Czynniki wzrostu fibroblastów (Fgfs) kodują małe białka sygnałowe, które pomagają regulować kształtowanie zarodka. Fgf dzielą się na siedem rodzin, w tym FgfD. Bezkręgowce mają pojedynczy gen FgfD; ssaki mają trzy (Fgf8, Fgf17 i Fgf18); a teleosty mają ich sześć (fgf8a, fgf8b, fgf17, fgf18a, fgf18b, i fgf24). Jakie są procesy ewolucyjne, które doprowadziły do strukturalnej duplikacji i funkcjonalnej dywersyfikacji genów FgfD podczas filogenezy kręgowców? kręgowców? Aby zbadać to pytanie, zbadaliśmy zachowane syntenie, wzorce ekspresji genów i dystrybucję konserwowanych elementów niekodujących (CNE) w genach FgfD ciernika i danio pręgowanego i porównaliśmy je z danymi pochodzącymi od cephalochordates, urochordates i ssaków. Analiza genomiczna sugeruje, że Fgf8, Fgf17, Fgf18 i Fgf24 powstały w dwóch rundach duplikacji całego genomu u podstawy kręgowców. podstawie promieniowania kręgowców; że duplikacje fgf8 i fgf18 wystąpiły u podstawy promieniowania teleostów; i że Fgf24 jest homologiem, który został utracony w linii ssaków. Analiza ekspresji sugeruje, że ancestralne subfunkcje podzielone między duplikaty genów i wskazuje na ewolucję nowych domen ekspresji. nowych domen ekspresji. Analiza CNE, z których przynajmniej niektóre są kandydatami na elementy regulatorowe elementów regulatorowych, sugeruje, że przodkowie CNE dzielili się między duplikatami genów. duplikatami genów. Wyniki te pomagają wyjaśnić ścieżki ewolucyjne, dzięki którym powstała rozwojowo ważna rodzina cząsteczek FgfD i wydedukowanych zasady, które kierowały ewolucją FgfD, prawdopodobnie mają zastosowanie do ewolucji regulacji rozwoju w wielu rodzinach multigenów kręgowców. --- Ewolucyjna konserwacja sekwencji jest akceptowanym kryterium identyfikacji niekodujących sekwencji regulatorowych. niekodujących sekwencji regulatorowych. Wykorzystaliśmy test transgeniczny oparty na transpozonach u danio pręgowanego do oceny niekodujących sekwencji w locus ret danio pręgowanego, zachowanych wśród teleostów oraz w ludzkim locus RET, zachowanych wśród ssaków. Większość sekwencji teleostów kierowała ekspresją genu reporterowego specyficznego dla ret, a wiele z nich wykazując nakładającą się kontrolę regulacyjną. Większość ludzkich niekodujących sekwencji RET również kierowała ekspresją specyficzną dla ret u danio pręgowanego. Zatem mogą istnieć ogromne ilości funkcjonalnych informacji sekwencyjnych, które nie zostałyby wykryte za pomocą metod podobieństwa sekwencji. podobieństwa sekwencji. --- Przedstawiamy dowody na istnienie mechanizmu utrzymywania konserwatywnej syntenii w genomach kręgowców. Stwierdziliśmy, że największe zachowane segmenty chromosomów ssaków i teleostów segmenty chromosomalne, które obejmują wysoce konserwatywne elementy niekodujące (HCNE), ich docelowe geny regulujące rozwój oraz filogenetycznie i funkcjonalnie niepowiązane geny "postronne". Geny pomocnicze nie są specjalnie pod kontrolą elementów regulatorowych, które napędzają geny docelowe i są wyrażane we wzorcach, które różnią się od wzorców genów docelowych. Wstawki reporterowe dystalnie do rozwojowych genów regulatorowych pax6.1/2, rx3, id1 i fgf8 oraz genów miRNA mirn9-1 i mirn9-5 odtwarzają wzorce ekspresji tych genów, nawet jeśli wzorce ekspresji tych genów, nawet jeśli znajdują się wewnątrz lub poza geny, sugerując, że domena regulacyjna rozwojowego genu regulacyjnego może rozciągać się na sąsiednie jednostki transkrypcyjne i poza nie. Określiliśmy te segmenty chromosomalne genomowymi blokami regulacyjnymi (GRB). Po duplikacji całego genomu u teleostów, GRB, w tym HCNE i geny docelowe, były często zachowane w obu kopiach, podczas gdy geny postronne były zwykle tracone z jednego GRB, co silnie sugeruje, że presja ewolucyjna działa na utrzymanie pojedynczej kopii GRB u wyższych kręgowców. Pokazujemy, że utrata genów pomocniczych i innych zdarzeń mutacyjnych, których doświadczyły zduplikowane GRB w genomach teleostów, pozwala na identyfikację genu docelowego i przypisanie HCNE/genu docelowego. Te odkrycia wyjaśniają brak ewolucyjnych punktów przerwania w dużych segmentach chromosomów kręgowców segmentów chromosomalnych kręgowców i pomogą w rozpoznaniu mutacji z efektem pozycji mutacji w ludzkich GRB. --- TŁO: Rozwój embrionalny jest koordynowany przez zestawy cis-regulatorów elementy, które są wspólnie odpowiedzialne za precyzyjną przestrzenno-czasową organizację sieci genów regulatorowych. Istnieje niewiele informacji na temat tego, w jaki sposób elementy te, które są często związane z wysoce konserwatywnymi sekwencjami niekodującymi sekwencjami niekodującymi, są łączone w celu generowania precyzyjnych wzorców ekspresji genów u kręgowców. kręgowców. Aby rozwiązać tę kwestię, skupiliśmy się na Six3, ważnym regulatorze rozwoju przodomózgowia kręgowców. WYNIKI: Korzystając z analizy obliczeniowej i wykorzystując różnorodność genomów teleost teleostów, zidentyfikowaliśmy klaster wysoce konserwatywnych sekwencji niekodujących otaczających gen Six3. Transgeneza u ryb medaka pokazuje, że te sekwencje sekwencje mają aktywność wzmacniacza, tłumika i blokera tłumika, które są różnie połączone, aby kontrolować całą dystrybucję Six3. WNIOSEK: Niniejszy raport stanowi pierwszy przykład precyzyjnego kodu regulacyjnego kod niezbędny do ekspresji genu kręgowca i oferuje unikalne ramy dla zdefiniowania wzajemnego oddziaływania czynników trans-działających, które kontrolują ewolucyjnie zachowane wykorzystanie Six3. --- Ryby teleost są największą i najbardziej zróżnicowaną grupą kręgowców. Różnorodność teleostów została przypisana duplikacji całego genomu (WGD) w linii ryb promieniopłetwych. Ostatnie porównawcze badania genomiczne ujawniły, że genomy teleostów doświadczyły częstych zaburzeń powiązań genowych w porównaniu do innych kręgowców, a sekwencje kodujące białka u teleostów ewoluują szybciej niż u ssaków. ewoluują szybciej niż u ssaków, niezależnie od ich statusu duplikacji. A znaczna liczba zachowanych elementów niekodujących (CNE) wspólnych dla ryb chrzęstnoszkieletowych i ssaków. rybami chrzęstnoszkieletowymi i czworonogami rozeszła się nie do poznania u teleost teleost. Wydaje się, że rozbieżność CNE została zapoczątkowana u ryb promieniopłetwych przed WGD. ryb promieniopłetwych przed WGD. Szybko ewoluujące pojedyncze i zduplikowane geny, jak również a także rozbieżne CNE mogły przyczynić się do różnorodności ryb teleost. --- Ekran wykrywania enhancerów na dużą skalę przeprowadzono u danio pręgowanego przy użyciu wektora retrowirusowego retrowirusowego wektora niosącego podstawowy promotor i kasetę reporterową białka fluorescencyjnego białko fluorescencyjne. Analiza insercyjnych hotspotów ujawniła obszary wokół rozwojowych genów regulatorowych rozwojowych, w których insercja powoduje ten sam globalny wzorzec ekspresji, niezależnie od dokładnego położenia. niezależnie od dokładnej pozycji. Obszary te pokrywają się z segmentami chromosomów kręgowców kręgowców segmentami chromosomalnymi zawierającymi identyczną kolejność genów; zjawisko znane jako zjawisko znane jako zachowana syntenia i uważane za pozostałość ewolucji. Genomiczne badania porównawcze badania wykazały dużą liczbę wysoce konserwatywnych elementów niekodujących (HCNE) obejmujących te i inne loci. Uważa się, że HCNE działają jako transkrypcyjne transkrypcji w oparciu o odkrycie, że wiele z tych, które zostały przetestowane bezpośrednio ekspresję specyficzną dla tkanki w testach przejściowych lub transgenicznych. Chociaż kolejność genów w hox i innych klastrach genów od dawna wiadomo, że jest zachowana z powodu wspólnych sekwencji regulatorowych lub nakładających się jednostek transkrypcyjnych, obszary chromosomalne obszary chromosomalne znalezione przez hotspoty insercyjne zawierają tylko jeden lub kilka geny regulujące rozwój, a także geny niepowiązane filogenetycznie. My nazwaliśmy te regiony genomowymi blokami regulacyjnymi (GRB) i wykazaliśmy, że leżą u podstaw zjawiska konserwatywnej syntenii we wszystkich sekwencjonowanych genomach kręgowców. kręgowców. Po duplikacji całego genomu teleostów, podzbiór GRBs został zachowany w dwóch kopiach, przeszedł zmiany degeneracyjne w porównaniu z loci tetrapodów, które istnieją jako pojedyncza kopia, a zatem mogą być postrzegane jako reprezentujące formę przodków. Omawiamy te odkrycia w świetle ewolucji architektury chromosomalnej kręgowców kręgowców i identyfikacji ludzkich mutacji chorobowych.
Czy istnieją konserwatywne elementy niekodujące zidentyfikowane między genomami ludzi i teleostów?
Genomy kręgowców zawierają tysiące konserwatywnych elementów niekodujących (CNE), które często działają jako wzmacniacze specyficzne dla tkanek. W tym badaniu zidentyfikowaliśmy CNE u człowieka, psa, kurczaka, Xenopus i czterech ryb teleost (danio pręgowany, ciernik, medaka i fugu) przy użyciu rekina słoniowego, kręgowca chrzęstnego, jako genomu bazowego i zbadaliśmy ewolucję tych starożytnych kręgowców CNE (aCNE) w liniach kręgowców kostnych