Raport opisuje metodę wykorzystującą skrypt R w otwartym oprogramowaniu RStudio do analizy dużych zbiorów danych uzyskanych z eksperymentów z szeregami czasowymi.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Raport opisuje metodę wykorzystującą skrypt R w otwartym oprogramowaniu RStudio do analizy dużych zbiorów danych uzyskanych z eksperymentów z szeregami czasowymi.
Duże zbiory danych są coraz powszechniejsze w dziedzinie nauki. Ważne jest, aby opracowywać przyjazne użytkownikowi narzędzia, które pozwolą badaczom łatwo analizować te duże zbiory danych. Tutaj przedstawiamy metodę z użyciem skryptu R w otwartoźródłowym oprogramowaniu RStudio do analizy dużych zbiorów danych uzyskanych z eksperymentów z szeregami czasowymi. Ta metoda wymaga minimalnego wkładu użytkownika, co pozwala na jej korzystanie także z początkującym, który nie ma wcześniejszej wiedzy o R ani doświadczenia programistycznego. Szczegółowe instrukcje opisane tutaj oraz w skrypcie R dodatkowo pomogą użytkownikom, jak korzystać z tej metody. Dane wejściowe i wyniki wyjściowe są przechowywane w tym samym folderze komputera lokalnego, co umożliwia przeprowadzenie analizy w dowolnym miejscu i o każdej porze. Wyniki wyjściowe są organizowane w folderach dla łatwej interpretacji i można je wygodnie przetwarzać, aby generować liczby do publikacji. Metoda ta została z powodzeniem wykorzystana do analizy danych zegara okołodobowego oraz danych o wybuchach reaktywnych szczepów tlenu, obie zawierające duże zbiory danych z eksperymentów szeregów czasowych w formacie płyt 96-dołowych. Uważamy, że ta metoda stanowi proste i skuteczne rozwiązanie dla badaczy do analizy podobnych dużych zbiorów danych uzyskanych w ramach eksperymentów z szeregami czasowymi.
Wraz ze wzrostem dostępności dużych zbiorów danych w dziedzinie nauki, ważne jest opracowanie przyjaznych użytkownikowi narzędzi, które pozwolą badaczom szybko i łatwo analizować te duże zbiory. Jednym z typów powszechnie dużych zbiorów danych jest wykorzystanie genu lucyferazy jako reportera, co umożliwiło łatwe, ciągłe i nieinwazyjne badanie ekspresji genów w żywych komórkach i organizmach. Automatyzacja w rejestrowaniu luminescencji zrewolucjonizowała pomiar luminescencji lunescencji lunescencji i doprowadziła do rozszerzenia zbioru danych, szczególnie w polu zegara okołodobowego 1,2. Korzystając z mikropłyt z 96 dołkami oraz automatycznego czytnika płyt ze stosownikiem, tysiące próbek ekspresujących gen lucyferazy można indywidualnie badać w szeregach czasowych, czasem co godzinę przez kilka dni, w jednym eksperymencie. Takie eksperymenty o wysokiej przepustowości doprowadziły do powstania dużych zbiorów danych, których tradycyjne eksperymenty ekspresji genów z użyciem pobierania próbek ręcznych, a następnie przetwarzania RNA, nie były w stanie osiągnąć. Analiza tak dużych zbiorów danych w odpowiednim czasie jest ważna, ale może być wyzwaniem.
Chociaż istnieje wiele narzędzi do analizy danych pod kątem rytmiczności, wiele z nich analizuje testy oparte na zachowaniu zwierząt, a nie na ekspresji reporterowej luminescencji 3,4,5,6,7 (Tabela Uzupełniająca S1). Niektóre narzędzia wymagają od badaczy wcześniejszych umiejętności programowania, takich jak znajomość Pythona lub dostęp do MATLAB-a. Inne narzędzia wymagają zakupu oprogramowania, co może być kosztowne. Dostępne są darmowe, praktyczne rozwiązania online. Jednym z takich narzędzi jest BioDare28, które oferuje różnorodne metody analizy danych o rytmiczności. BioDare2 to przyjazne dla użytkownika narzędzie online, które wymaga minimalnej wiedzy obliczeniowej. Użytkownicy muszą przesyłać dane wejściowe online oraz pobierać dane wyjściowe z interfejsu online do dalszego przetwarzania.
Prezentujemy tutaj przyjazne dla użytkownika skrypty R z wieloma możliwościami łatwej analizy dużych zbiorów danych. Korzystamy z darmowego, otwartoźródłowego oprogramowania RStudio9, interfejsu dla R i Pythona, do uruchamiania skryptów. RStudio może być używane na różnych systemach komputerowych, w tym Windows, Mac i Linux. W tym raporcie przedstawiono szczegółowe instrukcje krok po kroku, które pomogą użytkownikom korzystać ze skryptów R, szczególnie w sekcjach protokołu 1 i 2. Ta metoda wymaga minimalnego wkładu użytkownika. Początkujący, który nie posiada wcześniejszej wiedzy o R i nie ma doświadczenia programistycznego, będzie mógł wykorzystać tę metodę do analizy dużych zbiorów danych z testów lucyferazowych lub innych typów zbiorów danych z danymi z szeregów czasowych. Wszystkie dane wejściowe i wyjściowe są przechowywane na komputerze lokalnym, dzięki czemu analiza może być przeprowadzona w dowolnym miejscu bez ograniczeń dostępu do internetu, gdy wszystkie odpowiednie pakiety R zostaną po raz pierwszy pobrane. Dane wyjściowe są sortowane w dobrze zorganizowane foldery, a wyniki gotowe do przetworzenia do publikacji. Analize statystyczne są również uwzględniane jako część wyników, aby umożliwić szybką ocenę różnic między próbami. W ten sposób metoda R mogłaby stanowić łatwe i skuteczne rozwiązanie dla badaczy w analizie dużych zbiorów danych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Analiza zegara okołodobowego oparta na lucyferazach
2. Analiza ROS oparta na luminolu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Studium przypadku 1. Badanie luminescencji aktywności zegara dobowego z sadzonkami Arabidopsis
Wcześniej wykazaliśmy, że gen GLYCINE-BOGATY W BIAŁKO WIĄŻĄCE RNA 7 (GRP7) jest kontrolowany przez białko zegara głównego CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1), a ekspresja okołodobowa GRP7 jest istotna ze względu na jego rolę w obronie roślin, wykorzystując transgeniczne rośliny Col-0 ekspresujące reporter lucyferazy pod kontrolą promotora GRP7 typu...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Prezentujemy tutaj scenariusze R w RStudio, aby zapewnić przyjazną dla użytkownika metodę analizy danych na dużą skalę uzyskanych z eksperymentów z 96-dołkowymi szeregami czasowymi. Ta metoda pozwoliła nam szybko i łatwo analizować dane rejestrujące luminescencję uzyskane z tysięcy próbek w eksperymentach z szeregami czasowymi, aby ocenić aktywność zegara okołodobowego od sadzonek roślin po kultury komórek ssaków, a także dane z testów ROS.
BioDare2 to darmowe repozytorium, które dość często j...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konfliktów interesów do ujawnienia.
Dziękujemy członkom laboratorium Lu za pomoc w tej pracy. Dziękujemy Min Gao i Matthew Fabianowi za wykorzystanie ich nieprzetworzonych danych oraz Benjaminowi Harrisowi za pomoc i/lub wskazówki przy tworzeniu tego skryptu R. Dziękujemy Johnowi B. Hogeneschowi z Cincinnati Children's Hospital Medical Center za udostępnienie danych o luminescencji komórek ssaków w przypadku studium 2. Dziękujemy także Johnowi B. Hogeneschowi, Andrew Millarowi z Uniwersytetu Edynburskiego oraz Mary Harrington ze Smith College za pomocne dyskusje podczas opracowywania tej metody. Prace te były częściowo wspierane grantami od National Science Foundation, NSF 1456140 oraz NSF 2223886 dla Hua Lu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| R | Projekt R | https://www.r-project.org/ | Darmowa, otwartoźródłowa platforma, którą można pobrać z internetu i wykorzystać do kodowania, zwłaszcza do celów statystycznych. |
| Rstudio | Oprogramowanie Posit | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Darmowe oprogramowanie, które można pobrać z internetu, zapewniając bardziej przyjazny dostęp do R. |
| MetaCycle | Gang Wu, Xavier Li, Matthew Carlucci, Ron Anafi, Michael Hughes, Karl Kornacker i John Hogenesch | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | Algorytm ARSER z pakietu MetaCycle służy do oceny parametrów zegara, okresu, fazy i amplitudy. |
| ggplot2 | Oprogramowanie Posit | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | Tworzy wizualizacje danych, szczególnie do grafik statystycznych. |
| dplyr | Oprogramowanie Posit | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | Podstawowa biblioteka R do efektywnej manipulacji danymi. |
| Magrittr | Oprogramowanie Posit | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | Zapewnia zestaw operatorów poprawiających czytelność kodu i ułatwiających naturalny przepływ operacji danych. |
| stringr | Oprogramowanie Posit | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | Zapewnia spójny, prosty i łatwy w użyciu zestaw funkcji do pracy ze znakami znaków. |
| ciągi plików | Rory Nolan i Sergi Padilla-Parra | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | Zapewnia wygodne funkcje do manipulacji plikami i ciągami znaków, szczególnie tych związanych z nazwami plików i ścieżkami. |
| okrągły | Ulric Lund, Claudio Agostinelli, Hiroyoshi Arai, Alessando Gagliardi, Eduardo Garcí a-Portugu i eacute; s, Dimitri Giunchi, Jean-Olivier Irisson, Matthew Pocernich i Federico Rotolo | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | Zapewnia analizę statystyczną i graficzne przedstawienie danych kołowych. |
| AICcmodavg | Marc J. Mazerolle | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | Tworzy tabele wyboru modelu na podstawie kryterium informacyjnego Akaike (AIC) oraz powiązanych informacji. |
| Miotła | Oprogramowanie Posit | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | Konwertuje wyniki różnych modeli statystycznych i obiektów na "tidy" tibbles (nowoczesny format ramek danych), ułatwiając pracę, analizę i wizualizację wyników modelu. |
| Maszyna autoklawowa | Steris Amsco Eagle Century SG120 Scientific, Inc. | 8901400012 | Nośniki autoklawowe |
| Okap do spalin chemicznych | Projektowanie i projektowanie laboratoriów Supply | Wysterylizuj nasiona | |
| Omega Luminescence Reader | BMG LABTECH, Inc. | czytnik tablic | |
| Szafa laminarna | NuAire Nu-408FM-400 | Klasa II/TypeA | Przenieś sadzonki na płytę 96-dołową |
| Mikropłytki z 96 dołkami | Perkin-Elmer | OptiPlate-96 | Uprawiaj sadzonki do testu lucyferazowego |
| Flg22 | GenScript Inc. | RP19986 | Elektor z bakteryjnej wicicy. |
| Elf26 | Alpha Diagnostic Intl. Inc. | 2427 | Elektor z translacji bakteryjnej Czynnik Elongation Factor-Tu. |
| D-Lucyferyna świetliczka, sól potasowa | Biosyntetyczna chemia i Biologia | L-8220 | Podłoże z lucyferazy |
| L-012 (Luminol) | Fisher Scientific | NC0733364 | Odczynnik do testu ROS |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.