Evoluția secvențelor de reglementare conduce la evoluția speciilor • Elena Naimark • Știința științifică despre "Elemente" • Genetica, evoluția

Evoluția secvențelor de reglementare conduce la evoluția speciilor.

Metodele moderne vă permit să vedeți expresia mai multor gene în celulă. În această fotografie a unui embrion Drosophila, "geografia" activității genelor timpurii de dezvoltare, inclusiv cele de reglementare, este prezentată în culori diferite. Una din aceste gene SOG – S-au detectat amplificatoare de umbre. Fotografie de la www.drosophila-images.org

Oamenii de stiinta americani care lucreaza cu genomul embrionilor timpurii ai Drosophila au descoperit un nou tip de secvente nucleotidice de reglementare – imbunatatirea umbrelor. Efectul amplificatorilor de umbră este același cu cel al celor principali, dar poate fi detectat numai atunci când amplificatoarele principale sunt dezactivate. În plus, amplificatoarele de umbre sunt situate departe de genele pe care le reglează. Umbrele de intensificare mutați în medie de 1,6 ori mai repede decât cele principale. Variabilitatea largă sugerează implicarea mecanismelor de reglementare în speciație.

Michael S. Levine și colegii de la Universitatea din California din Berkeley (SUA) au raportat rezultatele unui studiu privind reglarea genelor timpurii de dezvoltare în Drosophila. Mesaj scurt în știință continuă seria de publicații ale acestei echipe de oameni de știință cu privire la acest subiect. Studiile sunt axate pe analiza reglării factorului de transcripție Dorsal (DL) și implicarea posibilă a mecanismelor de reglementare în speciație.Proteina DL este responsabilă pentru separarea laturilor ventrale și dorsale în embrionii timpurii ai Drosophila. A fost important să aflăm mai întâi care sunt genele care sunt incluse în acest factor de transcripție și, în al doilea rând, să se determine în secvența de nucleotide locurile de atașament la ADN, adică la locurile de legare.

Ambele probleme au fost rezolvate printr-o metodă Chip bine dezvoltată (vezi și aici). Denumirea metodei reprezintă imunoprecipitarea cromatinei (Chromatin ImmunoPrecipitation, ChIP), urmată de determinarea secvențelor ADN izolate pe microcipurile standard (chip). Cercetarea efectuată de Levin și de colegi a arătat că DL are sute de situri de legare împrăștiate în genom, adică activează expresia a sute de gene. În plus, printre situsurile de legare DL s-au numărat aproximativ patruzeci de amplificatori – grupuri de situsuri de legare a factorilor de transcripție care sporesc exprimarea unei gene unice (într-un sens larg, site-ul unic de legare al factorului de transcripție este uneori numit amplificator). Adică, amplificatoarele sunt elemente de reglementare non-codificatoare care sporesc semnificativ transcripția genei. A fost posibilă confirmarea funcționalității amplificatoarelor cu ajutorul embrionilor mutanți transgenici special concepuți cu segmente ADN suspecte cu handicap.Cu ajutorul acestor mutanți, oamenii de știință au dat seama care dintre secvențele de nucleotide funcționează ca amplificatori DL.

Dar sa dovedit că genele subordonate DL nu pot fi chiar una câte una, ci două amplificatoare. De regulă, amplificatoarele sunt situate în apropierea (câteva mii de perechi de baze) începutul citirii genei, în regiuni necodificate ale genomului. Dar, în cazul genelor dependente de DL, amplificatorii lor pot fi localizați destul de departe, în zeci de mii de perechi de baze de la începutul lecturii, și aproape de alte, sau chiar în interiorul, indiferente față de genele DL. Asemenea amplificatoare neobișnuite au fost numite umbre. Umbrele de intensificare sunt atribuite, de exemplu, genelor dependente de DL. Brinker și SOG (gastrulare scurtă), responsabilă de creșterea și formarea de organe în dezvoltarea timpurie a embrionului. Genele vecine cu substanțe de întărire a umbrelor încep să fie exprimate deja în etapele ulterioare ale dezvoltării embrionilor, deci este evident că factorul de transcriere DL nu are nimic de-a face cu ei. Prin dezactivarea principalilor amplificatori prin mutații, oamenii de știință au arătat că gemenii lor ascunși definesc un model mai mult sau mai puțin similar de exprimare a genei.

Se arată cartografierea secvențelor nucleotidicecă citirea a treia sau chiar a jumătății de gene reglate de factorul de transcripție DL poate depinde într-un fel sau altul de implicarea amplificatoarelor de umbre. Structura elementelor de întărire a umbrelor este în multe privințe similară cu cele principale, dar există încă diferențe. Deci, principalii stimulatori pentru Brinker conțin locurile de legare pentru cei trei factori de transcripție, în timp ce perechile DL și Twist (asociate cu DL este un alt factor de transcripție) sunt stabile, iar cel de-al treilea situs cu o secvență nucleotidică stabilă (motivul) CAGGTAG nu este asociat cu aceste două. În enhancerul de umbră, s-a descoperit că secvența CAGGTAG este asociată cu DL. Pentru gena SOG amplificatoarele principale nu conțin site-uri de legare Twist, dar se găsesc în agenți de îmbunătățire a umbrelor și sunt împerecheate cu DL și asociate cu CAGGTAG.

Poziția situsurilor de legare a celor trei factori de transcripție ai genelor Brinker și SOG. Linii punctate înrădăcinate, miez și umbră. Se poate observa că structura amplificatoarelor principale și a umbrelor este diferită. Fig. din materiale suplimentare la articolul discutat înștiință

Pentru a evalua variabilitatea amplificatoarelor, oamenii de știință au construit cladograme din 12 specii Drosophila strâns legate, separat pentru motive umbroase și de bază. Cladograme construite pentru amplificatoare Brinkerși pentru potențiatori SOG. Și mai departe pe lungimea cladogramelor obținute, a fost estimată rata de mutație a amplificatoarelor principale și a umbrelor. S-a dovedit că amplificatorii de umbră au suferit mutații de 1,6 ori mai frecvent decât cei principali: Brinker – de 1,8 ori SOG – de 1,4 ori.

Aceasta înseamnă că agenții de îmbunătățire a umbrelor sunt mai volatili și, prin urmare, furnizează mai mult material pentru selecția naturală. Ei pot schimba locurile de muncă și activitatea factorilor de transcripție, ajustând sistemele organismului în condiții noi. Oamenii de știință sugerează că intensificatorii de umbră pot apărea ca urmare a duplicării regiunilor necodificate ale genomului. Mutațiile fără mutații în duplicat nu vor afecta expresia genelor în nici un fel, deoarece funcționarea normală a genelor este susținută de amplificatori majori. Mutațiile utile în acest caz pot fi o schimbare sau începeți să lucrați în condiții instabile sau noi. Prin urmare, apariția unei noi copii a regiunii de reglementare poate fi etapa inițială a speciei.

Acesta este un studiu extrem de tehnologic și dureros, cuprinde o combinație de mai multe tehnici și pași. Aici și imunoprecipitarea cromatinei, aici și determinarea secvențelor de nucleotide, apoi obținerea de embrioni cu mutațiile dorite, analizarea expresiei proteinelor în acești embrioni,Bioinformatica cu bibliotecile de gene si cai metabolice, cladogramă de constructii … In timp ce acesta este un mod foarte complex, cu o mulțime de obstacole potențiale, dar aceasta conduce la o înțelegere a rolului real al secvențelor de reglementare în mijloacele de existență ale organismelor și evoluția lor.

Sursa: Joung-Woo Hong, David A. Hendrix, Michael S. Levine. Umbrele de îmbunătățire ca sursă de noutate evolutivă știință. 5 septembrie 2008. V. 321. P. 1314. DOI: 10.1126 / science.1160631.

Vezi și:
1) Gregory A. Wray, Cortney C. Babbitt. Reglarea genei reglabile // știință. 5 septembrie 2008. V. 321. p. 1300-1301.
2) F. Biemar și colab. Identificarea completă a Drosophila genele dorsal-ventrale de modelare folosind o matrice de placare a genomului întreg // Proceedings ale Academiei Naționale de Științe din SUA (2006). V. 103. P. 12763-12768.
3) J. Zeitlinger și colab. Analiza întregului genom Chip-chip a Dorsal, Twist și Snail sugerează integrarea diverselor procese de modelare în Drosophila embrion / Genele și dezvoltarea (2007). V. 21. P. 385-390.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: