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科學家們開發了驗證基因調控網絡的方法

一個由生物學家和計算機科學家組成的團隊已經建立了一個相互作用的網絡,以了解植物基因如何協調對氮的反應,氮是一種重要的營養素,也是肥料的主要成這項研究發表在Nature Communications雜志上,提供了一種潛在的框架和更有效的方法,可用于研究任何生物體中廣泛的重要途徑。

“整個基因組的測序已經改變了生命科學,導致了醫學,農業和基礎研究的突破,”紐約大學生物系的NIH博士后研究員和該論文的第一作者Matthew Brooks解釋說。“現在的挑戰是確定生物體編碼的基因是如何被調節的,并在允許植物和動物對其環境作出反應的網絡中協同工作。”

在紐約大學基因組學和系統生物學中心工作的科學家們專注于基因調控網絡,這些網絡由轉錄因子和它們調控的靶基因組成。這些基因調控網絡使生物體能夠適應波動的環境。

然而,多細胞生物體,其中存在大量轉錄因子和它們可能調節的靶基因,對于映射所有連接提出了挑戰。這些復雜網絡中的相互作用的性質難以使用常規方法進行實驗驗證。

為了克服這些障礙,該團隊還包括紐約大學Courant數學科學研究所的研究人員,他們將創新的實驗和計算方法結合起來,以表征氮響應的基因網絡。該研究以植物擬南芥為主,這是一種用于研究的模式生物,因為它是第一個對其進行全基因組測序的植物。

整個植物中一次改變一個基因表達的標準方法,即使是一個單一的轉錄因子也可能需要幾個月的時間,而不是采用標準方法,該小組擴大了基于細胞的技術,使他們能夠通過實驗確定超過在大約兩個月的時間內,33種早期氮響應轉錄因子與它們調節的靶基因之間有85,000個連接。共有33種轉錄因子調節植物中88%的氮響應基因。在他們稱之為網絡行走的方法中,科學家們可以使用這些大量的數據來繪制轉錄因子從根細胞中的直接基因靶標到植物中的間接基因靶標的路徑。

“所有生物都會改變基因表達以響應營養和發育信號,使它們能夠在環境中生存和生長,”紐約大學生物系教授和該論文的資深作者Gloria Coruzzi說。“但是理解和實驗驗證這些極其復雜的基因調控網絡中的相互作用順序是一項艱巨的任務。我們的方法提供了一種快速揭示和驗證這些錯綜復雜的關系的方法,為工程或品種提供了更高效,更經濟的潛在途徑,無害環境的植物和作物種植方法 - 但我們的實驗和計算網絡步行方法可應用于生物學,農業或醫學的任何系統。“

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