Новый метод для поиска генов, производящих лекарственные вещества в растениях

Растения производят сотни тысяч малых молекул (специализированных или вторичных метаболитов), таких как кокаин, никотин или капсаицин, для защиты от хищников. Эти биологически активные соединения являются источником многих лекарств, но поиск сетей генов, ответственных за их синтез, долгое время оставался сложной задачей.

Генетики из Университета Вандербильта разработали новый эффективный подход для идентификации этих неуловимых генетических сетей, которые могут состоять от нескольких до десятков генов.

Основа метода

Метод основан на наблюдении, что растения производят такие соединения в ответ на специфические условия окружающей среды. Учёные выдвинули гипотезу, что гены внутри сети, работающие вместе для создания определённого соединения, будут одинаково реагировать на одни и те же условия.

Анализ данных

Для проверки гипотезы исследователи использовали суперкомпьютер университета, чтобы обработать данные более чем 22 000 исследований экспрессии генов, проведённых на восьми модельных видах растений. Эти исследования измеряют активность тысяч генов в различных условиях, таких как засуха, засоление или присутствие патогена.

Команда разработала мощный алгоритм, способный выявлять сети генов, демонстрирующих одинаковое поведение (например, одновременное включение) в этих исследованиях.

Результаты

В результате анализа, описанного в статье "A global co-expression network approach for connecting genes to specialized metabolic pathways in plants" (The Plant Cell, 13 апреля), были идентифицированы десятки, возможно, даже сотни генетических путей, производящих малые метаболиты. Предсказания анализа были успешно верифицированы независимыми исследователями на кукурузе и модельном растении Arabidopsis.

Ключевое открытие

Результаты противоречат преобладающей теории о том, что гены, составляющие эти пути, сгруппированы вместе в геноме. У растений эти гены, по-видимому, в основном разбросаны по всему геному. Это означает, что стратегии поиска таких путей у растений должны отличаться от подходов, разработанных для грибов и бактерий.

Исследователи утверждают, что их подход представляет собой новый, богатый и в значительной степени неиспользованный метод для высокопроизводительного открытия генетической основы и архитектуры природных продуктов растений. Это может ускорить поиск новых растительных терапевтических средств для лечения широкого спектра заболеваний.