本レポートでは、オープンソースソフトウェアRStudioのRスクリプトを使用して、時系列実験から得られた大規模なデータセットを解析する方法について説明します。
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本レポートでは、オープンソースソフトウェアRStudioのRスクリプトを使用して、時系列実験から得られた大規模なデータセットを解析する方法について説明します。
大規模なデータセットは、科学分野でますます一般的になっています。研究者がこれらの大規模なデータセットを簡単に分析できるように、ユーザーフレンドリーなツールを開発することが重要です。ここでは、オープンソースソフトウェアRStudioにRスクリプトを用いて、時系列実験から得られた大規模データセットを解析する方法を紹介します。この方法は、ユーザーからの入力が最小限で済むため、R の知識やプログラミングの経験がない初心者でも使用できます。ここと R スクリプトで説明されている詳細な手順は、メソッドの使用方法についてユーザーをさらにガイドします。入力データと出力結果はローカルコンピュータの同じフォルダに格納されるため、いつでもどこでも解析を行うことができます。出力結果は、解釈しやすいようにフォルダに整理され、出版物用の図を生成するために便利に処理できます。この方法は、概日時計データと活性酸素種バーストデータの分析に成功しており、どちらも時系列実験からの大規模なデータセットを96ウェルプレート形式で含んでいます。この方法は、時系列実験を通じて得られた同様の大規模なデータセットを分析する研究者にとって、簡単で強力なソリューションを提供すると考えています。
科学分野で大規模なデータセットの利用可能性が高まるにつれ、研究者がこれらの大規模なデータセットを正確かつ簡単に迅速に分析できるように、ユーザーフレンドリーなツールを開発することが重要です。一般的な大規模なデータセットの1つのタイプは、ルシフェラーゼ遺伝子をレポーターとして使用することから来ており、これにより、生細胞や生物における遺伝子発現の簡単、継続的、非侵襲的な検査が可能になりました。発光記録の自動化は、ルシフェラーゼ発光の測定を変革し、特に概日時計分野におけるデータ収集の拡大につながりました1,2。96ウェルマイクロプレートとスタッカー付きの自動プレートリーダーを使用すると、ルシフェラーゼ遺伝子を発現する数千のサンプルを時系列で個別にアッセイでき、場合によっては数日間1時間間隔で、1回の実験で分析できます。このようなハイスループット実験により、従来の遺伝子発現実験では、手作業でサンプルを採取し、その後のRNAプロセシングでは達成できなかった大規模なデータセットが生成されました。このような大規模なデータセットをタイムリーに分析することは重要ですが、困難な場合があります。
リズミシティのデータを分析するためのツールは数多く存在しますが、ツールの多くは発光レポーター発現ではなく動物の行動ベースのアッセイを分析します3,4,5,6,7 (補足表S1)。一部のツールでは、研究者には Python スキルや MATLAB へのアクセスなど、事前のコンピューター プログラミング スキルが必要です。他のツールではソフトウェアの購入が必要であり、コストがかかる可能性があります。いくつかの無料の実行可能なソリューションはオンラインで入手できます。そのようなツールの 1 つが BioDare28 で、リズミカル データを分析するためのさまざまな方法を提供します。BioDare2 はユーザーフレンドリーなオンライン ツールであり、最小限の計算専門知識しか必要としません。ユーザーは、入力されたデータをオンラインでアップロードし、さらに処理するためにオンライン インターフェイスからデータ出力をダウンロードする必要があります。
ここでは、大規模なデータセットを簡単に分析するための複数の機能を備えたユーザーフレンドリーな R スクリプトを紹介します。スクリプトの実行には、R と Python のインターフェイスである無料のオープンソース ソフトウェア RStudio9 を使用します。RStudio は、Windows、Mac、Linux などのさまざまなコンピューター システムで使用できます。このレポートでは、特にプロトコル セクション 1 と 2 で、R スクリプトの使用方法をユーザーにガイドするための詳細な段階的な手順が提供されます。この方法では、ユーザーからの入力は最小限で済みます。Rの予備知識がなく、プログラミングの経験がない初心者でも、この方法を使用して、ルシフェラーゼアッセイからの大規模なデータセット、または時系列データを含む他の種類のデータセットを分析できるものとします。すべての入出力データはローカルコンピュータに保存されるため、関連するすべてのRパッケージを初めてダウンロードすると、インターネットアクセスの制限なしにどこでも分析を行うことができます。出力データは、適切に整理されたフォルダーに分類され、その結果はパブリケーション用に処理される準備ができています。統計分析も出力の一部として含まれており、サンプル間の違いを迅速に評価できます。したがって、R メソッドは、大規模なデータセットを分析する研究者に簡単で強力なソリューションを提供する可能性があります。
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1. ルシフェラーゼに基づく概日時計解析
2. ルミノールベースのROSアッセイ
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ケーススタディ 1.シロイヌナズナの苗木による概日時計活動の発光アッセイ
我々は以前、グリシンリッチRNA結合タンパク質7(GRP7)遺伝子がマスタークロックタンパク質CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1(CCA1)によって制御され、GRP7の概日発現が植物防御における役割にとって重要であることを示しました野生型GRP7プロモーター(pGRP7wt:LUC)21の制御下でルシフェラーゼレポーターを発現するトランスジェニックCol-0植物を使用して.これらのトランスジェニック植物の概日時計活動を、対照植物CCA1:LUC / Col-0とともに、LUC_2025.Rという名前のRスクリプト(プロトコルセクション1の補足ファイル1 )を使用して分析しました。
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ここでは、RStudioのRスクリプトを使用して、96ウェルフォーマットの時系列実験から得られた大規模データを分析するためのユーザーフレンドリーな方法を提供します。この方法により、ROSアッセイのデータに加えて、時系列実験で数千のサンプルから得られた発光記録データを迅速かつ簡単に分析し、植物の苗から哺乳類の細胞培養までの概日時計の活動を測定することができました。
BioDare2 は、概日データ分析に非常に一般的に使用されている無料のリポジトリです。BioDare2 はよくできたオンライン ツールですが、研究者はデータをオンラインでアップロードし、分析のたびに結果をダウンロードする必要があります。また、データを使用可能な形式にするために、長いデータのラベル付けと操作も必要です。ここで説明する R メソッドには、使いやすさを向上させる関数がいくつか用意されています。まず、この方法では、ユーザーからの入力は最小限で済みます。必要なのは、作業ディレクトリ、入力ファイル、処理のラベル、およびクロックアッセイの相対的な開始時...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
この作業に協力してくださったLu研究室のメンバーに感謝します。未処理のデータを使用してくれた Min Gao と Matthew Fabian に感謝し、この R スクリプトの作成に協力してくれた Benjamin Harris に感謝します。ケーススタディ2に哺乳類細胞からの発光データを提供してくれたシンシナティ小児病院医療センターのJohn B. Hogeneschに感謝します。さらに、この方法の開発中に有益な議論をしてくれたエジンバラ大学のジョン・B・ホジェネッシュ氏、アンドリュー・ミラー氏、スミス大学のメアリー・ハリントン氏に感謝します。この研究は、全米科学財団、NSF 1456140、NSF 2223886からのHua Luへの助成金によって部分的に支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| R | Rプロジェクト | https://www.r-project.org/ | オンラインからダウンロードでき、特に統計学のコーディングに使える無料のオープンソースプラットフォームです。 |
| Rstudio | Posit Software | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Rへのアクセスをより使いやすいためにオンラインからダウンロードできる無料ソフトウェアです。 |
| メタサイクル | ガン・ウー、ザビエル・リー、マシュー・カルッチ、ロン・アナフィ、マイケル・ヒューズ、カール・コーナッカー、ジョン・ホゲネッシュ | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | MetaCycleパッケージのARSERアルゴリズムは、クロックパラメータ、周期、位相、振幅の評価に使用されます。 |
| ggplot2 | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | 特に統計グラフィックスのためのデータ可視化を作成します。 |
| DPLYR | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | 効率的なデータ操作のための基本的なRライブラリ。 |
| マグリットル | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | コードの可読性を高め、データ操作のより自然な流れを促進するための一連のオペレータを提供します。 |
| ストリンジャー | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | 文字列の扱いに一貫性があり、シンプルで使いやすい関数セットを提供します。 |
| ファイルストリング | ローリー・ノーランとセルジ・パディーラ・パラ | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | ファイル名やパスに関連するファイルや文字列の操作に便利な機能を提供します。 |
| 円形 | ウルリック・ルンド、クラウディオ・アゴスティネッリ、荒井浩義、アレッサンド・ガリアルディ、エドゥアルド・ガルクーテ;ポルトグ&エカテ;ディミトリ・ジュンチ、ジャン・オリヴィエ・イリソン、マシュー・ポチェルニッヒ、フェデリコ・ロトロ | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | 循環データの統計分析およびグラフィック表現を提供します。 |
| AICcmodavg | マーク・J・マズロール | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | 赤池情報基準(AIC)および関連情報に基づいてモデル選択表を作成します。 |
| ほうき | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | さまざまな統計モデルやオブジェクトの出力を「整頓」したティブル(現代のデータフレーム形式)に変換し、モデル結果の扱い、分析、可視化を容易にします。 |
| オートクレーブ機 | ステリス アムスコ イーグルセンチュリー SG120 サイエンティフィック社 | 8901400012 | オートクレーブ媒体 |
| 化学煙幕フード | ラボ設計&供給 | 種子を滅菌する | |
| オメガ・ルミネセンス・リーダー | BMG LABTECH, Inc. | ナンバープレートリーダー | |
| 層流キャビネット | NuAire Nu-408FM-400 | クラスII/タイプA | 苗を96ウェルプレートに移す |
| 96ウェルマイクロプレート | パーキン・エルマー | OptiPlate-96 | ルシフェラーゼアッセイのための苗木の育成 |
| FLG22 | GenScript社 | RP19986 | 細菌鞭毛からの誘導体です。 |
| エルフ26 | アルファ・ダイアジショナル・インテル インテンツ | 2427 | 細菌翻訳によるエリシターである伸長因子-Tu。 |
| D-ルシフェリン・ファイアフライ、カリウム塩 | バイオ合成化学&生物学 | L-8220 | ルシフェラーゼ基質 |
| L-012(ルミノール) | フィッシャー・サイエンティフィック | NC0733364 | ROSアッセイ試薬 |
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