TŁO: Ultrakonserwatywne elementy DNA zostały zidentyfikowane w genomach kręgowców i genomach bezkręgowców. Stwierdzono, że elementy te mają różnorodne funkcje, w tym aktywność wzmacniającą w procesach rozwojowych. Ewolucyjne pochodzenie ewolucyjne pochodzenie i funkcjonalne role tych elementów w systemach komórkowych, jednak nie zostały jeszcze określone. WYNIKI: Tutaj zidentyfikowaliśmy szeroki zakres ultrakonserwowanych elementów wspólnych dla odległych gatunków, od prymitywnych organizmów wodnych po gatunki lądowe o skomplikowanymi układami ciała, w tym kilka nowych elementów zachowanych w muszce owocowej i człowieka. Oprócz dobrze znanego związku z genami rozwojowymi, te elementy DNA mają silny związek z genami zaangażowanymi w podstawowe funkcje komórek, takie jak regulacja epigenetyczna, apoptoza, detoksykacja, wrodzona odporność i odbiór sensoryczny. odporność i odbiór sensoryczny. Co ciekawe, zaobserwowaliśmy, że ultrakonserwowane elementy grupowały się według podobieństwa sekwencji. Ponadto, skład gatunkowy i flankujące geny klastrów wykazywały wzorce specyficzne dla linii. Elementy ultrakonserwatywne są wysoce wzbogacone o miejsca wiązania z rozwojowymi czynnikami transkrypcyjnymi czynników transkrypcyjnych, niezależnie od sposobu ich grupowania. WNIOSEK: Zidentyfikowaliśmy dużą liczbę elementów ultrakonserwatywnych u odległych gatunków. odległych gatunków. Wydaje się, że określone klasy tych konserwowanych elementów zostały wygenerowane przed dywergencją taksonów i utrwalone podczas procesu ewolucji. ewolucji. Nasze odkrycia wskazują, że te ultra-zachowane elementy nie są wyłączną własnością wyższych współczesnych eukariontów, ale raczej przekazywane od ich metazoicznych przodków. --- Kooptacja modułów cis-regulacyjnych została zasugerowana jako mechanizm ewolucji miejsc ekspresji podczas rozwoju. Jednak zakres i mechanizmy mechanizmy zaangażowane w mobilizację modułów cis-regulacyjnych pozostają nieuchwytne. Aby prześledzić historię niekodujących elementów, które mogą reprezentować kandydujące przodków modułów cis-regulacyjnych potwierdzonych podczas ewolucji strunowców, przeszukaliśmy w genomach osłonic i kręgowców (Olfactores). Po raz pierwszy zidentyfikowaliśmy 183 niekodujące sekwencje, które są wysoce zachowane między tymi dwiema grupami. Nasze wyniki pokazują, że wszystkie elementy z wyjątkiem jednego są konserwowane w regionach niesyntenicznych między genomami kręgowców i osłonic, podczas gdy będąc syntenicznymi wśród kręgowców. Niemniej jednak, we wszystkich grupach są one znacząco związane z czynnikami transkrypcyjnymi wykazującymi specyficzne funkcje podstawowe dla rozwoju zwierząt, takie jak rozwój organizmów wielokomórkowych i specyficzne dla sekwencji wiązanie DNA. Większość tych regionów mapuje się na ultrakonserwowane elementy i wykazujemy, że mogą one działać jako funkcjonalne wzmacniacze w organizmie pochodzenia, a także w eksperymentach transgenezy krzyżowej. i że są one transkrybowane u istniejących gatunków Olfactores. My nazywamy "zachowanymi niekodującymi elementami Olfactores". --- Zbadaliśmy dystrybucję w pełni konserwatywnych, niezgrupowanych bloków w genomowych wyrównaniach parami niedawno ukończonych gatunków Drosophila: D. melanogaster, D. yakuba, D. ananassae, D. pseudoobscura, D. virilis i D. mojavensis. Na podstawie tych rozkładów stwierdziliśmy, że prawie każda funkcjonalna kategoria sekwencji posiada swój własny charakterystyczny wzorzec zachowania, czasami niezależny od ogólnego poziomu zachowania sekwencji. W regionach kodujących i regionach regulatorowych niezakodowane bloki były dłuższe niż w intronach, UTR, i sekwencjach niefunkcjonalnych. Jednocześnie bloki w regionach kodujących niosły sygnaturę 3N + 2 charakterystyczną dla substytucji synonimicznych w pozycji pozycji trzeciego kodonu. Większe rozmiary bloków w regionach regulatorowych transkrypcji można można wyjaśnić obecnością konserwowanych tablic miejsc wiązania dla czynników transkrypcyjnych. czynników transkrypcyjnych. Wykazaliśmy również, że najdłuższe niezgrupowane bloki, lub "ultrakonserwowane" sekwencje, są związane z określonymi grupami genów, w tym kodującymi kanały jonowe i składniki cytoszkieletu. Omawiamy, w jaki sposób w mapowaniu funkcjonalnych kategorii sekwencji i poprawie adnotacji genomu. sekwencji funkcjonalnych i poprawić anotację genomu. --- Przeprowadziliśmy kompleksowe poszukiwania konserwatywnych elementów w genomach kręgowców genomach kręgowców, wykorzystując wielokrotne wyrównania genomów pięciu gatunków kręgowców (człowiek, mysz, szczur, kurczak i Fugu rubripes). Równoległe wyszukiwania zostały przeprowadzono z wielokrotnymi wyrównaniami czterech gatunków owadów (trzy gatunki Drosophila i Anopheles gambiae), dwóch gatunków Caenorhabditis i siedmiu gatunków Saccharomyces. gatunków Saccharomyces. Zachowane elementy zostały zidentyfikowane za pomocą program o nazwie phastCons, który opiera się na dwustanowym filogenetycznym ukrytym modelu Markowa (phylo-HM). Markowa (phylo-HMM). PhastCons działa poprzez dopasowanie phylo-HMM do danych przez maksymalne prawdopodobieństwo, z zastrzeżeniem ograniczeń mających na celu kalibrację modelu w grupach gatunków, a następnie przewidywanie konserwowanych elementów na podstawie tego modelu. modelu. Przewidywane elementy obejmują około 3%-8% ludzkiego genomu (w zależności od szczegółów procedury kalibracji). od szczegółów procedury kalibracji) i znacznie wyższe frakcje bardziej zwartych genomów Drosophila melanogaster (37%-53%), Caenorhabditis elegans (18%-37%) i Saccharaomyces cerevisiae (47%-68%). Od drożdży do kręgowców, w kolejności rosnącego rozmiaru genomu i ogólnej biologicznej złożoności, coraz większe frakcje konserwowanych zasad znajdują się poza eksonów znanych genów kodujących białka. We wszystkich grupach najbardziej konserwowane elementy (HCE), według wyniku log-odds, mają setki lub tysiące zasad długości. Elementy te dzielą pewne właściwości z elementami ultrakonserwowanymi, ale są zwykle dłuższe i mniej doskonale konserwowane, a także pokrywają się z genami nieco różnych kategorii funkcjonalnych. U kręgowców elementy HCE są związane z z 3' UTR genów regulatorowych, stabilnymi pustyniami genowymi i regionami o wielkości megabazy regionami bogatymi w umiarkowanie konserwatywne sekwencje niekodujące. Niekodujące HCE również wykazują również silne statystyczne dowody na wzbogacenie struktury drugorzędowej RNA. --- W niedawnym badaniu, w którym zidentyfikowano wysoce konserwowane ewolucyjnie sekwencje w trzech genomach trzech genomach gatunków Diptera opisaliśmy ultrakonserwatywny element znaleziony w wewnętrznym połączeniu egzon-intron genu homothorax (hth) Drosophila melanogaster, który wydaje się być zaangażowany w kontrolę pre-mRNA hth. który wydaje się być zaangażowany w kontrolę splicingu pre-mRNA hth. My omówiliśmy również możliwą rolę drugorzędowej struktury RNA w tym miejscu w regulacji regulacji splicingu hth pre-mRNA. W tym raporcie identyfikujemy krótszy ewolucyjnie konserwowany element intronowy w obrębie genu hth, który znajduje się za pierwszym elementem i jest z nim komplementarny pod względem sekwencji. My wykazujemy, że wewnątrzcząsteczkowe interakcje między tymi dwoma elementami doprowadzić do powstania alternatywnych struktur drugorzędowych RNA, co z kolei może skutkować zróżnicowaną kontrolę splicingu pre-mRNA homothorax. Dostarczamy również dodatkowe porównawcze dane genomiczne z kilku nowo dostępnych genomów owadów, wspierające nasz pierwotny wniosek, że te konserwatywne elementy są ważne w posttranskrypcyjnej regulacji potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów homothorax u Diptera. --- Wyrównywanie i porównywanie sekwencji genomowych umożliwia identyfikację sygnatur sekwencji sygnatur sekwencji i może wzbogacić się o kodujące i niekodujące regiony funkcjonalne. U kręgowców porównanie genomów człowieka i gryzoni oraz porównanie ewolucyjnie odległych genomów, takich jak genom człowieka i genom morświnów. ewolucyjnie odległych genomów, takich jak ludzki i rozdymki, zidentyfikowały specyficzne zestawy "ultra-zachowanych" elementów sekwencji związanych z kontrolą wczesnego rozwoju. wczesnego rozwoju. Czy jest to jednak tylko wierzchołek "góry lodowej ochrony"? czy też sekwencje te reprezentują specyficzną klasę elementów regulacyjnych? Badania na regionie genu phox2b u danio pręgowanego i projekt ENCODE sugerują, że wiele elementów regulacyjnych elementów regulatorowych nie jest wysoce konserwatywnych, co stawia intrygujące pytania dotyczące między zachowaniem sekwencji niekodujących a funkcją i ewolucją sekwencji regulatorowych. ewolucją sekwencji regulatorowych. --- Niedawno zidentyfikowaliśmy dużą liczbę sekwencji ultrakodujących (uc) w niekodujących regionach genomów człowieka, myszy i szczura. niekodujących regionach genomów człowieka, myszy i szczura, które wydają się być niezbędne dla ontogenezy kręgowców i owodniowców. Tutaj użyliśmy podobnych metod do identyfikacji ultra-zachowane regiony genomowe między gatunkami owadów Drosophila melanogaster i Drosophila pseudoobscura, a także bardziej odległymi gatunkami owadów Anopheles gambiae. Podobnie jak w przypadku kręgowców, ultra-zachowane sekwencje u owadów występują głównie w sekwencjach międzygenowych i intronowych oraz w połączeniach połączeniach intron-ekson. Sekwencje te są znacząco związane z genami kodującymi regulatory rozwoju i czynniki transkrypcyjne, ale są rzadsze występują rzadziej i mają mniejszy rozmiar niż u kręgowców. Najdłuższe identyczne, najdłuższe identyczne, nieaplikowane ortologiczne dopasowanie między trzema genomami znaleziono w obrębie homothorax (hth). Sekwencja ta obejmuje wewnętrzne połączenie egzon-intron, z większością zlokalizowaną w intronie i przewiduje się, że tworzy wysoce stabilną strukturę RNA z pętlą macierzystą. Ilościowa analiza PCR w czasie rzeczywistym różnych izoform splicingu hth i Northern blotting wykazały, że konserwowany element jest związany z wysoką częstością występowania retencji intronów w pre-mRNA hth, co sugeruje że konserwowany element intronowy jest krytycznie ważny w potranskrypcyjnej regulacji ekspresji hth u Diptera.
Wymień bezkręgowce, u których zidentyfikowano ultra-zachowane elementy.
Elementy ultrakonserwatywne zostały zidentyfikowane w następujących genomach bezkręgowców: osłonice, diptera, robaki i drożdże.