Name: annotation of plant gene function via combined genomics, metabolomics and informatics
Uploaded: 2012-06-17T14:00:00
Duration: 8 min 9 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Annotation of Plant Gene Function via Combined Genomics, Metabolomics and Informatics at JoVE.com

אנו מודים פרופ &#39;Kazuki סאיטו ב RIKEN PSC ד&quot;ר ביורן Usadel ב MPIMP לדיונים מועילים. TT נתמך על ידי מענק של אלכסנדר פון הומבולדט קרן.

<ol>
	<li>Aharoni, A., Keizer, L. C. P., Bouwmeester, H. J., Sun, Z. K., Alvarez-Huerta, M., Verhoeven, H. A., Blaas, J., van Houwelingen, A., De Vos, R. C. H., van der Voet, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SAAT+gene+involved+in+strawberry+flavor+biogenesis+by+use+of+DNA+microarrays.">SAAT gene involved in strawberry flavor biogenesis by use of DNA microarrays.</a> Plant Cell. 12, 647-661 (2000).</li><li>Akiyama, K., Chikayama, E., Yuasa, H., Shimada, Y., Tohge, T., Shinozaki, K., Hirai, M. Y., Sakurai, T., Kikuchi, J., Saito, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PRIMe:+a+Web+site+that+assembles+tools+for+metabolomics+and+transcriptomics.">PRIMe: a Web site that assembles tools for metabolomics and transcriptomics.</a> In Silico Biol. 8, 339-345 (2008).</li><li>Araujo, W. L., Ishizaki, K., Nunes-Nesi, A., Larson, T. R., Tohge, T., Krahnert, I., Witt, S., Obata, T., Schauer, N., Graham, I. A., Leaver, C. J., Fernie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+the+2-Hydroxyglutarate+and+Isovaleryl-CoA+Dehydrogenases+as+Alternative+Electron+Donors+Linking+Lysine+Catabolism+to+the+Electron+Transport+Chain+of+Arabidopsis+Mitochondria.">Identification of the 2-Hydroxyglutarate and Isovaleryl-CoA Dehydrogenases as Alternative Electron Donors Linking Lysine Catabolism to the Electron Transport Chain of Arabidopsis Mitochondria.</a> Plant Cell. 22, 1549-1563 (2010).</li><li>De Vos, R. C. H., Moco, S., Lommen, A., Keurentjes, J. J. B., Bino, R. J., Hall, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Untargeted+large-scale+plant+metabolomics+using+liquid+chromatography+coupled+to+mass+spectrometry.">Untargeted large-scale plant metabolomics using liquid chromatography coupled to mass spectrometry.</a> Nat. Protoc. 2, (2007).</li><li>Hirai, M. Y., Sugiyama, K., Sawada, Y., Tohge, T., Obayashi, T., Suzuki, A., Araki, R., Sakurai, N., Suzuki, H., Aoki, K., Goda, H., Nishizawa, O. I., Shibata, D., Saito, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Omics-based+identification+of+Arabidopsis+Myb+transcription+factors+regulating+aliphatic+glucosinolate+biosynthesis.">Omics-based identification of Arabidopsis Myb transcription factors regulating aliphatic glucosinolate biosynthesis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104, 6478-6483 (2007).</li><li>Mutwil, M., Klie, S., Tohge, T., Giorgi, F. M., Wilkins, O., Campbell, M. M., Fernie, A. R., Usadel, B., Nikoloski, Z., Persson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PlaNet:+Combined+Sequence+and+Expression+Comparisons+across+Plant+Networks+Derived+from+Seven+Species.">PlaNet: Combined Sequence and Expression Comparisons across Plant Networks Derived from Seven Species.</a> Plant Cell. 23, 895-910 (2011).</li><li>Mutwil, M., Ruprecht, C., Giorgi, F. M., Bringmann, M., Usadel, B., Persson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+Wiring+of+Cell+Wall-Related+Genes+in+Arabidopsis.">Transcriptional Wiring of Cell Wall-Related Genes in Arabidopsis.</a> Molecular Plant. 2, 1015-1024 (2009).</li><li>Obayashi, T., Kinoshita, K., Nakai, K., Shibaoka, M., Hayashi, S., Saeki, M., Shibata, D., Saito, K., Ohta, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ATTED-II:+a+database+of+co-expressed+genes+and+cis+elements+for+identifying+co-regulated+gene+groups+in+Arabidopsis.">ATTED-II: a database of co-expressed genes and cis elements for identifying co-regulated gene groups in Arabidopsis.</a> Nucleic Acids Research. 35, D863-D869 (2007).</li><li>Ogata, Y., Suzuki, H., Sakurai, N., Shibata, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CoP:+a+database+for+characterizing+co-expressed+gene+modules+with+biological+information+in+plants.">CoP: a database for characterizing co-expressed gene modules with biological information in plants.</a> Bioinformatics. 26, 1267-1268 (2010).</li><li>Persson, S., Wei, H. R., Milne, J., Page, G. P., Somerville, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+genes+required+for+cellulose+synthesis+by+regression+analysis+of+public+microarray+data+sets.">Identification of genes required for cellulose synthesis by regression analysis of public microarray data sets.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 8633-8638 (2005).</li><li>Tohge, T., Yonekura-Sakakibara, K., Niida, R., Watanabe-Takahashi, A., Saito, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phytochemical+genomics+in+Arabidopsis+thaliana:+A+case+study+for+functional+identification+of+flavonoid+biosynthesis+genes.">Phytochemical genomics in Arabidopsis thaliana: A case study for functional identification of flavonoid biosynthesis genes.</a> Pure and Applied Chemistry. 79, 811-823 (2007).</li><li>Tohge, T., Fernie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Web-based+resources+for+mass-spectrometry-based+metabolomics:+A+user's+guide.">Web-based resources for mass-spectrometry-based metabolomics: A user's guide.</a> Phytochemistry. 70, 450-456 (2009).</li><li>Tohge, T., Fernie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+genetic+diversity,+informatics+and+metabolomics+to+facilitate+annotation+of+plant+gene+function.">Combining genetic diversity, informatics and metabolomics to facilitate annotation of plant gene function.</a> Nature Protocols. 5, 1210-1227 (2010).</li><li>Tohge, T., Kusano, M., Fukushima, A., Saito, K., Fernie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+and+metabolic+programs+following+exposure+of+plants+to+UV-B+irradiation.">Transcriptional and metabolic programs following exposure of plants to UV-B irradiation.</a> Plant Signal Behav. 6, (2011).</li><li>Tohge, T., Ramos, M. S., Nunes-Nesi, A., Mutwil, M., Giavalisco, P., Steinhauser, D., Schellenberg, M., Willmitzer, L., Persson, S., Martinoia, E., Fernie, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+the+storage+metabolome:+profiling+the+barley+vacuole.">Towards the storage metabolome: profiling the barley vacuole.</a> Plant Physiol. , (2011).</li><li>Yonekura-Sakakibara, K., Tohge, T., Matsuda, F., Nakabayashi, R., Takayama, H., Niida, R., Watanabe-Takahashi, A., Inoue, E., Saito, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+flavonol+profiling+and+transcriptome+coexpression+analysis+leading+to+decoding+gene-metabolite+correlations+in+Arabidopsis.">Comprehensive flavonol profiling and transcriptome coexpression analysis leading to decoding gene-metabolite correlations in Arabidopsis.</a> Plant Cell. 20, 2160-2176 (2008).</li></ol>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

בהתחשב בכך transcriptomics וטכנולוגיות metabolomics שימשו במשך מספר שנים, תהליך של שילוב נתונים עבור metabolomics סייעו ביאור הגן בדרך כלל מתחיל עם זיהוי של שיא רומן המייצג המטבוליט ידוע. עובדה זו מובילה לשלב הבא שבו הוא להעריך שונות כמותי פסגות מטבוליט או גנים מועמדים חדשים חשב להיות אחראי על ביוסינתזה שלהם. האסטרטגיה תיאר בפרוטוקול זה, עם זאת, יש שלוש בעיות עיקריות א) הקושי של ביאור שיא, II) המורכבות של חיזוי מסלול, III) ברזולוציה של מידע גנטי ואיכות נתונים ביטוי גנים. כדי להתמודד עם הבעיה הראשונה, ביאור שיא צריכה להתבצע עם elution משותפת של תרכובות סטנדרטיים או מידע גישה קומבינטורית ניצול מ-MS n ניתוח, תמצית התייחסות, ניתוח מוטציה, חיפוש במסד הנתונים המטבוליט סקר ספרות (איור 2, 12). עבור sהבעיה econd, חיזוי מסלול ניתן להשיג רק על ידי ביאור שיא הנכון. עם זאת, פרופיל מטבוליט של רקמות ספציפיות גם יכול להיות שיא ביאור תמיכה, בגלל הצטברות המטבוליט צריך להיות מתואם עם ביטויים של גנים הקשורים גנים. לכן פרופילים שילוב של רקמות שונות ותנאי גידול יכול להיות מועיל עבור בעיה זו 2. הבעיה השלישית בדבר ברזולוציה של מידע גנטי תלוי בהתקדמות של הנתונים רצף. במקרה של צמח המודל, ללא השלמת רצף הגנום, שיתוף ניתוח ביטוי גנים באמצעות orthologous בצמחים המודל השני הוא שימושי. השוואה יישור מפורט עץ ניתוח פילוגנטי של רצף החומצות האמיניות יכול לתמוך להתחבר מודל אורגניזמים למינים אחרים. פרוטוקול זה הוא מתאים את כל חילוף החומרים. היא יעילה ביותר ניתוח של חילוף החומרים חטיבת ביניים ותיכון, אשר מאופיינים גם להיות כפופים ג תעתיק חזקהontrol 1,5,11,16. כמה דוגמאות, שיתוף הביטוי ניתוח הצליח לבצע בהטמעת גופרית, גנים עבור חמצון β, מסועפת שרשרת השפלה חומצת אמינו, פירוק כלורופיל, ואת ירידת חמרים ליזין 3, התא הקיר חילוף החומרים 10,7 ואור איתות מפל 14. ביאור של תפקוד הגן באמצעות גנומיקה, metabolomics משולבים אינפורמטיקה היא לא רק הגן ביוסינתטי ו הרגולטור ישירה של גורם שעתוק, אלא גם להבנת התהליך תגובה פיזיולוגית (ראה איור 3 למשל. 14). כדי לפתח את הגישה הזו מצמחים מודל למינים הצומח, השוואה חילוף החומרים של פני מיני צמחים היא גישה חזקה בחלק חילוף החומרים הכללי. לדוגמה, אם באותו מתחם מתגלה מיני צמחים שונים, ועוד כמה גנים orthologous נמצאים אלה מיני צמחים, חוצה מינים שיתוף הביטוי באמצעות ניתוח orthologous גנים יכולים לספק stronג&#39;ראיות לסברה שלך. גישה זו יכולה להתבצע ארבידופסיס, צפצפה, Medicago, בנוסף גידולים חשובים כגון חיטה, שעורה, אורז, סויה, על ידי ניתוח שיתוף ביטוי של מיני צמחים (6, כדור הארץ: <a href="http://aranet.mpimp-golm.mpg.de/" target="_blank">http://aranet.mpimp-golm.mpg . דה /</a> ,, 9, שוטר: <a href="http://webs2.kazusa.or.jp/kagiana/cop0911/" target="_blank">http://webs2.kazusa.or.jp/kagiana/cop0911/</a> , ראה למשל, 15).

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם מגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגי </td></tr><tr><td> מזוקקים ULC / MS מים גראד </td><td> BIOSOLVE </td><td> 23214102 </td></tr><tr><td> (ACN) אצטוניטריל ULC / MS כיתה </td><td> BIOSOLVE </td><td> 01204102 </td></tr><tr><td> (MeOH) מתנול ULC / MS כיתה </td><td> BIOSOLVE </td><td> 13684102 </td></tr><tr><td> חומצה פורמית (HCOOH) ULC / MS כיתה כרומטוגרפיה נוזלית </td><td> BIOSOLVE </td><td> 06914131 </td></tr><tr><td> תקן תרכובות </td><td> EXTRASYNTHESE </td><td></td></tr><tr><td> מלכודת יונים לינארית (IT) ESI-MS מערכת פיניגן-LTQ </td><td> Thermo פיניגן </td><td></td></tr><tr><td> HPLC Surveyor מערכת </td><td> Thermo פיניגן </td><td></td></tr><tr><td> אנליטית לונה טור C18 (2), בקוטר 2.0 מ&quot;מ, אורך 150 מ&quot;מ, 100 נקבוביתגודל חלקיקים כדוריים של 3 מ&quot;מ </td><td> Phenomenex </td><td> 00F-4251-B0 </td></tr><tr><td> Xcalibur תוכנה </td><td> Thermo פיניגן </td><td></td></tr></tbody></table>

annotation of plant gene function via combined genomics, metabolomics and informatics

בהתחשב במספר ההולך ומתרחב של הצמח מינים מודל עבורו רצף הגנום המלא זמינים שפע של ביו משאבים כגון מוטציות נוקאאוט, ההצטרפויות בר ואוכלוסיות רבייה מתקדמות, יש הנטל הגובר ביאור גן פונקציונלי. בפרוטוקול זה, ביאור של תפקוד הצמח הגן באמצעות ניתוח משולב שיתוף ביטוי גנים, metabolomics ו אינפורמטיקה מסופק (איור 1). גישה זו מבוססת על התיאוריה של שימוש גני מטרה של תפקוד המכונה כדי לאפשר זיהוי של גנים שאינם מועדות צפוי להיות מעורב בתהליך חילוף החומרים מסוים, עם זיהוי של תרכובות היעד באמצעות metabolomics. אסטרטגיות הם העלו על החלת מידע על אוכלוסיות שנוצר על ידי שתי גישות קדימה גנטיקה הפוכה למרות כל אלה הם ללא מאמץ. לפי גישה זו תולדה יכול לשמש גם גישה לאפיין פסגות לא ידועים המייצגים SE חדש או מיוחדמטבוליטים condary ברקמות מוגבלות, מיני צמחים או טיפול מתח, אשר נמצא כעת במשפט חשוב להבנת חילוף החומרים במפעל.

Watch this Scientific Journal Video about Annotation of Plant Gene Function via Combined Genomics, Metabolomics and Informatics at JoVE.com

Annotation of Plant Gene Function via Combined Genomics, Metabolomics and Informatics

שילוב של הגנומיקה, שיתוף ניתוח Gene הביטוי ואת ההזדהות של תרכובות היעד דרך חילוף החומרים לתת ביאור גן פונקציונלי.

ביאור של תפקוד הגן הצמח דרך Genomics, metabolomics משולבים אינפורמטיקה

Given the ever expanding number of model plant species for which complete genome sequences are available and the abundance of bio-resources such as ...

Research

JoVE Journal

Biology

Virus-induced Gene Silencing (VIGS) in Nicotiana benthamiana and Tomato

Virus-induced Gene Silencing VIGS in Nicotiana benthamiana and Tomato

Virus-Induced להשתקת גנים (VIGS) ב ניקוטיאנה benthamiana עגבניות

RNA interference (RNAi) is a highly specific gene-silencing phenomenon triggered by dsRNA1. This silencing mechanism uses two major classes of RNA ...

Fluorescence Activated Cell Sorting of Plant Protoplasts

מיון פלואורסצנטי תא פעיל של Protoplasts הצמח

High-resolution, cell type-specific analysis of gene expression greatly enhances understanding of developmental regulation and responses to environmental ...

A &#946;-glucuronidase (GUS) Based Cell Death Assay

A ÃƒÅ½Ã‚Â²-glucuronidase GUS Based Cell Death Assay

Β-glucuronidase (גאס) נייד מבוסס מוות Assay

We have developed a novel transient plant expression system that simultaneously expresses the reporter gene, &beta;-glucuronidase (GUS), with putative ...

Agrobacterium-Mediated Virus-Induced Gene Silencing Assay In Cotton

Agrobacterium בתיווך Virus-induced ג&#39;ין השתקת Assay כותנה

Cotton (Gossypium hirsutum) is one of the most important crops worldwide. Considerable efforts have been made on molecular breeding of new varieties.  The ...

Combined Immunofluorescence and DNA FISH on 3D-preserved Interphase Nuclei to Study Changes in 3D Nuclear Organization

Immunofluorescence שילוב ודגי DNA על 3D-השתמרו גרעיני Interphase לחקר שינויים בארגון גרעיני 3D

Fluorescent in situ hybridization using DNA probes  on 3-dimensionally preserved nuclei followed by 3D confocal microscopy (3D DNA  FISH) represents the ...

Visualizing Stromule Frequency with Fluorescence Microscopy

חזותי תדר Stromule עם מיקרוסקופ פלואורסצנטי

Stromules, or "stroma-filled tubules", are narrow, tubular extensions from the surface of the chloroplast that are universally observed in plant cells but ...

Split Green Fluorescent Protein System to Visualize Effectors Delivered from Bacteria During Infection

מערכת חלבון פלואורסצנטי ירוק לדמיין Effectors מועברת בין חיידקים במהלך זיהום

Bacteria, one of the most important causative agents of various plant diseases, secrete a set of effector proteins into the host plant cell to subvert the ...

High-Throughput Live Imaging of Microcolonies to Measure Heterogeneity in Growth and Gene Expression

הדמיה חיה בעלת תפוקה גבוהה של מיקרוקולוניות למדידת הטרוגניות בצמיחה ובביטוי גנים

Precise measurements of between- and within-strain heterogeneity in microbial growth rates are essential for understanding genetic and environmental ...

mirMachine: A One-Stop Shop for Plant miRNA Annotation

mirMachine: חנות אחת לביאור miRNA צמחי

Of different types of noncoding RNAs, microRNAs (miRNAs) have arguably been in the spotlight over the last decade. As post-transcriptional regulators of ...

Determination of Tripartite Interaction between Two Monomers of a MADS-box Transcription Factor and a Calcium Sensor Protein by BiFC-FRET-FLIM Assay

קביעת אינטראקציה משולשת בין שני מונומרים של גורם שעתוק של קופסת MADS וחלבון חיישן סידן על ידי BiFC-FRET-FLIM Assay

Protein-protein interactions are an integral part of all biological processes in the cells as they play a crucial role in regulating, maintaining, and ...