Dit rapport beschrijft een methode met een R-script in de open-source software RStudio om grootschalige datasets te analyseren die zijn verkregen uit tijdreeksexperimenten.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit rapport beschrijft een methode met een R-script in de open-source software RStudio om grootschalige datasets te analyseren die zijn verkregen uit tijdreeksexperimenten.
Grote datasets komen steeds vaker voor in het wetenschappelijke veld. Het is belangrijk om gebruiksvriendelijke tools te ontwikkelen waarmee onderzoekers deze grote datasets gemakkelijk kunnen analyseren. Hier introduceren we een methode met een R-script in de open-source software RStudio om grootschalige datasets te analyseren die zijn verkregen uit tijdreeksexperimenten. Deze methode vereist minimale input van een gebruiker, waardoor een beginner die geen eerdere R-kennis of programmeerervaring heeft, het kan gebruiken. De gedetailleerde instructies die hier en in het R-script worden beschreven, zullen gebruikers verder begeleiden bij het gebruik van de methode. De invoergegevens en de uitvoerresultaten worden opgeslagen in dezelfde map van een lokale computer, waardoor het mogelijk is om de analyse overal en altijd uit te voeren. De uitvoerresultaten zijn georganiseerd in mappen voor eenvoudige interpretatie, en ze kunnen gemakkelijk worden verwerkt om cijfers voor publicaties te genereren. Deze methode is met succes gebruikt om circadiane klokgegevens en burstgegevens van reactieve zuurstofsoorten te analyseren, beide met grootschalige datasets van tijdreeksexperimenten in een formaat met 96 putjes. Wij zijn van mening dat deze methode een gemakkelijke en krachtige oplossing biedt voor onderzoekers bij het analyseren van vergelijkbare grote datasets die zijn verkregen door middel van tijdreeksexperimenten.
Met de toegenomen beschikbaarheid van grote datasets op wetenschappelijk gebied, is het belangrijk om gebruiksvriendelijke tools te ontwikkelen waarmee onderzoekers deze grote datasets snel en nauwkeurig en gemakkelijk kunnen analyseren. Een type van de gemeenschappelijke grote dataset komt voort uit het gebruik van het luciferase-gen als reporter, waardoor een gemakkelijk, continu en niet-invasief onderzoek van genexpressie in levende cellen en organismen mogelijk is gemaakt. Automatisering bij het registreren van luminescentie heeft de meting van luciferase-luminescentie getransformeerd en geleid tot een uitbreiding van de gegevensverzameling, met name in het circadiane klokveld 1,2. Met behulp van microplaten met 96 putjes en een automatische plaatlezer met een stapelaar, kunnen duizenden monsters die het luciferase-gen tot expressie brengen, individueel worden getest in tijdreeksen, soms met tussenpozen van een uur gedurende dagen, in één experiment. Dergelijke high-throughput experimenten hebben geresulteerd in de productie van grote datasets die traditionele genexpressie-experimenten met behulp van handmonsterverzameling, gevolgd door RNA-verwerking, onmogelijk zouden kunnen bereiken. Het tijdig analyseren van dergelijke grote datasets is belangrijk, maar kan een uitdaging zijn.
Hoewel er een overvloed aan tools bestaat om gegevens te analyseren op ritmiek, analyseren veel van de tools op basis van diergedrag in plaats van luminescentiereporterexpressie 3,4,5,6,7 (aanvullende tabel S1). Sommige tools vereisen dat onderzoekers eerdere computerprogrammeervaardigheden hebben, zoals Python-vaardigheden of toegang tot MATLAB. Andere tools vereisen de aanschaf van software, wat kostbaar kan zijn. Sommige gratis werkbare oplossingen zijn online beschikbaar. Een van die tools is BioDare28, dat een verscheidenheid aan verschillende methoden biedt om ritmische gegevens te analyseren. BioDare2 is een gebruiksvriendelijke online tool en vereist minimale rekenexpertise. Gebruikers moeten gegevensinvoer online uploaden en gegevensuitvoer downloaden van de online interface voor verdere verwerking.
Hier presenteren we gebruiksvriendelijke R-scripts met meerdere mogelijkheden om grootschalige datasets gemakkelijk te analyseren. We gebruiken de gratis, open-source software RStudio9, een interface voor R en Python, om de scripts uit te voeren. RStudio kan worden gebruikt op verschillende computersystemen, waaronder Windows, Mac en Linux. In dit rapport worden gedetailleerde stapsgewijze instructies gegeven om gebruikers te begeleiden bij het gebruik van de R-scripts, met name in protocolsecties 1 en 2. Deze methode vereist minimale input van de gebruiker. Een beginner die geen voorkennis van R heeft en geen programmeerervaring heeft, zal de methode kunnen gebruiken om grote datasets van luciferase-assays of andere soorten datasets met tijdreeksgegevens te analyseren. Alle invoer- en uitvoergegevens worden opgeslagen op een lokale computer, en dus kan een analyse overal worden uitgevoerd zonder de beperking van internettoegang, zodra alle relevante R-pakketten voor de eerste keer zijn gedownload. De uitvoergegevens worden gesorteerd in overzichtelijke mappen met resultaten die klaar zijn om te worden verwerkt voor publicaties. Statistische analyses worden ook opgenomen als onderdeel van de output om een snelle beoordeling van de verschillen tussen de steekproeven te geven. De R-methode zou dus een gemakkelijke en krachtige oplossing kunnen bieden voor onderzoekers bij het analyseren van grote datasets.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Op luciferase gebaseerde circadiane klokanalyse
2. Op luminol gebaseerde ROS-test
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Casestudy 1. De luminescentietest voor circadiane klokactiviteit met Arabidopsis-zaailingen
We hebben eerder aangetoond dat het GLYCINE-RICH RNA-BINDING PROTEIN 7 (GRP7)-gen werd gecontroleerd door het masterklokeiwit CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1) en dat circadiane expressie van GRP7 belangrijk is voor zijn rol in de afweer van planten, met behulp van transgene Col-0-planten die de luciferase reporter tot expre...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
We presenteren hier het gebruik van R-scripts in RStudio om een gebruiksvriendelijke methode te bieden voor het analyseren van grootschalige gegevens die zijn verkregen uit tijdreeksexperimenten met 96 putjes. Deze methode heeft ons in staat gesteld om snel en eenvoudig luminescentieregistratiegegevens te analyseren die zijn verkregen uit duizenden monsters in tijdreeksexperimenten om de circadiane klokactiviteit van plantzaailingen tot celculturen van zoogdieren te meten, naast gegevens...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
We danken de leden van het Lu-laboratorium voor hun hulp bij dit werk. We danken Min Gao en Matthew Fabian voor het gebruik van hun onverwerkte gegevens en Benjamin Harris voor hulp en/of begeleiding bij het maken van dit R-script. We danken John B. Hogenesch van het Cincinnati Children's Hospital Medical Center voor het verstrekken van luminescentiegegevens van zoogdiercellen voor Case Study 2. Verder danken we John B. Hogenesch, Andrew Millar van de Universiteit van Edinburgh en Mary Harrington van Smith College voor de nuttige discussies tijdens de ontwikkeling van deze methode. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door subsidies van de National Science Foundation, NSF 1456140 en NSF 2223886 aan Hua Lu.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| R | The R Project | https://www.r-project.org/ | Een gratis, open-source platform die online kan worden gedownload en gebruikt om te coderen, vooral voor statistiek. |
| Rstudio | Posit Software | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Een gratis software die online kan worden gedownload voor meer gebruiksvriendelijke toegang tot R. |
| MetaCycle | Gang Wu, Xavier Li, Matthew Carlucci, Ron Anafi, Michael Hughes, Karl Kornacker, en John Hogenesch | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | De ARSER-algoritme van het MetaCycle-pakket wordt gebruikt om klokparameters, periode, fase en amplitude te evalueren. |
| ggplot2 | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | Maakt datavisualisaties, met name voor statistische grafieken. |
| dplyr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | Een fundamentele R-bibliotheek voor efficiënte gegevensmanipulatie. |
| magrittr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | Biedt een set operatoren om de leesbaarheid van code te verbeteren en een meer natuurlijke flow van databewerkingen te faciliteren. |
| stringr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | Biedt een consistente, eenvoudige en gebruiksvriendelijke set functies voor het werken met tekenreeksen. |
| filesstrings | Rory Nolan en Sergi Padilla-Parra | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | Biedt handige functies voor het manipuleren van bestanden en tekenreeksen, met name die gerelateerd aan bestandsnamen en paden. |
| circular | Ulric Lund, Claudio Agostinelli, Hiroyoshi Arai, Alessando Gagliardi, Eduardo García-Portugués, Dimitri Giunchi, Jean-Olivier Irisson, Matthew Pocernich en Federico Rotolo | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | Biedt de statistische analyse en grafische weergave van circulaire gegevens. |
| AICcmodavg | Marc J. Mazerolle | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | Maakt modelselectietabellen op basis van Akaike's informatiecriterium (AIC) en gerelateerde informatie. |
| broom | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | Converteert de uitvoer van verschillende statistische modellen en objecten naar "netjes" tibbles (een moderne dataframe-indeling), waardoor het gemakkelijker wordt om modelresultaten te bewerken, te analyseren en te visualiseren. |
| Autoclave machine | Steris Amsco Eagle Century SG120 Scientific, Inc. | 8901400012 | Autoclave media |
| Chemical fume hood | Lab Design & Supply | zaden steriliseren | |
| Omega Luminescence Reader | BMG LABTECH, Inc. | plaatlezer | |
| Laminar flow cabinet | NuAire Nu-408FM-400 | Class II/TypeA | zaailingen overbrengen naar 96-well plaat |
| 96-well microplates | Perkin-Elmer | OptiPlate-96 | zaailingen laten groeien voor luciferase assay |
| Flg22 | GenScript Inc. | RP19986 | Een elicitor van bacterieel flagelline. |
| Elf26 | Alpha Diagnostic Intl. Inc. | 2427 | Een elicitor van bacteriële translatie Elongation Factor-Tu. |
| D-Luciferin Firefly, potassium salt | Biosynth Chemistry & Biology | L-8220 | luciferase substraat |
| L-012 (Luminol) | Fisher Scientific | NC0733364 | ROS assay reagens |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.