Un equipo de biólogos e informáticos ha trazado una red de interacciones sobre cómo los genes de las plantas coordinan su respuesta al nitrógeno, un nutriente crucial y el componente principal del fertilizante. El trabajo, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , ofrece un marco potencial y métodos más eficientes que pueden usarse para investigar una amplia gama de vías vitales en cualquier organismo.
"La secuenciación de genomas completos ha transformado las ciencias de la vida, dando lugar a avances en medicina, agricultura e investigación básica", explica Matthew Brooks, becario postdoctoral del NIH en el Departamento de Biología de la Universidad de Nueva York y autor principal del artículo ".El desafío ahora es determinar cómo los genes codificados por un organismo están regulados y trabajan juntos en redes que permiten que las plantas y los animales respondan a su entorno ".
Los científicos, que trabajan en el Centro de Genómica y Biología de Sistemas de la NYU, se centraron en las redes reguladoras de genes, que consisten en factores de transcripción y los genes objetivo que regulan. Estas redes reguladoras de genes permiten a los organismos adaptarse a entornos fluctuantes.
Sin embargo, los organismos multicelulares, donde hay una gran cantidad de factores de transcripción y genes objetivo que potencialmente regulan, presentan un desafío para mapear todas las conexiones. La naturaleza de las interacciones dentro de estas redes complejas es difícil de validar experimentalmente usando métodos comunes.
Para superar estos obstáculos, el equipo, que también incluía investigadores del Courant Institute of Mathematical Sciences de la NYU, combinó métodos innovadores experimentales y computacionales para caracterizar la red de genes subyacente a las respuestas de nitrógeno. La investigación se centró en la planta Arabidopsis, un organismo modelopara investigación, ya que es la primera planta en secuenciar su genoma completo.
En lugar de adoptar el enfoque estándar de alterar la expresión de un gen a la vez en plantas enteras, lo que puede llevar muchos meses incluso para un solo factor de transcripción, el grupo amplió una técnica basada en células que les permitió determinar experimentalmentemás de 85,000 conexiones entre 33 factores de transcripción tempranos que responden al nitrógeno y los genes objetivo que regulan en aproximadamente dos meses. Colectivamente, los 33 factores de transcripción regulan el 88 por ciento de los genes de respuesta al nitrógeno en las plantas. En un enfoque que llaman Red Walking,los científicos podrían utilizar esta gran cantidad de datos para trazar una ruta para un factor de transcripción desde sus objetivos genéticos directos en las células de la raíz hasta los objetivos genéticos indirectos en las plantas.
"Todos los organismos alteran la expresión génica en respuesta a las señales de nutrientes y desarrollo, lo que les permite sobrevivir y crecer en su entorno", observa Gloria Coruzzi, profesora en el Departamento de Biología de la Universidad de Nueva York y autora principal del artículo. "Pero entender y validar experimentalmenteLa secuencia de interacciones dentro de estas redes reguladoras de genes extremadamente complejas es una tarea difícil. Nuestro enfoque presenta una forma de descubrir y validar rápidamente estas intrincadas relaciones, ofreciendo una vía potencial para diseñar o generar métodos más eficientes, económicos y ambientalmente racionales para cultivar plantasy cultivos, pero nuestros enfoques experimentales y computacionales de Network Walking se pueden aplicar a cualquier sistema en biología, agricultura o medicina ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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