Belum lama lalu, sulit-untuk-urutan, sangat berulang, gen-miskin DNA yang ditemukan di daerah kromosom yang dikenal sebagai heterochromatin disebut "sampah." Seperti materi gelap di alam semesta, sifat sejati heterochromatin tidak diketahui.
Sekarang anggota Drosophila heterochromatin Proyek Genom (DHGP), dipimpin oleh Gary Karpen Departemen Energi Lawrence Berkeley National Laboratory, sedang mendekati perakitan lengkap, pemetaan, dan analisis fungsional dari bagian-bagian (selain mengulangi sederhana) DNA heterokromatik Drosophila melanogaster, lalat buah. Hasil mengkonfirmasi bahwa heterochromatin jauh dari sampah belaka.
"Kebanyakan peneliti berpikir heterochromatin memiliki fungsi sedikit atau tidak ada, karena ternyata kurangnya protein-coding gen yang terjadi begitu kaya dalam euchromatin kromosom 'lebih mudah diakses dan lebih baik-dipelajari," kata Karpen, seorang ilmuwan senior dalam Kehidupan Ilmu Berkeley Lab Divisi dan dosen dari sel dan biologi molekuler di University of California di Berkeley. "Dalam beberapa tahun terakhir telah menjadi jelas bahwa heterochromatin sangat penting untuk fungsi penting banyak."
Kemajuan dalam sekuensing heterochromatin Drosophila telah mengatasi keterbatasan teknis sebelumnya, pemahaman diperpanjang organisasi heterochromatin dan konstitusi, dan menyebabkan wawasan baru bagaimana membantu sel-sel dan organisme bertahan hidup. Hasil terbaru dari DHGP ini dilaporkan dalam sepasang makalah dalam edisi 2007 tanggal 15 Juni Science.
Urutan heterokromatik dijelaskan mengungkapkan lebih dari 200 protein-kode gen. Heterochromatin ini juga mencakup fitur lain yang penting biologis, termasuk urutan yang kode untuk non-protein-coding RNA dan elemen fungsional lain, seperti RNA kecil yang menetralisir unsur-unsur transposabel, atau transposon - DNA mirip dengan virus yang hop sekitar genom dan mampu mengganggu fungsi gen.
"Drosophila adalah ideal untuk mempelajari genomik untuk banyak alasan, dan terutama untuk mempelajari heterochromatin," kata Susan Celniker, seorang ilmuwan di Kehidupan Ilmu Divisi Berkeley Lab dan anggota lama dari Berkeley Drosophila Genome Project (BDGP). "Lebih dari sepertiga dari total DNA lalat buah adalah heterochromatin ini lalat betina memiliki 60 megabases diperkirakan heterochromatin." - Sebuah megabase (Mb) adalah satu juta basis, blok bangunan nukleotida DNA - "dan laki-laki memiliki 100 Mb diperkirakan, karena kromosom Y, yang diperkirakan mencapai 40 Mb, adalah heterochromatin semua. "
Heterochromatin terkonsentrasi di sentromer kromosom dan telomere. Dalam kromosom biasanya kupu-kupu berbentuk, sentromer adalah simpul. Sentromer memainkan peran penting dalam mengendalikan duplikasi kromosom selama pembelahan sel. Telomeres adalah kromosom end-topi, mereka membantu mencegah akumulasi kerusakan genom.
Kedua heterochromatin dan euchromatin yang diurutkan menggunakan metode yang disebut sekuensing genom seluruh senapan. Celniker mengatakan, "Kami menggiling seluruh lalat dan menghasilkan perpustakaan fragmen DNA dari dua ukuran, beberapa yang 2 kilobasa panjang" - sebuah kilobase (Kb) adalah 1.000 pangkalan - "dan beberapa yang panjang panjang 10 kilobasa Bersebelahan dari. urutan yang dirakit oleh pencocokan tumpang tindih fragmen Dengan euchromatin, besar, tunggal menyalin fragmen praktis merakit sendiri,. tapi lebih sulit untuk mengetahui bagaimana potongan pendek dengan urutan mengulangi banyak, khas heterochromatin, cocok bersama-sama. "
Jadi yang pertama "substansial telah selesai" genom urutan Drosophila, yang diterbitkan di Science pada Maret, 2000 oleh Berkeley Drosophila Genome Project dan Celera Genomics, sebenarnya jauh dari lengkap. Ini meninggalkan sebuah atau lebih sepertiga dari genom dengan hanya mencakup euchromatin terbang dan hampir tidak ada heterochromatin nya.
Celniker mengatakan, "Pertama kita mengabdikan upaya kami terhadap euchromatin menyelesaikan, meninggalkan bagian dari urutan kaya mengulangi, daerah centromeric dan telomeric, sampai nanti Karya ini meluas urutan ke daerah tersebut.."
Urutan Mengulangi merupakan ciri khas heterochromatin, dan ada beberapa jenis yang berbeda. Sederhana, berulang pendek disebut DNA satelit, yang cenderung menjadi lebih berlimpah dekat sentromer, menambahkan hingga ratusan ribu atau bahkan jutaan basis panjang. Dalam "laut" DNA satelit ada "pulau" sedang-panjang mengulangi berjumlah hanya puluhan atau ratusan kilobasa, terdiri dari transposon atau fragmen transposon.
Di daerah lainnya heterochromatin, yang merupakan transposon laut. Berikut pulau adalah satu-salinan gen, atau panjang DNA yang kode untuk RNA selain messenger RNA yang diperlukan untuk membuat protein, dan elemen fungsional lainnya.
Cukup mengulangi fragmen seperti transposon dan single-salinan gen yang dirakit dengan membandingkan salinan banyak dengan urutan unik atau cukup khas. Perakitan diperiksa dengan cara mencocokkan ke klon dari urutan lagi. Dengan panduan perakitan telaten diambil sejauh praktis, para peneliti memetakan urutan ke lokasi fisik mereka pada kromosom. Urutan dan peta disiapkan tanah untuk tahap berikutnya dalam proses, analisis fungsional heterochromatin lalat.
"Secara historis itu disebut sampah. Kami berangkat untuk melihat apakah ada informasi dalam sampah itu," kata Chris Smith, sebelumnya dalam Kehidupan Ilmu Divisi Berkeley Lab dan sekarang asisten profesor bioinformatika di San Francisco State University. "Kami menggunakan pipa program komputer untuk menganalisis data sekuens mentah, dalam mencari gen Kami mengidentifikasi pola kodon yang mungkin menunjukkan gen sambatan-situs atau promotor, misalnya.. Kami memetakan bukti eksperimental yang berasal dari RNA messenger kembali ke urutan heterochromatin pencocokan. Dan kami mencari sekuens yang mirip dengan yang sudah diketahui dari database protein. " Pendekatan-pendekatan standar untuk menemukan gen, Smith mengatakan, relatif mudah untuk tampil di euchromatin tapi lebih sulit di heterochromatin, "karena begitu kaya dalam mengulangi."
Smith dan rekan-rekannya menemukan bukti untuk 230-254 protein-kode gen di heterochromatin, sebelumnya diduga mengandung hanya 30 sampai 40 (total lalat adalah 14.000 atau lebih). Banyak dari gen ini diselenggarakan sangat berbeda dari gen dalam euchromatin, dengan kesenjangan yang lebih lama (intron) antara bagian pengkodean gen (ekson); tidak seperti intron dalam gen euchromatic, kesenjangan-kesenjangan yang panjang terdiri hampir seluruhnya dari mengulangi urutan berasal dari cacat transposon. Bukti menunjukkan bahwa gen heterokromatik diatur berbeda dari yang euchromatic.
Selain protein-coding gen, annotators ditemukan unsur penting lainnya dalam heterochromatin, termasuk 13 gen tunggal-salinan yang tidak kode untuk protein tapi untuk struktur RNA kecil yang disebut RNA noncoding.