Este informe describe un método que involucra un script R en el software de código abierto RStudio para analizar conjuntos de datos a gran escala obtenidos de experimentos de series temporales.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Este informe describe un método que involucra un script R en el software de código abierto RStudio para analizar conjuntos de datos a gran escala obtenidos de experimentos de series temporales.
Los grandes conjuntos de datos son cada vez más comunes en el campo científico. Es importante desarrollar herramientas fáciles de usar que permitan a los investigadores analizar estos grandes conjuntos de datos con facilidad. Aquí, presentamos un método que involucra un script R en el software de código abierto RStudio para analizar conjuntos de datos a gran escala obtenidos de experimentos de series temporales. Este método requiere una entrada mínima de un usuario, lo que permite que un principiante que no tenga conocimientos previos de R o experiencia en programación lo use. Las instrucciones detalladas descritas aquí y en el script de R guiarán aún más a los usuarios sobre cómo usar el método. Los datos de entrada y los resultados de salida se almacenan en la misma carpeta de una computadora local, lo que permite realizar el análisis en cualquier lugar y en cualquier momento. Los resultados de salida se organizan en carpetas para facilitar la interpretación y se pueden procesar convenientemente para generar cifras para publicaciones. Este método se ha utilizado con éxito para analizar datos de reloj circadiano y datos de ráfagas de especies reactivas de oxígeno, ambos contienen conjuntos de datos a gran escala de experimentos de series temporales en un formato de placa de 96 pocillos. Creemos que este método proporciona una solución fácil y poderosa para los investigadores en el análisis de grandes conjuntos de datos similares obtenidos a través de experimentos de series temporales.
Con la mayor disponibilidad de grandes conjuntos de datos en el campo científico, es importante desarrollar herramientas fáciles de usar que permitan a los investigadores analizar rápidamente estos grandes conjuntos de datos con precisión y facilidad. Un tipo de gran conjunto de datos común proviene del uso del gen de la luciferasa como informador, lo que ha permitido un examen fácil, continuo y no invasivo de la expresión génica en células y organismos vivos. La automatización en el registro de luminiscencia ha transformado la medición de la luminiscencia de la luciferasa y ha llevado a una expansión de la recopilación de datos, en particular, en el campo del reloj circadiano 1,2. Usando microplacas de 96 pocillos y un lector automático de placas con un apilador, miles de muestras que expresan el gen de la luciferasa se pueden analizar individualmente en series temporales, a veces a intervalos de una hora durante días, en un experimento. Estos experimentos de alto rendimiento han dado como resultado la producción de grandes conjuntos de datos que los experimentos tradicionales de expresión génica que utilizan la recolección manual de muestras, seguida del procesamiento de ARN, no podrían lograr. Analizar conjuntos de datos tan grandes de manera oportuna es importante, pero puede ser un desafío.
Aunque existe una gran cantidad de herramientas para analizar los datos de ritmicidad, muchas de las herramientas analizan ensayos basados en el comportamiento animal en lugar de la expresión del reportero de luminiscencia 3,4,5,6,7 (Tabla complementaria S1). Algunas herramientas requieren que los investigadores tengan conocimientos previos de programación informática, como conocimientos de Python o acceso a MATLAB. Otras herramientas requieren la compra de software, lo que puede ser costoso. Algunas soluciones viables gratuitas están disponibles en línea. Una de esas herramientas es BioDare28, que ofrece una variedad de métodos diferentes para analizar datos de ritmicidad. BioDare2 es una herramienta en línea fácil de usar y requiere una experiencia computacional mínima. Los usuarios deben cargar la entrada de datos en línea y descargar la salida de datos de la interfaz en línea para su posterior procesamiento.
Aquí, presentamos scripts de R fáciles de usar con múltiples capacidades para analizar conjuntos de datos a gran escala con facilidad. Usamos el software gratuito de código abierto RStudio9, una interfaz para R y Python, para ejecutar los scripts. RStudio se puede utilizar en varios sistemas informáticos, incluidos Windows, Mac y Linux. En este informe, se proporcionan instrucciones detalladas paso a paso para guiar a los usuarios sobre cómo usar los scripts de R, específicamente en las secciones 1 y 2 del protocolo. Este método requiere una entrada mínima del usuario. Un principiante que no tenga conocimientos previos de R y que no tenga experiencia en programación podrá utilizar el método para analizar grandes conjuntos de datos de ensayos de luciferasa u otros tipos de conjuntos de datos con datos de series temporales. Todos los datos de entrada y salida se almacenan en una computadora local y, por lo tanto, se puede realizar un análisis en cualquier lugar sin la restricción del acceso a Internet, una vez que se descargan todos los paquetes de R relevantes por primera vez. Los datos de salida se clasifican en carpetas bien organizadas con resultados listos para ser procesados para publicaciones. Los análisis estadísticos también se incluyen como parte de la salida para proporcionar una evaluación rápida de las diferencias entre las muestras. Por lo tanto, el método R podría proporcionar una solución fácil y poderosa para los investigadores en el análisis de grandes conjuntos de datos.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
1. Análisis del reloj circadiano basado en luciferasa
2. Ensayo ROS basado en luminol
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Estudio de caso 1. El ensayo de luminiscencia para la actividad del reloj circadiano con plántulas de Arabidopsis
Anteriormente demostramos que el gen GLYCINE-RICH RNA-BINDING PROTEIN 7 (GRP7) estaba controlado por la proteína del reloj maestro CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1) y la expresión circadiana de GRP7 es importante por su papel en la defensa de las plantas, utilizando plantas transgénicas Col-0 que expres...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Aquí presentamos el uso de scripts R en RStudio para proporcionar un método fácil de usar para analizar datos a gran escala obtenidos de experimentos de series temporales de formato de 96 pocillos. Este método nos ha permitido analizar rápida y fácilmente los datos de registro de luminiscencia obtenidos de miles de muestras en experimentos de series temporales para medir la actividad del reloj circadiano desde plántulas de plantas hasta cultivos de células de mamíferos, además de datos d...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Los autores no tienen conflictos de intereses que divulgar.
Agradecemos a los miembros del laboratorio Lu por su ayuda en este trabajo. Agradecemos a Min Gao y Matthew Fabian por el uso de sus datos no procesados y a Benjamin Harris por su ayuda y/o orientación en la creación de este script de R. Agradecemos a John B. Hogenesch del Centro Médico del Hospital Infantil de Cincinnati por proporcionar datos de luminiscencia de células de mamíferos para el estudio de caso 2. Además, agradecemos a John B. Hogenesch, Andrew Millar de la Universidad de Edimburgo y Mary Harrington del Smith College por las útiles discusiones durante el desarrollo de este método. Este trabajo fue parcialmente apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, NSF 1456140 y NSF 2223886, a Hua Lu.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| R | El Proyecto R | https://www.r-project.org/ | Una plataforma gratuita y de código abierto que se puede descargar desde internet y usar para programar, especialmente para estadística. |
| Rstudio | Posit Software | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Un software gratuito que se puede descargar desde internet para un acceso más fácil de usar a R. |
| MetaCycle | Gang Wu, Xavier Li, Matthew Carlucci, Ron Anafi, Michael Hughes, Karl Kornacker y John Hogenesch | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | El algoritmo ARSER del paquete MetaCycle se utiliza para evaluar parámetros de reloj, periodo, fase y amplitud. |
| ggplot2 | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | Crea visualizaciones de datos, especialmente para gráficos estadísticos. |
| dplyr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | Una biblioteca fundamental de R para la manipulación eficiente de datos. |
| magrittr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | Proporciona un conjunto de operadores para mejorar la legibilidad del código y facilitar un flujo más natural de las operaciones de datos. |
| Stringr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | Proporciona un conjunto de funciones consistente, simple y fácil de usar para trabajar con cadenas de caracteres. |
| cadenas de archivos | Rory Nolan y Sergi Padilla-Parra | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | Proporciona funciones convenientes para manipular archivos y cadenas, especialmente las relacionadas con nombres y rutas de archivo. |
| circular | Ulric Lund, Claudio Agostinelli, Hiroyoshi Arai, Alessando Gagliardi, Eduardo Garcí a-Portugu y agudo; s, Dimitri Giunchi, Jean-Olivier Irisson, Matthew Pocernich y Federico Rotolo | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | Proporciona el análisis estadístico y la representación gráfica de datos circulares. |
| AICcmodavg | Marc J. Mazerolle | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | Crea tablas de selección de modelos basadas en el criterio de información (AIC) de Akaike e información relacionada. |
| escoba | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | Convierte la salida de varios modelos estadísticos y objetos en tibbles "ordenados" (un formato moderno de marco de datos), facilitando el trabajo, el análisis y la visualización de los resultados de los modelos. |
| Máquina de autoclave | Steris Amsco Eagle Century SG120 Scientific, Inc. | 8901400012 | Medios de autoclave |
| Campana extractora química | Diseño de laboratorios y Suministro | esterilizar semillas | |
| Lector de Luminescencia Omega | BMG LABTECH, Inc. | Lector de placas | |
| Gabinete de flujo laminar | NuAire Nu-408FM-400 | Clase II/Tipo A | transferir plántulas a una placa de 96 pozos |
| Microplacas de 96 pocillos | Perkin-Elmer | OptiPlate-96 | cultivar plántulas para el ensayo de luciferasa |
| Flg22 | GenScript Inc. | RP19986 | Un elector de flagelina bacteriana. |
| Elf26 | Alpha Diagnostic Intl. Inc. | 2427 | Un elector de la traducción bacteriana Factor de Elongación-Tu. |
| Luciérnaga D-Luciferina, sal potásica | Química y Química de Biosintetizadores Biología | L-8220 | Sustrato luciferasa |
| L-012 (Luminol) | Fisher Scientific | NC0733364 | Reactivo de ensayo ROS |
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.