Como um truque simples está transformando a análise genética de plantas

Os pesquisadores publicaram um truque simples que melhora a precisão de técnicas que nos ajudam a compreender como as variáveis ​​externas – como a temperatura – afetam a atividade genética nas plantas.

“Há realmente duas contribuições aqui”, diz Colleen Doherty, autora correspondente de um artigo sobre o trabalho e professora associada de bioquímica molecular e estrutural na Universidade Estadual da Carolina do Norte. “Primeiro, estamos aumentando a visibilidade de um problema com o qual muitos de nós, na comunidade de pesquisa em plantas, não estávamos familiarizados, além de destacar a solução. Em segundo lugar, demonstrámos que abordar este problema pode fazer uma diferença significativa na nossa compreensão da atividade genética nas plantas.”

O desafio com a análise de RNA-seq

Em causa está uma técnica chamada ARNanálise -seq, que é usada para medir mudanças na atividade genética – ou seja, quando os genes estão sendo transcritos ativamente para produzir proteínas.

“Usamos a análise RNA-seq para avaliar como as plantas respondem a vários estímulos ou mudanças em seu ambiente”, diz Doherty. “É amplamente utilizado porque é uma maneira relativamente fácil e barata de monitorar as respostas das plantas.”

Por exemplo, os pesquisadores podem usar a análise de RNA-seq para ver quais genes são ativados quando uma planta está passando por condições de seca, o que então informa o desenvolvimento de novas variedades de plantas resistentes à seca.

Mas há um desafio específico relacionado à análise de RNA-seq, que Doherty e seus colaboradores encontraram por acidente.

Identificando e abordando o problema

“Estávamos monitorando como as plantas respondem a diferentes temperaturas em vários momentos do dia, e os resultados que obtivemos foram totalmente divergentes”, diz Doherty. “Inicialmente pensamos que poderíamos estar fazendo algo errado. Mas quando começamos a investigar isso, aprendemos que animais e leveduras são conhecidos por sofrerem mudanças globais na transcrição com base em variáveis ​​como a hora do dia ou a privação de nitrogênio.”

Por outras palavras, os investigadores querem ver como variáveis ​​específicas – como o aumento da temperatura – afetam a transcrição em genes específicos. Mas existem algumas variáveis ​​– como a hora do dia – que podem aumentar ou diminuir a transcrição em todos os genes. Isto pode prejudicar a capacidade dos investigadores de tirar conclusões sobre as variáveis ​​específicas que pretendem estudar.

“Felizmente, descobrimos que este problema está suficientemente bem estabelecido entre os pesquisadores que trabalham com materiais não vegetais. espécies que eles desenvolveram um método para explicar isso, chamado de aumento artificial”, diz Doherty. “Essas e técnicas semelhantes foram usadas na ciência das plantas em outros contextos e ao usar técnicas e tecnologias mais antigas. Mas por alguma razão, nosso campo não incorporou picos artificiais em nossa metodologia quando adotamos a análise de RNA-seq.”

Impacto e potencial de picos artificiais

Spike-ins artificiais utilizam pedaços de RNA estranho que são diferentes de tudo no genoma da planta, o que significa que o RNA estranho não será confundido com nada que a própria planta produz. Os pesquisadores introduzem o RNA estranho no processo de análise no início do experimento. Como as mudanças globais na transcrição não afetarão o RNA estranho, ele pode ser usado como uma referência fixa que permite aos pesquisadores determinar até que ponto há um aumento ou diminuição geral no RNA que a própria planta está produzindo.

“Quando utilizámos picos artificiais para ter em conta as mudanças globais na transcrição, descobrimos que as diferenças nas plantas expostas às mudanças de temperatura em diferentes horas do dia eram, na verdade, ainda maiores do que prevíamos”, diz Doherty.

“O aumento artificial deu-nos informações mais precisas e uma maior visão sobre como as plantas se comportam à noite – uma vez que descobrimos que a transcrição global era maior à noite. Antes de adotarmos o uso de spikes artificiais, perdíamos muito do que acontecia à noite.

“Os picos artificiais são uma solução elegante para um desafio que muitos de nós, na comunidade de pesquisa de plantas, nem sabíamos que existia”, diz Doherty. “Estamos otimistas de que esta técnica melhorará a precisão da análise transcricional na ampla variedade de condições que podem afetar a transcrição global em espécies de plantas. E isso, por sua vez, pode ajudar a nossa comunidade de investigação a obter novos conhecimentos sobre as espécies que estudamos.

“Não desenvolvemos esta solução – picos artificiais – mas realmente esperamos que ela seja mais amplamente utilizada na ciência das plantas.”

Referência: “Um método de normalização que controla a abundância total de RNA afeta a identificação de genes expressos diferencialmente, revelando preconceito em relação às respostas expressas pela manhã” por Kanjana Laosuntisuk, Amaranatha Vennapusa, Impa M. Somayanda, Adam R. Leman, SV Krishna Jagadish e Colleen J. Doherty, 30 de janeiro de 2024, O Diário da Planta.
DOI: 10.1111/tpj.16654

O trabalho foi realizado com apoio da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, sob bolsa D19AP00026; a National Science Foundation, sob concessão 2210293; e o Projeto de Desenvolvimento e Promoção de Talentos em Ciência e Tecnologia, Tailândia.