An investigation of the conservatism of sequences defining trans-splicing in the mod(mdg4) locus across Drosophila and silkworm species

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Splicing, a key step in mRNA maturation, plays a crucial role in the regulation of eukaryotic gene expression. The formation of chimeric mRNAs from two transcripts during splicing is typically a prohibited process; however, in insects, trans-splicing is a primary mechanism for increasing protein diversity for several loci. The aim of this study is to investigate the evolutionary conservativeness of sequences responsible for trans-splicing in the mod(mdg4) locus among species from the Drosophilidae family (order Diptera) and the silkworm (Bombyx mori), which belongs to the order Lepidoptera. Using model transgenic lines, it was shown that sequences from distant Drosophila species retain the ability to support trans-splicing in D. melanogaster. In contrast, analogous sequences in the silkworm do not support trans-splicing. Thus, the RNA motifs and their binding hypothetical protein factors, defining trans-splicing, remain conserved among the Drosophilidae group, but have functionally diverged between Diptera and Lepidoptera.

Full Text

Restricted Access

About the authors

O. Beginyazova

Institute of Gene Biology Russian Academy of Sciences

Email: me@mtih.me
Russian Federation, Moscow

Iu. V. Soldatova

Institute of Gene Biology Russian Academy of Sciences

Email: me@mtih.me
Russian Federation, Moscow

P. G. Georgiev

Institute of Gene Biology Russian Academy of Sciences

Email: me@mtih.me

Academician of the RAS

Russian Federation, Moscow

M. V. Tikhonov

Institute of Gene Biology Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: me@mtih.me
Russian Federation, Moscow

References

  1. Gehring, N.H. and J.Y. Roignant. Anything but Ordinary – Emerging Splicing Mechanisms in Eukaryotic Gene Regulation // Trends Genet. 2021. 37(4). Р. 355-372.
  2. McManus, C.J., et al. Global analysis of trans-splicing in Drosophila // Proc Natl Acad Sci U S A. 2010. 107(29). Р. 12975-9.
  3. Baralle, F.E. and J. Giudice. Alternative splicing as a regulator of development and tissue identity // Nat Rev Mol Cell Biol. 2017. 18(7). Р. 437-451.
  4. Shenasa, H. and D.L. Bentley. Pre-mRNA splicing and its cotranscriptional connections // Trends Genet. 2023. 39(9). Р. 672–685.
  5. Büchner, K., et al. Genetic and molecular complexity оf the position effect variegation modifier mod(mdg4) in Drosophila // Genetics. 2000. 155(1). Р. 141–57.
  6. Dorn, R., G. Reuter, and A. Loewendorf, Transgene analysis proves mRNA trans-splicing at the complex mod(mdg4) locus in Drosophila // Proc Natl Acad Sci U S A. 2001. 98(17). Р. 9724–9.
  7. Horiuchi, T., E. Giniger, and T. Aigaki. Alternative trans-splicing of constant and variable exons of a Drosophila axon guidance gene, lola // Genes Dev. 2003. 17(20). Р. 2496–501.
  8. Lei, Q., et al. Evolutionary Insights into RNA trans- Splicing in Vertebrates // Genome Biol Evol. 2016. 8(3). Р. 562–77.
  9. Kong, Y., et al. The evolutionary landscape of intergenic trans-splicing events in insects // Nat Commun. 2015. 6. Р. 8734.
  10. Gao, J.L., et al. A conserved intronic U1 snRNPbinding sequence promotes trans-splicing in Drosophila // Genes Dev. 2015. 29(7). Р. 760–71.
  11. Tikhonov, M., et al. Conserved sequences in the Drosophila mod(mdg4) intron promote poly(A)-independent transcription termination and trans-splicing // Nucleic Acids Res. 2018.
  12. Krauss, V. and R. Dorn. Evolution of the trans-splicing Drosophila locus mod(mdg4) in several species of Diptera and Lepidoptera // Gene. 2004. 331. Р. 165–76.
  13. Labrador, M. and V.G. Corces. Extensive exon reshuffling over evolutionary time coupled to trans-splicing in Drosophila // Genome Res. 2003. 13(10). Р. 2220–8.
  14. Shao, W., et al. Alternative splicing and trans-splicing events revealed by analysis of the Bombyx mori transcriptome // RNA. 2012. 18(7). Р. 1395–407.
  15. Tong, K.J., et al. INSECT PHYLOGENOMICS. Comment on “Phylogenomics resolves the timing and pattern of insect evolution” // Science. 2015. 349(6247). Р. 487.
  16. Misof, B., et al. Phylogenomics resolves the timing and pattern of insect evolution // Science. 2014. 346(6210). Р. 763–7.
  17. Hernández, G., et al. Internal ribosome entry site drives cap-independent translation of reaper and heat shock protein 70 mRNAs in Drosophila embryos // RNA. 2004. 10(11). Р. 1783–97.
  18. Bischof, J., et al. An optimized transgenesis system for Drosophila using germ-line-specific phiC31 integrases // Proc Natl Acad Sci USA. 2007. 104(9). Р. 3312–7.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1 (A) Structure of the mod(mdg4) locus in Drosophila melanogaster and Bombyx mori. Annotated promoters are indicated by arrows. Common exons present in all isoforms are shown in green. The fourth intron of Drosophila melanogaster, containing motifs required for trans-splicing, and its homolog in Bombyx mori are highlighted in red. Alternative exons unique to a particular isoform are shown in orange (on the same DNA strand) and blue (on the opposite strand). (B) Alignment of the sequence required for trans-splicing in Drosophila melanogaster with homologous regions of the introns of Drosophila yakuba and Drosophila virilis. The conserved 13-bp motif, which is likely to bind U1-snRNP, is highlighted by the red rectangle. The top row shows the coordinates relative to the start of intron-4 of D. melanogaster, with every tenth position marked with a number or an asterisk (*). (B) Comparison of similar sequences in the introns of Drosophila melanogaster and Bombyx mori. The permutation of the order of these sequences in the introns is shown schematically.

Download (403KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. A) Schematic of a model system designed to investigate the functional role of intron 4 sequences of the mod(mdg4) gene from different insect species in maintaining trans-splicing. The Donor construct (left) contains the mod(mdg4) promoter (arrow), the coding region consisting of four common exons (green rectangles), the IRES, and intron 4 (dark gray; the transcribed portion is highlighted in red, the transcription termination zone is indicated by the dashed line). The Acceptor construct (right) contains the promoter (arrow, CT – transcription start) and the alternative exon V (blue), separated by the Fluc reporter gene (yellow rectangle). Trans-splicing results in the formation of mRNA consisting of the 5’ part of the donor transcript and the 3’ part of the acceptor transcript. The annealing sites of the primers (p1 and p2) for the analysis of trans-splicing efficiency are indicated by blue lines. B) The trans-splicing efficiency in donor/acceptor heterozygotes was assessed using two methods: luciferase assay (left) and RT-qPCR (right). The graph (left) shows absolute luminescence levels measured in lysates with equal total protein content. The dashed blue line indicates the background autoluminescence level. In RT-qPCR, trans-splicing efficiency was estimated as the ratio of amplicons from the junction of exon 4 and luciferase (p2) to the number of amplicons from the intersection of exon 4 and IRES (p1). In both methods, each trans-heterozygote combination was analyzed in at least three replicates. Error bars represent standard deviations (n ​​= 3). Asterisks indicate significance levels: **P < 0.01, ***P < 0.001.

Download (205KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».