Questo rapporto descrive un metodo che coinvolge uno script R nel software open source RStudio per analizzare set di dati su larga scala ottenuti da esperimenti di serie temporali.
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Articolo metodologico
Questo rapporto descrive un metodo che coinvolge uno script R nel software open source RStudio per analizzare set di dati su larga scala ottenuti da esperimenti di serie temporali.
I set di dati di grandi dimensioni sono sempre più comuni in campo scientifico. È importante sviluppare strumenti di facile utilizzo per consentire ai ricercatori di analizzare facilmente questi grandi set di dati. Qui, introduciamo un metodo che coinvolge uno script R nel software open source RStudio per analizzare set di dati su larga scala ottenuti da esperimenti di serie temporali. Questo metodo richiede un input minimo da parte di un utente, consentendo a un principiante che non ha precedenti conoscenze di R o esperienza di programmazione di utilizzarlo. Le istruzioni dettagliate descritte qui e nello script R guideranno ulteriormente gli utenti su come utilizzare il metodo. I dati di input e i risultati di output sono memorizzati nella stessa cartella di un computer locale, rendendo possibile l'esecuzione dell'analisi ovunque e in qualsiasi momento. I risultati dell'output sono organizzati in cartelle per una facile interpretazione e possono essere elaborati per generare figure per le pubblicazioni. Questo metodo è stato utilizzato con successo per analizzare i dati dell'orologio circadiano e i dati di scoppio delle specie reattive dell'ossigeno, entrambi contenenti set di dati su larga scala da esperimenti di serie temporali in un formato di piastra a 96 pozzetti. Riteniamo che questo metodo fornisca una soluzione facile e potente per i ricercatori nell'analisi di set di dati simili di grandi dimensioni ottenuti attraverso esperimenti di serie temporali.
Con la maggiore disponibilità di grandi set di dati in campo scientifico, è importante sviluppare strumenti di facile utilizzo per consentire ai ricercatori di analizzare rapidamente questi grandi set di dati con precisione e facilità. Un tipo di set di dati comuni di grandi dimensioni deriva dall'uso del gene della luciferasi come reporter, che ha permesso un esame facile, continuo e non invasivo dell'espressione genica in cellule e organismi vivi. L'automazione nella registrazione della luminescenza ha trasformato la misurazione della luminescenza della luciferasi e ha portato a un'espansione della raccolta dei dati, in particolare nel campo dell'orologio circadiano 1,2. Utilizzando micropiastre a 96 pozzetti e un lettore automatico di piastre con stacker, migliaia di campioni che esprimono il gene della luciferasi possono essere analizzati individualmente in serie temporali, a volte a intervalli di un'ora per giorni, in un unico esperimento. Tali esperimenti ad alto rendimento hanno portato alla produzione di grandi set di dati che gli esperimenti tradizionali di espressione genica che utilizzano la raccolta manuale di campioni, seguita dall'elaborazione dell'RNA, non potrebbero raggiungere. L'analisi tempestiva di set di dati di tali dimensioni è importante, ma può essere impegnativa.
Sebbene esista una pletora di strumenti per analizzare i dati per la ritmicità, molti degli strumenti analizzano i saggi basati sul comportamento animale piuttosto che l'espressione del reporter di luminescenza 3,4,5,6,7 (Tabella supplementare S1). Alcuni strumenti richiedono ai ricercatori di avere precedenti competenze di programmazione informatica, come le competenze Python o l'accesso a MATLAB. Altri strumenti richiedono l'acquisto di software, che può essere costoso. Alcune soluzioni praticabili gratuite sono disponibili online. Uno di questi strumenti è BioDare28, che offre una varietà di metodi diversi per analizzare i dati sulla ritmicità. BioDare2 è uno strumento online di facile utilizzo e richiede competenze computazionali minime. Gli utenti devono caricare i dati di input online e scaricare i dati di output dall'interfaccia online per un'ulteriore elaborazione.
In questo articolo presentiamo script R di facile utilizzo con più funzionalità per l'analisi semplice di set di dati su larga scala. Per eseguire gli script utilizziamo il software gratuito e open source RStudio9, un'interfaccia per R e Python. RStudio può essere utilizzato su vari sistemi informatici, inclusi Windows, Mac e Linux. In questo report vengono fornite istruzioni dettagliate per guidare gli utenti su come utilizzare gli script R, in particolare nelle sezioni 1 e 2 del protocollo. Questo metodo richiede un input minimo da parte dell'utente. Un principiante che non ha conoscenze preliminari di R e che non ha esperienza di programmazione sarà in grado di utilizzare il metodo per analizzare grandi set di dati da saggi di luciferasi o altri tipi di set di dati con dati di serie temporali. Tutti i dati di input e output vengono archiviati su un computer locale e, pertanto, un'analisi può essere eseguita ovunque senza la restrizione dell'accesso a Internet, una volta che tutti i pacchetti R pertinenti sono stati scaricati per la prima volta. I dati di output vengono ordinati in cartelle ben organizzate con risultati pronti per essere elaborati per le pubblicazioni. Anche le analisi statistiche sono incluse come parte dell'output per fornire una rapida valutazione delle differenze tra i campioni. Pertanto, il metodo R potrebbe fornire una soluzione semplice e potente per i ricercatori nell'analisi di set di dati di grandi dimensioni.
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1. Analisi dell'orologio circadiano basata sulla luciferasi
2. Saggio ROS basato su luminol
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Caso di studio 1. Il test di luminescenza per l'attività dell'orologio circadiano con piantine di Arabidopsis
In precedenza abbiamo dimostrato che il gene GLYCINE-RICH RNA-BINDING PROTEIN 7 (GRP7) è controllato dalla proteina dell'orologio principale CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1) e che l'espressione circadiana di GRP7 è importante per il suo ruolo nella difesa delle piante, utilizzando piante transgeniche Col-0...
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Presentiamo qui l'uso degli script R in RStudio per fornire un metodo intuitivo per l'analisi di dati su larga scala ottenuti da esperimenti di serie temporali in formato 96 pozzetti. Questo metodo ci ha permesso di analizzare rapidamente e facilmente i dati di registrazione della luminescenza ottenuti da migliaia di campioni in esperimenti di serie temporali per misurare l'attività dell'orologio circadiano dalle piantine di piante alle colture cellulari di mammiferi, oltre ai dati dei s...
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Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Ringraziamo i membri del laboratorio Lu per la loro assistenza in questo lavoro. Ringraziamo Min Gao e Matthew Fabian per l'uso dei loro dati non elaborati e Benjamin Harris per l'assistenza e/o la guida nella creazione di questo script R. Ringraziamo John B. Hogenesch del Cincinnati Children's Hospital Medical Center per aver fornito dati sulla luminescenza da cellule di mammifero per il caso di studio 2. Ringraziamo inoltre John B. Hogenesch, Andrew Millar dell'Università di Edimburgo e Mary Harrington dello Smith College per le utili discussioni durante lo sviluppo di questo metodo. Questo lavoro è stato parzialmente sostenuto da sovvenzioni della National Science Foundation, NSF 1456140 e NSF 2223886, a Hua Lu.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| R | Il Progetto R | https://www.r-project.org/ | Una piattaforma gratuita e open source che può essere scaricata da online e utilizzata per programmare, specialmente per le statistiche. |
| Rstudio | Posit Software | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Un software gratuito che può essere scaricato online per un accesso più facile da usare a R. |
| MetaCycle | Gang Wu, Xavier Li, Matthew Carlucci, Ron Anafi, Michael Hughes, Karl Kornacker e John Hogenesch | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | L'algoritmo ARSER del pacchetto MetaCycle viene utilizzato per valutare i parametri di clock, il periodo, la fase e l'ampiezza. |
| ggplot2 | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | Crea visualizzazioni dei dati, in particolare per grafica statistica. |
| dplyr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | Una libreria R fondamentale per una manipolazione efficiente dei dati. |
| magrittr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | Fornisce un insieme di operatori per migliorare la leggibilità del codice e facilitare un flusso più naturale delle operazioni dei dati. |
| stringr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | Fornisce un insieme di funzioni coerente, semplice e facile da usare per lavorare con stringhe di caratteri. |
| filestrings | Rory Nolan e Sergi Padilla-Parra | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | Fornisce funzioni comode per manipolare file e stringhe, in particolare quelle relative a nomi e percorsi di file. |
| circolare | Ulric Lund, Claudio Agostinelli, Hiroyoshi Arai, Alessando Gagliardi, Eduardo Garcí a-Portugu e acuto; s, Dimitri Giunchi, Jean-Olivier Irisson, Matthew Pocernich e Federico Rotolo | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | Fornisce l'analisi statistica e la rappresentazione grafica dei dati circolari. |
| AICcmodavg | Marc J. Mazerolle | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | Crea tabelle di selezione del modello basate sul criterio informativo (AIC) di Akaike e informazioni correlate. |
| scopa | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | Converte l'output di vari modelli statistici e oggetti in tibbles "ordinati" (un formato moderno di data frame), rendendo più facile lavorare, analizzare e visualizzare i risultati dei modelli. |
| Macchina autoclave | Steris Amsco Eagle Century SG120 Scientific, Inc. | 8901400012 | Media autoclave |
| Cappa chimica | Progettazione di Laboratori e Progettazione Offerta | sterilizza i semi | |
| Lettore Omega Luminescence | BMG LABTECH, Inc. | Lettore di targhe | |
| Cabina a flusso laminare | NuAire Nu-408FM-400 | Classe II/Tipo A e Inebsp; | trasferire le piantine su una piatta a 96 pozzi |
| Micropiastre a 96 pozzi | Perkin-Elmer | OptiPlate-96 | Coltivare piantine per il test sulla luciferasi |
| FLG22 | GenScript Inc. | RP19986 | Un elicitore dalla flagellina batterica. |
| Elf26 | Alpha Diagnostic Intl. Inc. | 2427 | Un elicitore dalla traduzione batterica Elongation Factor-Tu. |
| D-Luciferina Firefly, sale di potassio | Chimica Biosynth & Biologia | L-8220 | Substrato luciferasi |
| L-012 (Luminolo) | Fisher Scientific | NC0733364 | Reagente per il test ROS |
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