Comparative and compositional analysis of cis-regulatory modules in Drosophila melanogaster

Pierstorff, Nora (2006). Comparative and compositional analysis of cis-regulatory modules in Drosophila melanogaster. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Transcriptional regulation of genes is a crucial process in every living system. The difficulty of uncovering details of this process increases with the complexity of the analysed species. The goal of this work is to develop a tool that helps uncovering this process in different species by localizing those genomic regions which are involved in transcriptional regulation. We developed two methods addressing this question. Shureg is applicable to all species but produces results of low quality. CisPlusFinder can only be applied to species, where enough closely related species are sequenced. The CRM predictions of CisPlusFinder are of higher accuracy than has generally been acchieved thus far. We performed a whole genome scan of the species D. melanogaster and concluded the results with the aim to formulate new hypotheses concerning transcriptional regulation. We found evidence that transcriptional regulation is of extremely high relevance for higher organisms and that the extended use of complex gene regulation played a major role in the split of multicellular organisms from single cell organisms. We could also support the idea that sequences performing regulatory function shape the genome architecture of D. melanogaster, which corresponds to a high DNA loss and genome density in this species as it was stated before.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Komparative und kompositionelle Analyse cis-regulatorischer Elemente in Drosophila melanogaster	German

Translated abstract:

Abstract

Language

Transkriptionelle Genregulation ist ein äusserst wichtiger Prozess jedes biologischen Systems. Die Komplexität und Anzahl verschiedener regulatorischer Mechanismen steigt mit der Komplexität des Organismus. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung eines neuen Computerprogramms, dass bei der Aufklärung der transkriptionellen Regulation verschiedener Spezies hilft, indem es die genomischen Regionen lokalisiert, die in diesen Prozess involviert sind. Wir haben zwei Methoden entwickelt, die dieses Problem bearbeiten. Shureg ist auf alle Sequenzen anwendbar und benutzt keine Informationen, die nicht in der untersuchten Sequenz enthalten sind. Die Ergebnisse dieser Methode sind sehr ungenau. CisPlusFinder kann nur auf solche Spezies angewendet werden, für die nahe verwandte Spezies sequenziert sind, die Informationen über die Sequenzkonservierung zwischen verschiedenen Spezies liefern. Die Vorhersagen des CisPlusFinders sind von besserer Qualität als bis jetzt mit theoretischen Methoden erreicht werden konnte. Um neue Hypothesen über die Vorgänge der transkriptionellen Regulation formulieren zu können, haben wir CisPlusFinder auf das komplette Drosophilagenom angewendet. Die so errechneten Vorhersagen wurden ausgewertet. Wir konnten Theorien und Abschätzungen, die von Wissenschaftlern gemacht wurden, bestätigen und neue Erkenntnisse gewinnen. Insbesondere weisen unsere Ergebnisse darauf hin, daß transkiptionelle Regulation eine immens wichtige Rolle in höheren Organismen inne hat. Die Anwendung komplexer Regulationsmechanismen auf viele Gene scheint mit dem evolutionären Split zwischen einzelligen und mehrzelligen Organismen einhergegangen zu sein. Außerdem können wir die Theorie unterstützen, daß Sequenzen, die regulatorische Funktionen ausführen, die Genomarchitektur von D. melanogaster stark beeinflussen. Diese Idee stimmt mit früheren Aussagen über einen hohen DNA-Verlust und eine sehr hohen Genomdichte in Drosophila überein.

German

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