Два связанных исследования, проведенных учеными из Гарварда и Стэнфорда, также опубликованные 28 августа в том же номере журнала Nature, рассказывают похожую историю: хотя люди, черви и мухи мало похожи друг на друга, эволюция использовала удивительно похожую картину. молекулярные инструменты для их формирования.Однако та же самая Йельская лаборатория сообщает в отдельной статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, о драматических различиях между видами в геномных регионах, населенных псевдогенами, молекулярными окаменелостями рабочих генов.Геномы человека, червя и мухи состоят из одних и тех же строительных блоков (то есть нуклеотидов), но сильно различаются по размеру.
Например, геном человека более чем в 10 раз больше, чем геном червя и мухи. Тем не менее, эти три имеют сопоставимое количество функционирующих генов, кодирующих белки.
Что еще более поразительно, отмечают исследователи, эти трое имеют много общих программ экспрессии, скоординированно включающих и выключающих гены. Фактически, паттерны экспрессии генов были настолько похожи, что исследователи смогли использовать их, чтобы сопоставить стадии развития червя и мухи.«Замечательно обнаружить эти сходства через полмиллиарда лет», — сказал Марк Герштейн, профессор биомедицинской информатики Альберта Л. Уильямса в Йельском университете и старший автор одной из статей о Nature. «Это также показывает, как изучение модельных организмов может помогите нам аннотировать геном человека ".
В исследовании, возглавляемом сотрудниками лаборатории Герштейна, в том числе Джоэлем Розовски, Кун-Киу Яном, Дайфенг Вангом, Байканг Пей и Арифом Харманси, рассматривались паттерны транскрипции, процесс, с помощью которого информация, закодированная в ДНК, передается в РНК. . В документе также сообщается, что контроль этого процесса с помощью упаковки ДНК очень похож у всех организмов. Фактически, авторам удалось построить количественную модель транскрипции для людей, а затем успешно применить ее без изменений к мухам и червям.Более 200 ученых из десятков организаций внесли свой вклад в эту работу, которая является коллективной частью консорциума геномики ENCODE. Все полученные в результате статьи, опубликованные в Nature, рассказывают похожие истории об общей эволюции между видами — например, об общности регуляторных сетей генов и факторов транскрипции, которые контролируют их активацию.
«Когда мы смотрим на мух или червей, трудно поверить, что у людей есть что-то общее с ними», — сказал Герштейн. «Но теперь мы можем видеть в них глубокое сходство, которое лучше помогает нам интерпретировать геном человека».Однако резкие различия проявились, когда лаборатория Герштейна изучила псевдогены — участки ДНК, которые утратили свою первоначальную функцию гена, кодирующего белок, и больше не находятся под сильным избирательным ограничением, эффективно представляя молекулярные окаменелости. В выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 25 августа ученые из Йельского университета сообщили об огромных различиях между организмами с точки зрения этих окаменелостей, что отражает различные истории эволюции мух, червей и людей.
«С одной стороны, мы увидели сходства, которые отражают биологическую необходимость, а с другой стороны, различия, отражающие историю организма», — сказала Кристина Сису, научный сотрудник лаборатории Герштейна и первый автор исследования псевдогенов.