỳ phức tạp này là một nhiệm vụ khó khăn. phương pháp hợp lý với môi trường để trồng cây và hoa màu nhưng phương pháp tiếp cận mạng lưới thử nghiệm và tính toán của chúng tôi có thể được áp dụng cho bất kỳ hệ thống nào trong sinh học, nông nghiệp hoặc y học. “

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học New York . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Matthew D. Brooks, Jacopo Cirrone, Angelo V. Pasquino, Jose M. Alvarez, Joseph Swift, Shipra Mittal, Che-Lun Juang, Kranthi Varala, Rodrigo A. Gutiérrez, Gabriel Krouk, Dennis Shasha, Gloria M. Coruzzi. Biểu đồ mạng Đi bộ động lực phiên mã của tín hiệu nitơ bằng cách tích hợp các tương tác trên toàn bộ bộ gen được xác nhận và dự đoán . Truyền thông tự nhiên , 2019; 10 (1) DOI: 10.1038 / s41467-019-09522-1