Исследование полной коллекции РНК плодовой мушки выявило беспрецедентную сложность

Ученые из Индианского университета в составе консорциума описали транскриптом плодовой мушки Drosophila melanogaster с беспрецедентной детализацией, идентифицировав тысячи новых генов, транскриптов и белков.

В новой работе, опубликованной в журнале Nature, ученые изучили транскриптом — полную коллекцию РНК, производимых геномом — на разных стадиях развития, в различных тканях, в культивируемых клетках и у мух, подвергнутых стрессу от загрязнителей окружающей среды. Для этого они использовали современные технологии секвенирования, чтобы секвенировать все экспрессированные РНК с большей детализацией, чем когда-либо прежде.

Исследование показывает, что геном Drosophila гораздо сложнее, чем предполагалось ранее, и позволяет предположить, что то же самое будет справедливо для геномов других высших организмов. В работе также сообщается о ряде новых конкретных результатов:

  • Небольшой набор генов, используемых в нервной системе, ответственен за непропорционально высокий уровень сложности.
  • Длинные регуляторные и так называемые "антисмысловые" РНК особенно заметны во время развития гонад.
  • "Факторы сплайсинга" (белки, контролирующие созревание РНК путем сплайсинга) сами подвергаются сложному сплайсингу.
  • Транскриптом Drosophila претерпевает значительные и интересные изменения в ответ на стресс окружающей среды.

Важность проекта и роль IU

Drosophila melanogaster является критически важной моделью для биологии. Индианский университет представлен 10 соавторами статьи из Департамента биологии Колледжа искусств и наук в Блумингтоне и Центра геномики и биоинформатики университета. Они входят в число 41 соавтора из 11 университетов и институтов — участников проекта modENCODE (Model Organism Encyclopedia of DNA Elements) Национального исследовательского института генома человека. Среди соавторов от IU — профессор-эмерит биологии Питер Чербас, помогавший управлять масштабным проектом, и заслуженный профессор биологии Том Кауфман, участвовавший в разработке дизайна проекта и производстве биологических образцов.

Ключевые выводы и заявления ученых

Питер Чербас отметил, что работа modENCODE призвана создать новую базовую основу для исследований с использованием Drosophila, предоставив ученым детальную фоновую информацию. Он указал, что в ходе работы было идентифицировано 1468 новых генов, из которых 536 расположены в ранее не охарактеризованных "свободных от генов" зонах.

Том Кауфман подчеркнул, что результаты могут повлиять на исследования регуляции генов у всех животных, а также выявили ряд явлений, ранее описанных только у млекопитающих, что говорит об универсальности Drosophila как модельного организма.

Пример открытий: реакция на стресс

Новые гены и транскрипты были идентифицированы в экспериментах с воздействием на мух различных стрессоров:

Эти воздействия привели к небольшим изменениям уровня экспрессии тысяч генов. В одном из воздействий четыре новых смоделированных гена экспрессировались совершенно иначе. Всего 5249 моделей транскриптов для 811 генов были обнаружены только в условиях стресса.

Ученые провели параллель с исследованием рыб в Мексиканском заливе после инцидента с Deepwater Horizon, у которых также наблюдалось подавление генов, кодирующих белки яичной скорлупы и желтка. Перекрытие ответа у столь разных организмов позволяет предположить, что консорциум, возможно, идентифицировал консервативный стрессовый ответ многоклеточных животных, включающий усиление метаболизма и подавление генов, вовлеченных в репродукцию.

2014-03-18