Rasvjetljavanje uloga „tamne materije“ u funkcioniranju genoma gospodarski važnog kukca kornjaša Tenebrio molitor

Kategorija

Ostali projekti

Datum početka

1.1.2025.

Datum završetka

31.1.2027.

Status

Aktivan

Glavni istraživač

Eva Šatović Vukšić, dr. sc.

Eva.Satovic@irb.hr

+385 1 457 1322

Žuti brašnar Tenebrio molitor vrsta je kukca kornjaša (Coleoptera) iz porodice Tenebrionidae. Saprofit je koji se u prirodi hrani organskim otpadom, trulim drvetom i lišćem. Kao potrošač različitih organskih materijala, T. molitor ima važnu ulogu u razgradnji organskog otpada i održavanju ekosustava. U ekonomskom kontekstu, ovu se vrstu najčešće opisuje kao štetočinu koja uzrokuje značajne gubitke u gospodarstvu jer napada i oštećuje uskladištene žitne proizvode.

Zbog visokog proteinskog sadržaja i nutritivne vrijednosti, ovaj organizam dobiva sve veći značaj kao dodatak hrani za životinje i ljude. Odobrenje stavljanja na tržište različitih oblika ličinki žutog brašnara kao nove hrane za ljude dodatno je povećalo interes za ovu vrstu, čineći proširenje znanja o ovom organizmu nužnim i od opće koristi. Žuti brašnar postao je organizam od interesa u brojnim studijama iz područja biologije, biokemije, evolucije, imunologije i fiziologije. Ovaj organizam pokazao je i neka izrazito zanimljiva svojstva, poput posjedovanja proteina antifriz čija akumulacija omogućava preživljavanje tijekom zimskog razdoblja. Također, bio je uključen u više kliničkih ispitivanja, što upućuje na mogućnosti različitih primijenjenih istraživanja vezanih uz ovu skupinu organizama. Žuti brašnar jednostavan je za održavanje u laboratorijskim uvjetima, brzo se razmnožava i ima kratak životni ciklus, što ga čini idealnim modelnim organizmom za istraživanje različitih bioloških procesa.

Važnost proučavanja ovog organizma vidljiva je i iz kontinuiranih nastojanja znanstvene zajednice da se unaprijedi stupanj sastavljenosti genoma žutog brašnara. Pritom repetitivne regije genoma uzrokuju značajne tehničke poteškoće u sekvenciranju i sastavljanju DNA. Iako su često izostavljene ili nedovoljno zastupljene u sastavljenim genomima, razumijevanje ponavljajućih sekvenci ključno je za cjelovito shvaćanje genomske arhitekture i funkcije. Ponavljajuće sekvence, ponekad nazivane i „tamnom materijom genoma“, smatraju se važnim graditeljima arhitekture genoma i pokretačima njegove evolucije, s obzirom na to da procesi koji reorganiziraju ove sekvence i mijenjaju njihov sastav i broj kopija snažno utječu na evoluciju genoma.

Satelitne DNA (satDNA) su uzastopno ponavljajuće sekvence koje se pretežno nalaze u (peri)centromernom i subtelomernom heterokromatinu, gdje tvore dugačke nizove sastavljene od stotina ili tisuća monomera. Međutim, satDNA su prisutne i u eukromatinu, često u blizini gena ili unutar introna, u obliku pojedinačnih ponavljanja ili kratkih nizova. SatDNA doprinose evoluciji genoma kroz proces specijacije te su važne za održavanje stabilnosti genoma unutar jezgre. Uz to, sve je više dokaza o njihovoj aktivnoj i strogo reguliranoj transkripciji te o ulozi njihovih transkripata u različitim biološkim procesima, primjerice u uspostavi heterokromatina i funkciji centromera, regulaciji ekspresije gena u različitim biološkim kontekstima, odgovoru na stres i okolišnim prilagodbama. Također su uočene posljedice disfunkcije transkripcije satDNA u procesu karcinogeneze, a njihovi transkripti pokazuju potencijal kao biomarkeri.

Veliki dio genoma vrste T. molitor izgrađen je od jedne satDNA, prema nekim procjenama ona čini i do 50 % genoma. Ova satDNA ima duljinu monomera 142 pb, a njezin smještaj u pericentromernom heterokromatinu svih kromosoma potvrđen je in situ restrikcijskom razgradnjom metafaznih kromosoma endonukleazama s mjestima prepoznavanja u monomeru satDNA. U sklopu unaprijeđenog sastavljanja genoma ove vrste utvrdili smo prisutnost još 10 satDNA, no lokalizacija, obrasci distribucije i transkripcije ovih sekvenci nisu poznati.

Ciljevi ovog projekta su:

utvrditi lokalizaciju 11 satDNA u genomu vrste T. molitor eksperimentalnim i bioinformatičkim metodama, utvrditi prisutnost i analizirati srodne satDNA u genomima drugih vrsta insekata, analizirati transkripciju 11 satDNA vrste T. molitor korištenjem RNA-seq podataka muških i ženskih jedinki svih razvojnih stadija te istražiti prisutnost satDNA vrste T. molitor u transkriptomskim podacima drugih vrsta.

Ovakvim pristupom želimo rasvijetliti transkripcijski potencijal sekvenci satDNA, povezati ga s tipom i specifičnostima sekvence pojedine satDNA, njenim udjelom u genomu i kromosomskom lokalizacijom te razvojnim stadijima vrste T. molitor. Time ćemo postaviti osnovu za objašnjavanje utjecaja i uloge „tamne materije“ na funkcioniranje genoma ovog gospodarski i ekološki važnog kukca i drugih vrsta u kojima se te sekvence pojavljuju.

Članovi tima:

Dr.sc. Eva Šatović Vukšić
Dr.sc. Miroslav Plohl
Dr.sc. Đurđica Ugarković
Dr.sc. Antonio Sermek
mag. educ. biol. et chem. Patrik Majcen

Kontakt:
Eva Šatović Vukšić esatovic@irb.hr

https://www.irb.hr/Novosti/Nevidljive-poruke-prirode-Sto-nam-otkrivaju-med-dagnje-i-zuti-brasnar