Med forskning i plantebiologi "på et tippepunkt", i ord fra en ledende etterforsker, har to banebrytende innsats fra forskere som er interessert i å gjøre sammenligninger på tvers av og innenfor sekvenserte plantegenom, blitt gitt et betydelig finansieringsøkning og tillitsstemme fra National Science Stiftelse (NSF).

NSF har kunngjort at de vil gi en ny forskningspris for å finansiere et prosjekt kalt Gramene for en 5-års periode. De to foregående prisene til Gramene av NSF var i 4-års sykluser. I forbindelse med den nye tildelingen vil NSF stille nye midler tilgjengelig til Gramene-prosjektet for å utvikle et Plant Reactome, som tjener til å øke Gramenes funksjonalitet. Plant Reactome vil bli modellert basert på Human Reactome-prosjektrammen utviklet for det menneskelige genomet, og finansiert av National Institutes of Health (NIH), som vil bli med NSF for å støtte denne delen av arbeidet.

Doreen Ware, doktorgrad, fra det amerikanske landbruksdepartementet (USDA) Agricultural Research Service (ARS) og en adjunkt førsteamanuensis ved Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), er hovedetterforsker for Gramene-prosjektet. Hun sier at den nye finansieringen er særlig betimelig gitt det akutte behovet for biologer å integrere unikt verdifulle, men ofte spredte biter av genomiske og relaterte data.

Det haster med å maksimere kunnskap hentet fra plantegenomdata er tydelig: avlingsoppdrettere står overfor utfordringen med å øke avkastningen for å holde tritt med den økende globale befolkningen, samt med miljøtrykk og endrede klimamønstre.

"Ved å feste ressurser som Gramene, " sier Ware, "bringer vi kunnskapen og skjulte innsikten som den ledende informasjonsteknologien synliggjør for å imøtekomme behovene som plantebiologer har for å generere stadig mer sofistikerte analyser av eksperimentelle data. "

Denne konvergensen av kuraterte data og smiingen av ny kunnskap om biologiske systemer - i tilfelle av Gramene, kunnskap om planter som ris, mais og andre avlinger som milliarder av mennesker stoler på for daglig næring - "er det som gjør Gramene, Reactome og relatert innsats viktig ikke bare for forskere, men for mennesker overalt, "sier Ware.

Både Gramene og Reactome er offentlige ressurser på nettet. Gramene har som formål å gi merverdier til fjell av innsamlede data om plantegenom. Det har ledet veien for å utvikle verktøy som har gjort det mulig for planteforskere over hele verden å sammenligne informasjon mellom planter. Dette er spesielt viktig på grunn av et funn som ble gjort da de aller første plantegenomene ble dekodet for over et tiår siden: det er slående likheter på tvers av arter. Faktisk er det bred bevaring i gressene (ris, mais, sorghum, bygg, havre, hvete og rug) selv i størrelsesorden gener over kromosomene.

Disse korrespondansene, der de finnes, gir verdifulle ledetråder om genfunksjon på tvers av arter - noe som gir et løft for planteforskere og oppdrettere i deres anstrengelser, for eksempel for å øke avlingene eller utvide en plantes rekkevidde. Gramene er også vertskap for genomene til bredbladede avlinger som soyabønne, tomat, poppel og vinrank, samt Arabidopsis, en mye studert ikke-avlingsplante som fungerer som en laboratoriemodell for avlinger. De siste årene har Gramene også innlemmet "lavere" plantegenom som mose og alger, som gir innsikt i tidlige hendelser i planteutvikling og tilpasning.

Utviklere av Gramene og Reactome, fremtredende inkludert Lincoln Stein, Ph.D., en leder innen bioinformatikk ved Ontario Institute for Cancer Research and CSHL, har vært i oppgaven med datakurasjon og integrering siden sekvenseringen av de første plantenes og dyregenomene .

"Mange av informasjonsressursene er fremdeles underutnyttet på grunn av fragmenteringen av datasettene og kanskje enda mer på grunn av mangel på verktøy for å skape meningsfulle forbindelser mellom dem, " sier Dr. Stein, en tidligere Gramene-hovedetterforsker som fortsatt er en senioretterforsker på prosjekt.

Reactome, utviklet av Dr. Stein og kolleger og støttet av NIH, Ontario Research Fund og EBI Industry Program, er en kuratert database over stier og reaksjoner, tilgjengelig gjennom visualiserings- og analyseverktøy. Det gjør det mulig for forskere å utføre veibaserte analyser av forskjellige arter, inkludert plantearter. I den nåværende iterasjonen av prosjektet er målet å generere et dedikert Plant Reactome-sted.

Dr. Pankaj Jaiswal fra Oregon State University, en leder innen plantebioinformatikk og en co-rektor-etterforsker av Gramene, bemerker at den nye finansieringsrunden vil gjøre det mulig for Gramene-utviklere å utvide med 20 antall plantegenom som er integrert i portalen, i tillegg som legge til nye evner for å studere genuttrykk, veier og nettverk.

"Blant målene våre er å effektivt levere integrerte datasett i hendene på plantegenetikere, molekylærbiologer og evolusjonsbiologer, så vel som planteoppdrettere og også studenter ved å tilby overbevisende, intuitive brukergrensesnitt, " sier Dr. Jaiswal. Det er ingen begrensninger for åndsverk på noen av Gramene-dataene. Dr. Jaiswals gruppe ved Oregon State University vil lede utviklingen av Plant Reactome i samarbeid med samarbeid fra Ware og Stein-laboratoriene.

Et annet Gramene-relatert verktøy kalles Gene Expression Atlas, en plattform som viser uttrykksprofiler utviklet ved EMBL-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI). Disse grensesnittene, sammen med andre, vil gi et integrert analysesystem bygd på strukturerte metadata og implementert gjennom et datakjem med høy kapasitet og avansert søkemotor.

Andre senioretterforskere som har inngått tette, nye samarbeid i Gramene-prosjektet inkluderer Crispin Taylor fra American Society of Plant Biologists (ASPB); og Helen Parkinson og Paul Kersey i EMBL-EBI.

Taylor forklarer at ASPBs spesifikke mål er å utvikle mekanismer for å lette sømløs integrering av dataobjekter i Gramene med tilhørende artikler publisert i ASPB-tidsskriftene The Plant Cell and Plant Physiology. "Dette er en ny tilnærming, " sier han, "som i tillegg til å gi viktige nye arenaer for oppdagbarhet av informasjon i tidsskriftartikler og databaser i plantevitenskapene, burde tjene som et overbevisende eksempel for andre fagområder."

Levert av Cold Spring Harbor Laboratory