Новосибирские биоинформатики создали программу, позволяющую узнать на генетическом уровне реакцию на холод или жару

15 июля 2020

Наука

Новосибирские биоинформатики создали программный пакет, который позволяет выяснить подробности о том, как на генетическом уровне живые организмы реагируют на внешние и внутренние изменения. Например, на холод или обезвоживание и стресс. Пакет программ metaRE, написанный на языке программирования R, проводит глубокий системный анализ биологических данных и находит те последовательности некодирующей ДНК, которые отвечают за «старт» считывания генетической информации при внешнем или внутреннем изменении в организме и последующий синтез белка. А значит, и за дальнейшую реакцию живого существа на уровне всего организма. Результаты исследования ученых из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского государственного университета, университета Вагенингена (Голландия) опубликованы в журнале Genes.

— Это исследование актуально, так как накопилось большое количество транскриптомных данных, или данных об активности генов, что позволяет проводить их системный анализ. Разработанный нами пакет программ реализует новый подход к поиску потенциальных регуляторных последовательностей по данным об активности генов, полученным в отдельных экспериментах. Поиск потенциальных регуляторных последовательностей является актуальной задачей в исследовании разных организмов и расширяет фундаментальные знания о функционировании генов, а следовательно, и об их фенотипическом проявлении. Например, если “поломать” регуляторную последовательность, ген начнет работать неправильно и у растения может быть нарушено развитие органов и нормальное течение жизненно важных процессов, — рассказала старший научный сотрудник лаборатории компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики Факультета естественных наук НГУ, ведущий научный сотрудник ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» Виктория Миронова.

Ученые протестировали работу программного пакета metaRE и нашли последовательности ДНК, которые известны как регуляторы ответа на холод для модельных организмов: растения резуховидки Таля (лат. Arabidopsis thaliana) и рыбки Данио (лат. Danio rerio). Специалисты обнаружили консервативность (совпадение) регуляторных элементов и у растения, и у рыбы. Это значит, что механизм реакции на холод настолько важный и древний, что у обоих модельных организмов сохранились одни и те же регуляторные последовательности. 

Сложность проблемы, которую решают исследователи, становится понятна, если знать, что каждый раз, когда организм испытывает внешние или внутренние изменения, запускается сложная цепочка реакций. Причем в клетках активируется несколько сигнальных путей и считывается разнообразная генетическая информация. Поэтому выяснение деталей того, как работает тот или иной путь, поможет изменять его или корректировать в случае необходимости. В частности, сравнительные исследования реакции на изменение температуры у животных и растений позволяют уточнить характеристики реакции на холод на генетическом уровне у живых организмов в целом. Это возможно, потому что температурный отклик — эволюционно древний механизм, с которым примитивные организмы должны были справиться за миллионы лет до разделения на царства «Животные» и «Растения».

Теги: Наука, Факультет естественных наук