控制植物应力反应的建模工具IDS基因

戴维斯北卡罗来纳州立大学和加州大学研究人员跨学科团队开发了一种建模算法，能够识别与植物中特定的生物学功能相关的基因。建模工具将有助于植物生物学家针对各种基因来控制植物如何应对干旱，高温或其他环境压力源。

“该算法前进了生物学建模技术，提供了进一步的洞察力，对特定的生物响应涉及哪种个体基因，以及哪种环境因素影响基因的行为，”Cranos Williams是一篇论文的相应作者，描述了NC状态的电气和计算机工程副教授的工作和副教授。

威廉姆斯说，“通过将现有的成千上万可能的基因从数千个可能的基因缩小到少于10个，可以更容易了解如何开发耐旱性抗旱的作物或植物，”威廉姆斯说。“这是一个可以解锁具有现实世界应用的大量植物生物学研究的关键。”

为了使生物模型工作，需要数据。在这种情况下，数据来自将工厂暴露于压力。

研究团队开始了一堆模型物种拟南芥蒂利亚纳在正常情况下生长的植物。采用植物的样品来确定哪种基因是活性的，以及它们是多么活跃的。然后通过置于铁缺陷培养基中，将植物暴露于环境压力。植物样品以规定的间隔拍摄三天，以确定基因活动如何在每个时间点发生变化。

研究人员想知道植物如何应对压力，并且哪种基因负责引发这些反应。

但这提出了一个问题。有很多基因活动正在进行中。并且很难判断与哪些功能有关的基因，或者哪种基因作为真正滚动植物对压力的反应的“转录因子”。事实上，研究人员发现了2,700个不同基因的活动 - 太多了来测试实验室中的所有可能选择。

这是新建模算法进入的地方。研究人员将所有基因活动数据插入算法中，并且该算法预测了七种基因或转录因子，涉及启动植物的缺铁应激反应。这是一个足够小的数字来测试。

转录因子就像系列中的第一个多米诺。它使一个小信号，然后影响“靶”基因中的显着活性在确定植物如何应对压力方面是更加活跃的。研究人员确定了原始数据 - 显示2,700个基因的活性 - 呈现了931个可能的转录因子/靶基因关系。再一次，太多测试。

但该算法将其缩小至32转录因子与靶基因之间的预测有影响力的关系。而且，再次，这是一个足够的数字来测试。

当在实验室测试算法的结果时，研究人员发现，七个预测基因中的四种是相关的转录因子。他们还发现32个预测的有影响力关系中的17个 - 53％ - 是准确的。在四个经过验证的转录因子中，没有先前与铁剥夺相关联。

“我们从数千个基因到七，从931个可能的关系到32 - 这使得可以在周数而不是数十年内识别相关基因和互动，”威廉姆斯说。

“该算法为植物生物学家为学习的有趣候选基因的数量显着限制，从而降低识别应压力反应所涉及的重要基因所需的时间，能量和资金，”Terri long，关于论文的另一篇对应作者以及植物助理教授和NC州的微生物生物学。

本文，“聚类和差分对准算法：识别早期监管机构拟南芥蒂利亚纳铁缺乏反应“在开放访问期刊中在线发布普罗斯一体。本文的牵头作者是NC国家博士学位。学生Alexandr Koryachko和Anna Matthiadis。本文由Durreshahwar Muhammad，Joel Ducoste和James的NC州纳姆州合作;和杰西卡·福雷特和苏比戴维斯的苏波纳布拉迪。

该工作得到了国家科学基金会的支持1247427。