Poznano genomy kolejnych gatunków muszek Drosophila
Paweł Szablewski | 2007-11-26
Międzynarodowej grupie 200 naukowców z ponad 100 instytucji i 16 krajów udało się rozpracować genom kolejnych gatunków muszki Drosophila. Razem z wcześniej poznanymi daje to materiał porównawczy 12 gatunków, tego popularnego w testach badawczych owada.
Genom pierwszej z nich D.melanogaster opublikowano w 2000 roku. Następna była D.pseudoobcura w 2005r. Komplet genów pozostałej dziesiątki (D.simulans, D.sechellia, D.yakuta, D.erecta, D.ananassae, D.persimilis, D.willistoni, D.virilis, D.mojavensis, D.grimshawi) opisano po raz pierwszy. Cała rodzina Drosophila zawiera ponad 2000 gatunków.
Posiadanie materiału porównawczego dwunastu bliskich sobie gatunków daje możliwość prześledzenia wielu ciekawych aspektów ewolucyjnych w tej rodzinie. Wszystkie muszki nie są jednak sobie równie bliskie. Ich zróżnicowanie wskazuje, że niektóre gatunki oddzieliły się od wspólnego pnia około miliona lat temu podczas gdy inne już 6 mln lat temu. To tak jakby porównywać człowiek z jego najbliższymi kopalnymi krewnymi lub szympansem. Różnorodność uzyskano specjalnie dobierając niektóre gatunki tak aby nie były za bardzo z sobą powiązane. Taki rozstrzał zależności pozwala poznać wiele ewolucyjnych zagadek formowania się i wyodrębniania nowych cech u gatunków.
Cały genom u wszystkich badanych Drosophila jest podobnej długości i zawiera zbliżoną liczbę genów około 14 tysięcy. Najlepiej z nich poznanym jest oczywiście D. melanogaster. Jej genom w 77% jest taki sam jak pozostałych badanych gatunków. Pozostałe 23% jest wynikiem dostosowywania się do środowiska i presji seksualnej. Oznacza to, że zmienność i dynamika całego genomu jest dużo większa niż oczekiwano. Może być to związane z duży szybszym następstwem pokoleń, niż np. u naczelnych.
Pozwala także poznać które fragmenty genomu są najmniej zmieniane i najistotniejsze dla całej rodziny. Okazało się także, że najszybciej i najczęściej zmianą ulegają geny związane z rozrodem, przeciwdziałające zakażeniom patogenami oraz węchu i smaku. Na przykład żyjąca w izolowanym środowisku wysp indyjskich, Szeszli i odżywiająca się tylko jednym typem owoców, gubiła receptory smakowe 5 razy szybciej od innych gatunków, mających kontakt z bardziej urozmaiconymi źródłami jedzeniem. Inne zdziwienie wywołała D.willistoni. Okazało się, że nie posiada genów selenoproteiny, regulującej gospodarkę selenem, obecnych u pozostały gatunków i innych zwierząt, w tym u człowieka. Możliwe, że gatunek ten posiada inny sposób, nie znany u innych gatunków, kodowania tych białek.
Przeprowadzona analiza pozwoli wyodrębnić 1193 nowe geny, a dla kilkuset wcześniej poznanych skorygowano błędy. Zmieniono znaczenie 414 fragmentów wcześniej oznaczony jako miejsca kodowania białek - eksony. Znaleziono setki RNA genów i mikro RNA genów, oraz miejsc regulacji ekspresji genów w okresie embrionalnym i związanych z zmianami w środowisku.
Znaleziono także fragmenty, których odczyt nie za bardzo pasuje do naszej obecnej wiedzy na temat powstawania białek. Na przykład w niektórych przypadkach kodony (trójki liter DNA odczytywane jako dany aminokwas w białku) normalnie czytane jak stop odczytu, pozwalały na dalsza transkrypcje genomu. W innym przypadku jedno locus (miejsce zapisu) mikro RNA, pozwalał tworzyć trzy niezależne łańcuchy miko RNA o zupełnie różnych funkcjach.
Używając podobnych metod jak przy badaniu muszek Drosophila obecnie prowadzi się prace na 32 gatunkami ssaków, z nadzieją, że ich porównanie umożliwi poznanie wielu niejasnych lub ukrytych funkcji ludzkiego genomu.
Badania te oznaczają znaczny postęp w technikach odczytu genomu, z sekwencjonowania pojedynczych organizmów na całe ich grupy. Dotychczas poznano genom ponad 20 bezkręgowców, większość jako badania pojedynczych gatunków, przeprowadzanych w ramach lepszego poznania funkcjonowania ludzkich genów.
Źródła:
- A.Stark i in, Discovery of functional elements in 12 Drosophila genomes using evolutionary signatures, Nature 450, 219-232 (8 November 2007) | doi:10.1038/nature06340; Received 21 July 2007; Accepted 4 October 2007, http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7167/full/nature06340.html
- eurekalert.org, 07.11.2007r., Scientists complete DNA sequencing and analysis of multiple fruit fly genomes,
- eurekalert.org, 07.11.2007r., Scientists compare 12 fruit fly genomes