В этом отчете описывается метод с использованием скрипта R в программном обеспечении с открытым исходным кодом RStudio для анализа крупномасштабных наборов данных, полученных в ходе экспериментов с временными рядами.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В этом отчете описывается метод с использованием скрипта R в программном обеспечении с открытым исходным кодом RStudio для анализа крупномасштабных наборов данных, полученных в ходе экспериментов с временными рядами.
Большие наборы данных становятся все более распространенными в научной сфере. Важно разработать удобные инструменты, которые позволят исследователям с легкостью анализировать эти большие наборы данных. Здесь мы представляем метод с использованием R-скрипта в программном обеспечении с открытым исходным кодом RStudio для анализа крупномасштабных наборов данных, полученных в ходе экспериментов с временными рядами. Этот метод требует минимального участия со стороны пользователя, что позволяет использовать его новичку, не имеющему предварительных знаний R или опыта программирования. Подробные инструкции, описанные здесь и в скрипте R, также помогут пользователям использовать этот метод. Входные данные и выходные результаты хранятся в одной папке локального компьютера, что позволяет проводить анализ в любом месте и в любое время. Выходные результаты упорядочиваются в папки для удобства интерпретации, и их можно удобно обрабатывать для создания рисунков для публикаций. Этот метод был успешно использован для анализа данных циркадных часов и данных о всплесках активных форм кислорода, которые содержат крупномасштабные наборы данных из экспериментов временных рядов в формате 96-луночных планшетов. Мы считаем, что этот метод обеспечивает легкое и мощное решение для исследователей при анализе подобных больших наборов данных, полученных в ходе экспериментов с временными рядами.
С увеличением доступности больших наборов данных в научной области важно разработать удобные инструменты, которые позволят исследователям быстро и легко анализировать эти большие наборы данных. Одним из типов общего большого набора данных является использование гена люциферазы в качестве репортера, что позволило легко, непрерывно и неинвазивно исследовать экспрессию генов в живых клетках и организмах. Автоматизация регистрации люминесценции трансформировала измерение люминесценции люциферазы и привела к расширению сбора данных, в частности, в поле циркадных часов 1,2. Используя 96-луночные микропланшеты и автоматический считыватель планшетов с укладчиком, тысячи образцов, экспрессирующих ген люциферазы, могут быть индивидуально проанализированы во временных рядах, иногда с интервалом в один час в течение нескольких дней, в одном эксперименте. Такие высокопроизводительные эксперименты привели к созданию больших наборов данных, которые не могли быть достигнуты традиционными экспериментами по экспрессии генов с использованием ручного сбора образцов с последующей обработкой РНК. Своевременный анализ таких больших наборов данных важен, но может быть сложной задачей.
Несмотря на то, что существует множество инструментов для анализа данных на ритмичность, многие из них анализируют анализы, основанные на поведении животных, а не на экспрессию люминесцентного репортера 3,4,5,6,7 (Дополнительная таблица S1). Некоторые инструменты требуют от исследователей предварительных навыков компьютерного программирования, таких как навыки Python или доступ к MATLAB. Другие инструменты требуют покупки программного обеспечения, что может быть дорогостоящим. Некоторые бесплатные рабочие решения доступны в Интернете. Одним из таких инструментов является BioDare28, который предлагает множество различных методов для анализа данных о ритмичности. BioDare2 — это удобный онлайн-инструмент, требующий минимальных вычислительных знаний. Пользователям необходимо выгружать входные данные в режиме онлайн и выгружать выходные данные из онлайн-интерфейса для дальнейшей обработки.
В этой статье мы представляем удобные R-скрипты с множеством возможностей для легкого анализа больших наборов данных. Для запуска скриптов мы используем бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом RStudio9, интерфейс для R и Python. RStudio можно использовать на различных компьютерных системах, включая Windows, Mac и Linux. В этом отчете представлены подробные пошаговые инструкции, которые помогут пользователям использовать скрипты R, в частности, в разделах протокола 1 и 2. Этот метод требует минимального вмешательства со стороны пользователя. Новичок, не обладающий предварительными знаниями R и не имеющий опыта программирования, должен уметь использовать этот метод для анализа больших наборов данных из анализов люциферазы или других типов наборов данных с данными временных рядов. Все входные и выходные данные хранятся на локальном компьютере, и, таким образом, анализ может быть выполнен в любом месте без ограничения доступа к Интернету после первой загрузки всех соответствующих пакетов R. Выходные данные сортируются по хорошо организованным папкам, а результаты готовы к обработке для публикации. Статистический анализ также включается в состав выходных данных для быстрой оценки различий между выборками. Таким образом, метод R может стать простым и мощным решением для исследователей при анализе больших наборов данных.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Анализ циркадных часов на основе люциферазы
2. Анализ АФК на основе люминола
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Пример из практики 1. Люминесцентный анализ активности циркадных часов на проростках арабидопсиса
Ранее мы показали, что ген ГЛИЦИН-БОГАТОГО РНК-СВЯЗЫВАЮЩЕГО БЕЛКА 7 (GRP7) контролируется белком мастер-часов CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1), а циркадная экспрессия GRP7 важна для его роли в защите растений, используя трансгенные растения Col-0, экспрессирующие репортер люциферазы под контролем промотора GRP7
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы представляем здесь использование скриптов R в RStudio, чтобы предоставить удобный для пользователя метод анализа крупномасштабных данных, полученных в экспериментах с временными рядами с 96-луночным форматом. Этот метод позволил нам быстро и легко анализировать данные люминесцентной записи, полученные из тысяч образцов в экспериментах с временными рядами, чтобы измерить активность циркадных часов от рассады растений до клеточных культур млекопитающих, в дополнение к данным анализов АФ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Мы благодарим сотрудников лаборатории Лу за помощь в этой работе. Мы благодарим Мин Гао и Мэтью Фабиана за использование их необработанных данных, а также Бенджамина Харриса за помощь и/или рекомендации в создании этого скрипта R. Мы благодарим Джона Б. Хогенеша из Медицинского центра детской больницы Цинциннати за предоставление данных люминесценции из клеток млекопитающих для Случая 2. Мы также благодарим Джона Б. Хогенеша, Эндрю Миллара из Эдинбургского университета и Мэри Харрингтон из Колледжа Смита за полезные обсуждения во время разработки этого метода. Эта работа была частично поддержана грантами от Национального научного фонда, NSF 1456140 и NSF 2223886 Хуа Лу.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| R | Проект R | https://www.r-project.org/ | Бесплатная платформа с открытым исходным кодом, которую можно скачать из интернета и использовать для написания кода, особенно для статистики. |
| Rstudio | Posit Software | https://posit.co/download/rstudio-desktop/ | Бесплатное программное обеспечение, которое можно скачать из интернета для более удобного доступа к R. |
| MetaCycle | Ган Ву, Ксавьер Ли, Мэттью Карлуччи, Рон Анафи, Майкл Хьюз, Карл Корнакер и Джон Хогенеш | https://cran.r-project.org/web/packages/MetaCycle/vignettes/implementation.html | Алгоритм ARSER пакета MetaCycle используется для оценки тактовых параметров, периода, фазы и амплитуды. |
| ggplot2 | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/ggplot2/index.html | Создаёт визуализации данных, особенно для статистической графики. |
| dplyr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/dplyr/index.html | Фундаментальная библиотека R для эффективной обработки данных. |
| magrittr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/magrittr/index.html | Предоставляет набор операторов для повышения читаемости кода и обеспечения более естественного потока операций с данными. |
| Stringr | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/stringr/index.html | Обеспечивает последовательный, простой и удобный набор функций для работы со строками символов. |
| Строки файлов | Рори Нолан и Серджи Падилья-Парра | https://cran.r-project.org/web/packages/filesstrings/index.html | Предоставляет удобные функции для обработки файлов и строк, особенно тех, что связаны с именами файлов и путями. |
| Циркуляр | Ульрик Лунд, Клаудио Агостинелли, Хиройоши Араи, Алессандо Гальярди, Эдуардо Гарк'юте; a-Португальский и острый; s, Димитри Джунки, Жан-Оливье Ириссон, Мэттью Почернич и Федерико Ротоло | https://cran.r-project.org/web/packages/circular/index.html | Обеспечивает статистический анализ и графическое представление циркулярных данных. |
| AICcmodavg | Марк Дж. Мазеролле | https://cran.r-project.org/web/packages/AICcmodavg/index.html | Создаёт таблицы выбора модели на основе информационного критерия Akaike (AIC) и связанной информации. |
| метла | Posit Software | https://cran.r-project.org/web/packages/broom/index.html | Преобразует результаты различных статистических моделей и объектов в «аккуратные» тиббли (современный формат кадров данных), что облегчает работу с результатами модели, анализировку и визуализацию. |
| Автоклавная машина | Steris Amsco Eagle Century SG120 Scientific, Inc. | 8901400012 | Автоклавные носители |
| Вытяжка химического выпарения | Проектирование лаборатории и проектирование Supply | Стерилизуйте семена | |
| Омега-люминесцентный читатель | BMG LABTECH, Inc. | Считыватель пластин | |
| Ламинарный потоковый шкаф | NuAire Nu-408FM-400 | Класс II/TypeA | Перенесите саженцы на пластину с 96 колодцями |
| Микропластины с 96 лунками | Перкин-Элмер | OptiPlate-96 | Выращивать всходы для анализа люциферазы |
| Flg22 | GenScript Inc. | RP19986 | Элицитор бактериального флагеллина. |
| Elf26 | Alpha Diagnostic Intl. Inc. | 2427 | Вывод бактериального перевода Фактор удлинения-Ту. |
| D-люциферин Firefly, калийная соль | Биосинтезаторная химия и Биология | L-8220 | Субстрат люциферазы |
| L-012 (Люминол) | Fisher Scientific | NC0733364 | Реагент для анализа ROS |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.