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2010年12月22日,星期三

科学家揭示了果蝇和round虫基因组中生物活性的调控方式

今天,科学家发布了果蝇和round虫的功能基因组元件的目录:基因组中的DNA序列携带指令并确定在不同细胞中不同时间打开和关闭哪些基因。

最初作为人类基因组计划的一部分进行测序的果蝇,果蝇果蝇和the虫的秀丽隐杆线虫的基因组,是理解人类生物学和疾病的强大模型,因为许多功能基因组元件在很长的进化距离内都得到了保守。分离每个生物。科学家现在可以研究果蝇和round虫中人类也存在的功能基因组元件,以更好地了解人类基因组如何在健康和疾病中起作用。

国家卫生研究院主任Eric D. Green,医学博士说:“这些发现将使各地的科学家能够在果蝇和round虫中进行实验,以更好地了解这些动物的分子和生物活性之间的关系。” “我们从这些模型生物中学到的知识将大大有助于我们对人类健康和疾病的基因组基础的理解。”

报告这些新发现的论文将发表在12月24日的《科学》杂志上,由模型生物体DNA元素百科全书(modENCODE)联盟的成员撰写,该联盟由国家人类基因组研究所(NHGRI)资助,美国国立卫生研究院。此外,还将在《自然》,《基因组研究》和《基因组生物学》等期刊上在线发表十几篇modENCODE随附的论文。

果蝇和round虫modENCODE项目于2007年启动,以补充DNA元素联合体百科全书(ENCODE)项目所做的工作,该项目正在建立人类基因组功能基因组元件的综合目录。 2007年,ENCODE完成了一个试点项目,该项目开发了创新的方法和技术,可以在大约1%的人类基因组中找到功能性元素。

modENCODE项目利用了许多相同的工具,并开发了一些新工具,可用于果蝇和the虫的较小(因此更易于处理)的基因组。与研究人员不同,modENCODE研究人员可以对苍蝇或蠕虫进行基因实验,以验证其已鉴定功能元件的生物学相关性。

为了分析果蝇和round虫的基因组,研究人员研究了许多不同的细胞类型和发育阶段,以产生功能性基因组元件的目录。除了编码蛋白质的基因外,这些功能元件还包括非蛋白质编码基因;例如:控制基因转录的调控元件;以及介导染色体结构和动态的DNA序列。

在最新发表的论文中,果蝇和round虫研究人员报告了数百种新的蛋白质编码基因的发现。例如,在the虫基因组中,现在有证据表明,成千上万的新的和完善的基因转录本(来自产生蛋白质的基因的指令)以及成千上万的新的非蛋白质编码RNA(ncRNA),它们调节基因的表达。

“我们现在知道这些基因何时在生命周期中使用,以及越来越多地使用该基因在哪些细胞中使用,” the虫论文的高级作者,基因组部主任Robert H. Waterston博士说。科学,华盛顿大学在西雅图。 “将各个部分放在一起已经开始揭示基因如何协同作用以产生produce虫和果蝇的奇妙生物学。”

“鉴定成千上万的新基因转录本,大大增加了我们对果蝇中蛋白质库的了解,”果蝇论文的合著者,劳伦斯基因组动力学部负责人苏珊·塞尼克尔(Susan Celniker)博士说加州伯克利的伯克利国家实验室,也是鉴定果蝇RNA的项目负责人。 “我们的工作为研究发育,性别决定和衰老提供了新资源。”

研究人员还检查了每种生物整个生命周期中细胞中染色质的组织和结构。染色质是包裹DNA并调节基因组的哪些部分可被调节分子访问的调节蛋白,这些调节分子将遗传密码转化为细胞作用。两组都发现了与蛋白质编码基因调控相关的特定染色质特征。独特的染色质特征与打开或关闭基因的基因组不同区域相关。

“果蝇论文的高级作者兼计算机科学副教授” Manolis Kellis博士说:“染色质特征正在成为控制细胞活动的基因组调节部分的结构和功能的有力镜头。”麻省理工学院,剑桥。

接下来,为了确定负责控制生物体发育过程中何时打开基因以及使用组织基因的位点,研究人员搜索了蠕虫的基因组并在关键的发育阶段进行了飞行。最初,他们寻找转录因子-调节蛋白,通常在控制不同基因表达的特定组织中发现。他们发现,在这两种生物中,许多不同的调节蛋白都与两种生物的基因组相同,重叠的区域结合,它们被称为高度占据的靶标(HOT)。

该网络的第一作者马克·格斯坦(Mark Gerstein)博士说:“与线性零件清单相比,网络给基因组的看法有所不同,并可能提供一种将许多染色体元件连接在一起的方式,从而使我们能够洞察基因组的功能。” worm虫纸和生物医学信息学教授,耶鲁大学,康涅狄格州纽黑文市。

能够将果蝇和round虫基因组的功能数据结合在一起的能力使研究人员能够构建预测模型,将预测元件与特定生命阶段中基因表达的变化联系起来。研究人员能够使用这些组合数据来预测数千个基因的功能和表达。

“从转录组到染色质再到非编码RNA和DNA复制的数据整合,结合成网络,极大地增加了研究人员可获得的有关基因组的信息,并为深入的功能研究奠定了基础。”果蝇纸,加里·卡彭(Gary Karpen)博士,加州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室生命科学部主任。

国家卫生研究院负责ENCODE和modENCODE项目的计划主任Elise Feingold博士说:“ modENCODE的结果使科学家能够开始阅读基因组序列,从字母列表到描绘单词和标点符号。”

彼得·古德博士补充说:“要使这项工作取得成功,就需要各小组之间进行高度的协调和团队合作,以便能够对这些出版物中提供的数据进行综合和高层次的观察。”用于ENCODE和modENCODE项目。

明年,modENCODE研究人员将努力确定其他功能基因组元件,以扩展各自的目录。此外,科学家们希望通过组合和比较蠕虫,苍蝇和人类的数据,进一步了解每个基因组中的功能元件和调控原理,并获得对人类健康和疾病的新见解。

该项目的数据在生成后会迅速发布,可从modENCODE数据协调中心(http://www.modencode.org)和modeMINE数据仓库(http://www.modmine.org)。

有关NHGRI的modENCODE项目的更多信息,请访问 www.genome.gov/modENCODE。有关ENCODE项目的更多信息,请访问 www.genome.gov/ENCODE.

国家卫生研究院是卫生与公共服务部下属机构NIH的27个研究所和中心之一。 国家卫生研究院校外研究部为全国各地的研究,培训和职业发展提供补助。有关NHGRI的其他信息,请访问其网站, www.genome.gov.

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