六篇GenomeRes：模式生物的“百科全書”

　　modENCODE項目的一系列最新成果登上了本期Genome Research雜志的封面。這一項目啟動于2007年，是建立在ENCODE計劃之上的模式動物“生命百科全書”，旨在對兩個模式生物（黑腹果蠅和秀麗隱桿線蟲）的功能性基因組元件進行綜合性分析。modENCODE聯盟本次發表的六篇文章，為人們提供了與胚胎發育、DNA復制、轉錄調控有關的寶貴信息。

　　1. 變態之后的發育

　　人們一直認為胚胎發育是高度保守的，但并不了解發育過程保守到什么程度。為此，Jingyi Jessica Li和同事比較了果蠅和線蟲在不同發育階段的基因表達情況，這兩種生物大約在六億年前分支開。

　　果蠅和線蟲存在著許多差異，包括形態、大小、生命周期和性別比例（99.5%的成年C. elegans是雌雄同體）。不過研究人員發現，線蟲和果蠅的發育共享著保守的基因表達模式。研究人員通過一種新統計學方法，鑒定那些與特定發育階段相關的基因，然后在線蟲和果蠅中對這些基因進行比較。

　　研究顯示，線蟲和果蠅的發育階段存在著對應關系，只不過有時線蟲一個發育階段，對應著果蠅的兩個階段。與線蟲不同的是，果蠅會經歷變態（metamorphosis）過程，一些幼蟲細胞死亡而另一些細胞增殖，最終成為成年果蠅。“我們看到，果蠅在變形之后重復了一部分的發育程序，”文章的共同通訊作者Steven Brenner說。

　　原文：Comparison of D. melanogaster and C. elegans developmental stages, tissues, and cells by modENCODE RNA-seq data

　　2. 組蛋白修飾與DNA復制

　　基因組通過復制傳遞到下一代，這一過程的保真性非常關鍵，可以阻止致病突變的出現。染色質由DNA和組蛋白構成，其上帶有各種化學修飾。人們知道，組蛋白修飾指導著DNA的包裝和轉錄，但并不清楚這些修飾對DNA復制有何具體影響。

　　“DNA復制必須非常精確，還需要與其他以DNA為模板的過程相互協調（例如轉錄），” David MacAlpine說。

　　MacAlpine和同事使用一種稱為Repli-seq的技術，通過二代測序研究新復制的DNA區域。較早復制的DNA片段占基因組的三分之一，這些片段與活性組蛋白標記、高基因密度、高水平基因表達有關。較晚復制的片段不含活性的組蛋白標記，而是富含抑制性的組蛋白修飾，這些區域中的基因也比較少。

　　研究顯示，減少雄性X染色體上的組蛋白H4K16乙酰化，不僅能減少轉錄，還會推遲DNA的復制。鑒于起始識別復合體（ORC）的結合量并沒有變，作者們認為復制時機的改變是因為ORC結合位點的活性減弱。

　　“modENCODE計劃生成了豐富的高質量基因組數據，幫助我們在高等生物中進一步理解了局部染色質環境對DNA復制程序的調控。”MacAlpine說。

　　原文：The DNA replication and transcription programs respond to the same chromatin cues.

　　3. 描繪基因表達的藍圖

　　盡管已經有越來越多的生物被測序，但人們對大部分基因組的功能還并不了解，尤其是調控基因表達的非編碼區域。

　　Kevin White和同事基于之前的工作，在全基因組范圍內，繪制了84種轉錄調節因子（TRF）的結合圖譜。他們在果蠅基因組中鑒定了超過四億個結合位點，這些位點絕大多數在基因啟動子附近，但也有相當一部分出現在遠端。“注釋調控元件和鑒定與之結合的轉錄調節子，是理解細胞遺傳學藍圖的關鍵，”文章的作者Matthew Slattery說。

　　研究人員發現，大約10%的TRF區域與超過14種因子結合，在這些“HOT”區域中染色質和基因表達非常活躍。而“COLD”區域（與1-3個TRF結合）則代表著不活躍的染色質環境。研究還顯示，HOT區域更能驅動多細胞系中的基因表達。

　　大多數TRF與活躍的基因組區域結合，但有些重要的發育基因結合在不活躍的區域，包括那些受到蛋白Polycomb抑制的區域。另一方面，TRF的編碼基因也受到Polycomb的抑制。這些發現為人們展現了，胚胎發育過程中的一個獨特調控網絡。

　　原文：Diverse patterns of genomic targeting by transcriptional regulators in Drosophila melanogaster.

　　4. 完善果蠅轉錄組的注釋

　　在這項研究中，科學家們進一步注釋了果蠅的轉錄本。他們對15個果蠅品種的多種組織進行了RNA測序，結果顯示，果蠅的很大一部分轉錄本是進化保守的。研究人員指出，比較分析對于改善人類基因組的注釋很有幫助。

　　原文：Comparative validation of the D. melanogaster modENCODE transcriptome annotation.

　　除了以上四篇文章之外，還有兩項modENCODE成果發表在這一期的雜志上，分別是：

　　Evolution of H3K27me3-marked chromatin is linked to gene expression evolution and to patterns of gene duplication and diversification.

　　Diversity of miRNAs, siRNAs, and piRNAs across 25 Drosophila cell lines.