Исследование, появляясь 28 августа в в журнале Nature, выдерживает сравнение, как информация, закодированная в геномах трех разновидностей, «читается вслух», и как их ДНК и белки организованы в хромосомы.Результаты добавляют миллиарды записей в общедоступный архив функциональных геномных данных. Ученые могут использовать этот ресурс, чтобы обнаружить общие черты, которые относятся ко всем организмам.
Эти основные принципы, вероятно, предложат понимание того, как информация в геноме человека регулирует развитие, и как это ответственно за болезни.Исследования проводились двумя консорциумами ученых, среди которых исследователи от Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab). Оба усилия финансировались Национальным Научно-исследовательским институтом Генома человека Национальных Институтов Здоровья.Один из консорциумов, «образцовая Энциклопедия организма Элементов ДНК» (modENCODE) проект, каталогизировал функциональные геномные элементы у дрозофилы и круглого червя.
Сьюзен Селникер и Гэри Карпен из Подразделения Наук о жизни Berkeley Lab возглавили две исследовательских группы дрозофилы в этом консорциуме. Бен Браун, также с Подразделением Наук о жизни, участвовал в другом консорциуме, ЗАКОДИРУЙТЕ, чтобы определить функциональные элементы в геноме человека.Консорциумы обращаются к одному из больших вопросов в биологии сегодня: теперь, когда геном человека и много других геномов были упорядочены, как делает информацию, закодированную в геноме организма, делают организм, каково это?
Чтобы узнать, ученые изучали в течение прошлых нескольких лет геномы образцовых организмов, такие как дрозофила и круглый червь, которые меньше, чем наш геном, все же имеют много генов и биологических путей вместе с людьми. Это исследование привело к лучшему пониманию человеческой функции гена, развития и болезни.
Сравнение транскриптомовВо всех организмах информация, закодированная в геномах, расшифрована в молекулы РНК, которые или переведены на белки или использованы, чтобы выполнить функции в клетке. Коллекция молекул РНК, выраженных в клетке, известна как ее транскриптом, который может считаться «читавшим вслух» из генома.В исследовании, о котором объявляют сегодня, десятки ученых из нескольких учреждений искали сходства и различия в транскриптомах человека, круглого червя и дрозофилы.
Они использовали глубоко упорядочивающую технологию и биоинформатику, чтобы произвести большие суммы подобранных упорядочивающих РНК данных для трех разновидностей. Это включило 575 экспериментов, которые произвели больше чем 67 миллиардов последовательностей, читает.
Команда во главе с Celniker, с помощью от Брауна и ученых из нескольких других лабораторий, провела порцию дрозофилы этого исследования. Они нанесли на карту транскриптом организма в 30 моментах времени его развития. Они также исследовали, как экологические волнения, такие как тяжелые металлы, гербициды, кофеин, алкоголь и температура затрагивают транскриптом мухи. Результат – самый прекрасный анализ резолюции времени генома мухи, «читавшего вслух» до настоящего времени – и гора новых данных.
«Мы пошли от двух миллиардов, читает в исследовании, которое мы издали в 2011, к 20 миллиардам читает сегодня», говорит Селникер. «В результате мы нашли, что транскриптом намного более обширен и сложен, чем ранее мысль. У этого есть более длинные некодирующие РНК и больше покровителей».Когда ученые сравнили данные о транскриптоме из всех трех разновидностей, они обнаружили 16 соответствий модулей экспрессии гена процессам, таким как транскрипция и клеточное деление, которые сохранены у этих трех животных. Они также нашли подобный образец экспрессии гена на ранней стадии эмбрионального развития во всех трех организмах.
Эта работа описана в статье Nature, названной «Сравнительный анализ транскриптома через отдаленные разновидности».Сравнение хроматинаДругая группа, также состоящая из десятков ученых из нескольких учреждений, проанализировала хроматин, который является комбинацией ДНК и белков, которые организуют геном организма в хромосомы.
Хроматин влияет почти на каждый аспект функции генома.Karpen привел порцию дрозофилы этой работы с парком Медицинской школы Гарварда Peter, способствующим на стороне биоинформатики и ученых из нескольких других лабораторий, также участвующих.
Команда нанесла на карту распределение белков хроматина в геноме дрозофилы. Они также изучили, как химические модификации к белкам хроматина влияют на функции генома.
Их результаты были по сравнению с результатами человека и исследования хроматина круглого червя. В целом, группа произвела 800 новых наборов данных хроматина от различных клеточных линий и стадий развития трех разновидностей, доведя общее количество наборов данных к больше, чем 1400. Эти наборы данных представлены в статье Nature, названной «Сравнительный анализ организации хроматина многоклеточного».
Здесь снова, ученые нашли много сохраненных особенностей хроматина среди этих трех организмов. Они также нашли существенные различия, такой как в составе и местоположениях репрессивного хроматина.Но возможно самый большой научный дивиденд – сами данные.
«Мы сочли много понимания тем продолжением потребности», говорит Карпен. «И мы также значительно увеличили объем данных, к которому могут получить доступ другие. Эти наборы данных и исследования обеспечат богатый ресурс для сравнительных и определенных для разновидностей расследований того, как геномы, включая геном человека, функционируют».