כיצד טריק פשוט משנה ניתוח גנים של צמחים

חוקרים פרסמו טריק פשוט שמשפר את דיוק של טכניקות שעוזרות לנו להבין כיצד משתנים חיצוניים – כמו טמפרטורה – משפיעים על פעילות הגנים בצמחים.

"יש כאן באמת שתי תרומות", אומרת קולין דוהרטי, מחברת מקבילה של מאמר על העבודה ופרופסור חבר לביוכימיה מולקולרית ומבנית באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט. "ראשית, אנחנו מעלים את הנראות של בעיה שרבים מאיתנו בקהילת מחקר הצמחים לא הכירו, כמו גם מדגישים את הפתרון. שנית, הוכחנו שטיפול בבעיה זו יכול לעשות הבדל משמעותי בהבנתנו את פעילות הגנים בצמחים."

האתגר עם ניתוח RNA-seq

על הפרק טכניקה הנקראת RNAניתוח -seq, המשמש למדידת שינויים בפעילות הגנים – כלומר, כאשר גנים מתעתקים באופן פעיל לייצור חלבונים.

"אנו משתמשים בניתוח RNA-seq כדי להעריך כיצד צמחים מגיבים לגירויים שונים, או לשינויים בסביבתם", אומר דוהרטי. "זה נמצא בשימוש נרחב מכיוון שזו דרך קלה וזולה יחסית לנטר את תגובות הצמח."

לדוגמה, חוקרים יכולים להשתמש בניתוח RNA-seq כדי לראות אילו גנים מופעלים כאשר צמח חווה תנאי בצורת, אשר לאחר מכן מודיע לפיתוח זני צמחים חדשים עמידים לבצורת.

אבל יש אתגר ספציפי הקשור לניתוח RNA-seq, שדוהרטי ומשתפי הפעולה שלה נתקלו בו במקרה.

זיהוי וטיפול בבעיה

"ניטרנו כיצד צמחים מגיבים לטמפרטורות שונות במספר פעמים ביום, והתוצאות שקיבלנו היו שונות מאוד", אומר דוהרטי. "בהתחלה חשבנו שאולי אנחנו עושים משהו לא בסדר. אבל כשהתחלנו לבדוק את זה, למדנו שלבעלי חיים ושמרים יש שינויים גלובליים בתעתיק על סמך משתנים כמו השעה ביום או מחסור בחנקן."

במילים אחרות, חוקרים רוצים לראות כיצד משתנים ספציפיים – כמו טמפרטורה מוגברת – משפיעים על שעתוק בגנים ספציפיים. אבל יש כמה משתנים – כמו שעה ביום – שיכולים להגדיל או להקטין את התמלול את כל הגנים. זה יכול לבטל את יכולתם של החוקרים להסיק מסקנות לגבי המשתנים הספציפיים שהם רוצים לחקור.

"למרבה המזל, גילינו שהבעיה הזו מבוססת דיה בקרב חוקרים שעובדים על לא צמחים מִין שהם פיתחו שיטה להסביר את זה, הנקראת ספייק-אין מלאכותי", אומר דוהרטי. "טכניקות אלו ודומות שימשו במדע הצמחים בהקשרים אחרים ובשימוש בטכניקות וטכנולוגיות ישנות יותר. אבל מכל סיבה שהיא, התחום שלנו לא שילב ספייק-אין מלאכותי במתודולוגיה שלנו כאשר אימצנו ניתוח RNA-seq."

ההשפעה והפוטנציאל של ספיקים מלאכותיים

ספיקים מלאכותיים עושים שימוש בחתיכות של RNA זר שאינן דומות לשום דבר בגנום של הצמח, כלומר ה-RNA הזר לא יתבלבל עם שום דבר שהצמח עצמו מייצר. חוקרים מציגים את ה-RNA הזר לתהליך הניתוח בתחילת הניסוי. מכיוון ששינויים גלובליים בתעתיק לא ישפיעו על ה-RNA הזר, ניתן להשתמש בו כאמת מידה קבועה המאפשרת לחוקרים לקבוע באיזו מידה יש ​​עלייה או ירידה כוללת ב-RNA שהצמח עצמו מייצר.

"כשהשתמשנו ב-Spike-ins מלאכותיים כדי להסביר שינויים גלובליים בתעתיק, גילינו שההבדלים בצמחים שנחשפו לשינויי טמפרטורה בזמנים שונים של היום היו למעשה אפילו גדולים יותר ממה שציפינו", אומר דוהרטי.

"הספייק-אין המלאכותי נתן לנו מידע מדויק יותר ותובנה רבה יותר לגבי איך צמחים מתנהגים בלילה – מכיוון שגילינו שהתעתוק הגלובלי היה גבוה יותר בלילה. לפני שאימצנו את השימוש ב-spike-ins מלאכותיים, חסר לנו הרבה ממה שקורה בלילה.

"החדרות מלאכותיות הן פתרון אלגנטי לאתגר שרבים מאיתנו בקהילת מחקר הצמחים לא ידעו בכלל על קיומו", אומר דוהרטי. "אנו אופטימיים שהטכניקה הזו תשפר את הדיוק של ניתוח תעתיק במגוון הרחב של תנאים שיכולים להשפיע על התעתיק העולמי במיני צמחים. וזה, בתורו, עשוי לעזור לקהילת המחקר שלנו להשיג תובנות חדשות לגבי המינים שאנו חוקרים.

"לא פיתחנו את הפתרון הזה – ספייק-אין מלאכותי – אבל אנחנו באמת מקווים שהוא יזכה לשימוש נרחב יותר במדעי הצמח."

העבודה נעשתה בתמיכת הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של הביטחון, במסגרת מענק D19AP00026; הקרן הלאומית למדע, במסגרת מענק 2210293; ופרויקט פיתוח וקידום כישרונות מדע וטכנולוגיה, תאילנד.