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환경 주기와 주기의 시계에 의해 번식하는 유기체

환경 주기와 주기의 시계에 의해 번식하는 유기체

유기체는 내인성 시계를 사용하여 일이나 조수와 같은 규칙적인 환경 주기를 예측합니다. 과학자들은 주회 및 달 시계에 의해 시간 맞춰지는 해양 클루니오 마리누스의 유기체를 분석했습니다. 서로 다른 환경 주기에서 온 5종의 마리누스 균주의 유전적 변이를 실험했습니다. 과학자들이 새롭게 알아낸 유기체의 번식 결과를 알아보겠습니다.

환경 주기를 위한 클루니오 유전자 및 QTL

진 실험실 균주의 참조 유전체 CLUMA_1.0은 85.6Mb의 시퀀스를 포함했는데, 이는 이전 흐름-사이토 메트리 기반 추정치 95Mb6에 가까웠으며, 키로노미드가 일반적으로 작은 유전체를 가지고 있다는 것을 강조합니다. 최종 조립체는 1.9Mb의 스캐폴드 N50을 가지고 있다. 제한 부위 관련 DNA 시퀀싱이 있는 매핑 패밀리의 유전체 전체 유전자형을 통해 기준 시퀀스의 92%가 유전자 연결 맵을 따라 일관되게 고정될 수 있어 원래의 연결 맵을 개선 했다. 자동화된 유전체 주석을 통해 21,672개의 유전자 모델이 생성되었습니다. 단백질 유사성과 이용 가능한 전사물은 멜라노가스터와 아노펠레스 감비아의 유전자 수 범위 내에서 14,041개의 유전자 모델을 지원한다. 따라서 매우 작은 마리누스 유전체는 완전한 것으로 보인다. 마리누스 참조 유전체는 키로노미드를 염색체 규모로 재구성된 주석이 달린 유전체를 가진 세 번째 디프터 아족으로 만든다. 과학자는 기본적인 유전체 특성화와 다른 쌍극자와의 비교를 수행했다. 과학자는 5개의 마리누스 염색체 팔을 묘사하고 합성 비교를 통해 그들을 멜라노가스터와 감비아에 상동시켰다. 과학자는 또한 X 염색체 상동체 밖에서 마리누스에서 ZW와 유사한 성 연결 궤적을 발견했고 염색체 재배열의 증가율을 감지했다. 함께 보면 마리누스 참조 유전체는 잘 조립된 것처럼 보인다. 마리누스에서 일주기 및 일주기 타이밍 적응의 분자 기반을 식별하기 위한 다음 단계로, 과학자는 새로운 고밀도, 제한 사이트 관련 DNA 시퀀싱 마커를 기반으로 이전에 식별된 타이밍 QTL 위치를 다듬고 QTL 신뢰 구간에 해당하는 기준 시퀀스를 결정했다. 핵심 일주기 시계 유전자는 이러한 QTL 내에 위치하지 않는 것으로 밝혀졌다. 오직 일주기 시계 재설정에서 작은 역할을 하는 타임아웃/타임리스 호몰로그만이 QTL 내에 위치한다.

클루니오 타이밍 균주의 유기체 주기

그런 다음 초기 QTL 분석이 수행된 풀 및 진 균주의 순서를 다시 지정했습니다. 현장에서 잡힌 300명의 개체로 구성된 두 개의 풀은 240배 이상의 커버리지에서 시퀀싱 되었다. 기준 유전체에 대한 지도 판독 결과 1,010,052개의 단일 뉴클레오티드 다형성이 확인되었으며, 이 중 72%가 풀 및 진 균주 모두에 존재했다. 모든 SNP를 기반으로 유전적 분화, 유전적 다양성 및 단거리 연결 불균형을 결정했다. 풀와 진 균주 사이의 유전체 전체 유전자 분화는 중간 정도이며, 이는 유전적 분화에 기반한 국소적 타이밍 적응을 위한 유전체를 선별하는 데 좋은 기반을 제공한다. QTL 분석에 따르면, 두 개의 일주기 QTL은 일일 타이밍 차이의 85%를 설명하고 두 개의 일주기 QTL은 전체 월간 타이밍 차이를 설명한다. 따라서 각 위치는 타이밍에 강한 영향을 미치므로 부적응 대립 유전자에 대한 선택이 강해야 하며 타이밍 위치는 강하게 구별되어야 한다. QTL의 신뢰 구간 내에서 158개의 SNP와 106개의 인델이 강하게 차별화됩니다. 과학자는 QTL에서 분화된 SNP와 인델에 대한 근접성을 기반으로 일주기 및 일주기 타이밍 적응을 위한 후보 유전자 목록을 작성했다. 후보 유전자는 핵심 일주기 시계 유전자를 구성하지 않으며, 어떤 특정 경로에 대해서도 풍부하지 않다.

유전자형 상관관계가 있는 타이밍 표현형

CaMKII.1는 가장 많은 분화된 다형성을 가지고 있을 뿐만 아니라 CaMK도 가지고 있다.II는 또한 일주기 타이밍에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 마우스 CaMKII는 클락을 인산화하고 생체내 BMAL로 이량화를 촉진한다. 비활성, 키나아제 사망 CaMK를 가진 마우스 IIK42R은 일주기 리듬을 감소시켰고, 일주기 자유 실행 기간이 길어졌다. CaMKII는 또한 멜라노가스터 S2 세포주 및 Dme-CaMK의 생체내 억제에서 CLOCK 단백질을 인산화한다. Ca2+ 수치가 감소된 민감한 배경에서 II는 일주기 자유 실행 기간을 연장하며, 이는 일주기 타이밍에서 CAMKII의 역할이 동물 전체에서 보존된다는 것을 시사한다. CaMK 여부 확인 II는 또한 마리누스의 일주기 코어 클락에 영향을 미칠 수 있으며, 과학자는 멜라노가스터 S2 세포를 이용한 세포 기반 분석에서 Cma-CaMKII.1의 효과를 테스트했다. 과학자는 내인성 Dme-CaMK의 화학적 억제가 있음을 보여주는 이전 실험을 반복했다. II는 생성된 루시페라아제의 양을 감소시키는 반면, CaMK의 -독립적이고, 따라서 구성적으로 활성화된 변종의 첨가는 감소시킨다. II는 루시페라아제 양을 증가시킨다. 그런 다음 마리누스 클럭, 마리누스 사이클 및 돌연변이 키나아제 데드 및 독립 버전의 Cma-CaMKII.1에 대한 구성을 생성했다. Cma-clock 및 Cma-cycle의 멜라노가스터 S2 세포로의 전이는 Dme-기간 프로모터로부터 유도된 3X69 프로모터로부터 구동되는 루시페라아제 활성을 유도한다. 독립 Cma-CaMKII.1의 추가 T286D는 루시페라아제 신호의 상당한 증가로 이어지는 반면, 키네이스 데드 Cma-CaMKII.1K 42R의 첨가는 루시페라아제 활성을 향상하지 않는다. 이 자료들은 CaMK가II 키네이스 활성은 마리누스의 클록-사이클 이량체를 통해 프로모터에 의해 구동되는 루시페라아제 생성에 의해 나타나는 E-박스 의존성 전사를 향상한다.

CaMKII는 주기의 코어 클락에 영향을 준다

그런 다음 Cma-CaMKII.1의 다형성이 효소에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 두 개의 CaMKII.1 대립유전자를 발견했습니다. 하나는 초기에 출현한 포르, 히와 베르 변종에서, 다른 하나는 후기 출현한 장과 비고 변종에서. 대부분의 변형 특이 다형성은 인트론 안에 위치한다. 이러한 다형성이 유의미하다면 CaMKII.1 발현 및/또는 스플라이싱에 영향을 주어야 한다. Cma-CaMKII.1에는 4개의 기능 도메인이 있다. 125-bp 삽입을 포함하여 대부분의 분화된 다형성 클러스터는 가변 링커 도메인의 영역에 있다. 과학자는 링커의 길이가 다른 Cma-CaMKII.1의 대체적으로 스플라이스된 전체 필사본 4개를 확인했다. 높은 커버리지 RNA 시퀀싱은 가변 링커 영역 내에서 이전에 주석이 없는 엑손뿐만 아니라 장 균주와 포르 균주 사이의 차이 엑손 사용에 대한 증거를 제공했다. PCR과 생어 시퀀싱은 링커 영역의 추가적인 스플라이스 변형에 대한 몇 가지 부분적인 기록을 확인했다. 과학자는 전사체 별 qPCR을 사용하여 세 번째 인스타 애벌레의 모든 전사체를 정량화했다. 일반적으로 전사체 RE-RO는 매우 낮은 수준으로 표현된다. 그중 RO만이 진과 풀 균주의 정량화 가능한 발현 차이를 보였다. 중요한 것은 전사체 특이적 qPCR이 RNA 서열 데이터와 일치하는 장 대 포르 균주의 주요 전사체의 유의미한 차등 발현을 확인했다는 것이다. 일관되게 긴 링커를 가진 변종들은 포르스트 레인에서 더 높은 발현을 보인 반면, 짧은 변종들은 장스 트레인에서 더 높은 발현을 보였다. 검출된 CaMKII.1 스플라이스 변이체의 풍부성 차이가 타이밍 차이와 관련이 있는 경우, CaMKII.1 궤적에서의 변형 특이적 다형성에 의해 직접 유발되어야 한다. 이를 테스트하기 위해 진 또는 풀 균주로부터 CaMKII.1 궤적의 대체 스플라이싱 링커 영역을 포함하는 미니진을 생성했다. 두 개의 미니 유전자는 멜라노가스터 S2R+ 세포주의 세포로 이식되었고, 스플라이스 변이체의 발현은 방사성 RT-PCR에 의해 분석되었다. 스플라이스 변형 RB, RC, RD 및 RO에 해당하는 네 가지 변형을 탐지했습니다. 모든 변이체는 체내 마리누스 균주와 마찬가지로 S2R+ 세포 분석에서 동일한 균주 특이적 풍부도 차이를 보였다. S2R+ 분석에서 진 및 풀 미니진 모두에 대해 세포 맥락이 동일하기 때문에, 트랜스 작용 원소는 미분 접합의 원인으로 제외될 수 있으며, 이는 Cma-CaMKII.1에서 유전체 서열 차이의 직접적인 결과임을 암시한다. 스플라이스 변이체 RB, RC, RD와 그 변이체들이 시간 분석기를 구성하지만, 멜라노가스터 RA에 대응하는 것은 존재하지 않는다. 이것은 왜 이 변형이 S2R+ 세포에서 감지되지 않는지를 설명할 수 있다.

스플라이스 변형에서 타이밍 차이까지

CaMKII 링커 길이 변종이 여러 종에서 조사되었다. 마리누스의 RB, RC 및 RD 변이체에 해당하는 II 동형물은 서로 다른 기질 친화성과 표적 인산화 속도를 갖는다. 이러한 활동 차이는 CaMK가 II는 도데카메라로 기능하며, 링커 길이는 긴 링커를 가진 효소의 컴팩트함과 그에 따라 홀로 효소의 기질 접근성을 결정한다. 이러한 구조-기능 관계는 인간과 엘레강스 사이에서 보존되기 때문에 보편적일 수 있다. CaMK의 불활성화 또는 억제 II는 생쥐와 초파리의 일주기를 연장한다. 주기의 길이와 밝은 암흑 주기의 활동 단계 사이의 연관성은 멜라노가스터와 인간 크로노 타입의 주기 돌연변이로 알려져 있다. 이러한 연구 결과는 마리누스에서 Ca2+ 활성화, 긴 링커 CaMKII가 더 활발하고 더 쉽게 활성화된다는 것을 암시한다. 실제로, 과학자는 동일한 긴 링커 편향된 CaMKII.1 대립 유전자를 가진 초기 출현 풀 및 He 변종은 늦게 출현한 진 변종보다 자유 실행 일주 시계 주기가 짧다는 것을 발견했다. 앞서 언급한 문헌의 결과와 통합하여, 과학자는 CaMKII.1 스플라이스 변이체의 비율 조절이 일주기 타이밍을 적응하기 위한 진화 메커니즘을 구성한다고 제안한다. CaMKII.1의 유전체 서열 차이는 차등 CaMKII.1 스플라이싱 및 활성으로 이어진다. 많은 가능한 표적들 중에서, 이것은 클록-사이클 이량체 의존적 전사에 영향을 미치며, 이는 다시 일주기 길이에 영향을 미치고 궁극적으로 성인의 출현 시간에 차이를 초래한다.