Использование машинного обучения для установления связи влияния перенесённых генов Agrobacterium rhizogenes с гормональным профилем и морфологическими признаками волосистых корней Centella asiatica

Волосистые корни образуются после интеграции в геном растения небольшого набора генов Agrobacterium rhizogenes. Мало что известно о том, как этот небольшой набор генов связан с их гормональным профилем, определяющим развитие, морфологию и уровни продукции вторичных метаболитов. Мы использовали культуральные линии волосистых корней Centella asiatica для определения предполагаемых связей между экспрессией генов rol и aux и морфологическими признаками, гормональным профилем и продукцией центеллозидов. Результаты, полученные через 14 и 28 дней культивирования, были обработаны с помощью многомерного анализа и методов машинного обучения, таких как случайный лес, метод опорных векторов, линейный дискриминантный анализ и нейронные сети. Это позволило получить модели, способные различать высокопродуктивные линии корней по уровням генетической экспрессии (гены rol и aux) или по их гормональному профилю. В сумме было оценено 12 гормонов, из которых 10 были удовлетворительно детектированы. Среди этих гормонов абсцизовая кислота (ABA) и цитокинин изопентенил аденозин (IPA) оказались ключевыми в определении морфологических признаков и содержания центеллозидов. Результаты показали, что IPA приносит больше преимуществ для биотехнологической платформы. Дополнительно мы определили степень влияния каждого оценённого гена на индивидуальный гормональный профиль, установив, что aux1 существенно влияет на профиль IPA, в то время как гены rol тесно связаны с профилем ABA. Наконец, мы экспериментально подтвердили влияние генов на эти два конкретных гормона с помощью фиддинговых экспериментов, направленных на обращение эффекта на морфологию корней и содержание центеллозидов.