В новой работе, опубликованной в воскресенье в журнале Nature, ученые изучали транскриптом — полную коллекцию РНК, продуцируемых геномом — на разных стадиях развития, в различных тканях, в клетках, растущих в культуре, и у мух, подвергшихся стрессу от загрязнители окружающей среды. Для этого они использовали современные технологии секвенирования, чтобы секвенировать все экспрессируемые РНК более детально, чем когда-либо прежде.В статье показано, что геном дрозофилы намного сложнее, чем предполагалось ранее, и предполагается, что то же самое будет верно и в отношении геномов других высших организмов.
В статье также сообщается о ряде новых конкретных результатов: небольшой набор генов, используемых в нервной системе, ответственен за непропорционально высокий уровень сложности; что длинные регуляторные и так называемые «антисмысловые» РНК особенно заметны во время развития гонад; что «факторы сплайсинга» (белки, которые контролируют созревание РНК путем сплайсинга) сами сплайсируются сложным образом; и что транскриптом Drosophila претерпевает большие и интересные изменения в ответ на стрессы окружающей среды.Невозможно переоценить важность Drosophila melanogaster как модельной системы. С его помощью около 100 лет назад были отработаны механизмы наследственности. Сегодня, когда биологи все больше осознают, насколько хорошо гены и важные жизненные процессы сохраняются на больших эволюционных расстояниях, мухи стали важнейшими инструментами для понимания биологии человека и болезней.
Исследования дрозофилы — это область, которая долгое время ассоциировалась с ИУ, начиная с Нобелевского лауреата Германа Дж. Мюллера.У IU есть 10 соавторов по статье из Биологического факультета Блумингтонского колледжа искусств и естественных наук и университетского центра геномики и биоинформатики.
Они включены в число соавторов 41 из 11 университетов и институтов, которые являются участниками проекта Энциклопедии элементов ДНК Национального института исследования генома человека, или modENCODE. Среди соавторов IU — заслуженный профессор биологии Питер Чербас, который помогал управлять обширным проектом, и заслуженный профессор биологии Том Кауфман, который помогал руководить разработкой проекта и производством биологических образцов.«Работа с modENCODE призвана обеспечить новую основу для исследований с использованием дрозофилы», — сказал Шербас. «Цель состоит в том, чтобы предоставить исследователям, работающим над определенными процессами, большую часть подробной справочной информации, которую они в противном случае должны были бы собрать для себя.«Как обычно в науке, мы ответили на ряд вопросов и подняли еще больше.
Например, мы идентифицировали 1468 новых генов, из которых 536 оказались в ранее не охарактеризованных зонах, свободных от генов».«Мы думаем, что эти результаты могут повлиять на исследования регуляции генов у всех животных», — сказал Кауфман. «Это исчерпывающее исследование также выявило ряд явлений, о которых ранее сообщалось только у млекопитающих, и уже одно это действительно говорит об универсальности Drosophila melanogaster в качестве модельного организма. Новая работа обеспечивает ряд новых потенциальных применений этой мощной модельной системы ».
В качестве примера они указали эксперименты по пертурбации, в ходе которых были выявлены новые гены и транскрипты. Новые гены были идентифицированы в экспериментах, где взрослые подвергались тепловому шоку, холодовому шоку, воздействию тяжелых металлов, наркотика кофеина и гербицида параквата, в то время как личинок лечили тяжелыми металлами, кофеином, этанолом или инсектицидом ротеноном.
Эти экологические стрессы привели к небольшим изменениям уровня экспрессии тысяч генов; и в одном сеансе лечения четыре смоделированных гена экспрессировались совершенно по-разному. В общей сложности 5249 моделей транскриптов для 811 генов были выявлены только в возмущенных условиях.
Как и мухи в этом новом исследовании, ученые, изучавшие инцидент с Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, обнаружили, что болотные рыбы, реагирующие на хроническое воздействие углеводородов, имели ряд экспрессионных реакций, выходящих за рамки пути теплового шока, включая понижающую регуляцию генов, кодирующих яичную скорлупу. и белки желтка, как и у мух. Увидеть, что этот ответ перекрывается между типами, означает, что консорциум, возможно, идентифицировал консервативный стрессовый ответ многоклеточных животных, включающий усиленный метаболизм и подавление генов, участвующих в воспроизводстве.