A comparative analysis of the genomes of Drosophila melanogaster , Caenorhabditis elegans , and Saccharomyces cerevisiae —and the proteins they are predicted to encode—was undertaken in the context of cellular, developmental, and evolutionary processes. The nonredundant protein sets of flies and worms are similar in size and are only twice that of yeast, but different gene families are expanded in each genome, and the multidomain proteins and signaling pathways of the fly and worm are far more complex than those of yeast. The fly has orthologs to 177 of the 289 human disease genes examined and provides the foundation for rapid analysis of some of the basic processes involved in human disease.

ABSTRACT The baculovirus P35 protein functions to prevent apoptotic death of infected cells. We have expressed P35 in the developing embryo and eye of the fly Drosophila melanogaster. P35 eliminates most, if not all, normally occurring cell death in these tissues, as well as X-irradiation-induced death. Excess pupal eye cells that are normally eliminated by apoptosis develop into pigment cells when their death is prevented by P35 expression. Our results suggest that one mechanism by which viruses prevent the death of the host cell is to block a cell death pathway that mediates normally occurring cell death. Identification of molecules that interact biochemically or genetically with P35 in Drosophila should provide important insights into how cell death is regulated.

Abstract

 MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory RNAs that are between 21 and 25 nucleotides in length and repress gene function through interactions with target mRNAs [1, 2]. The genomes of metazoans encode on the order of several hundred miRNAs [3], but the processes they regulate have been defined for only two in C. elegans[4, 5]. We searched for new inhibitors of apoptotic cell death by testing existing collections of P element insertion lines for their ability to enhance a small-eye phenotype associated with eye-specific expression of the Drosophila cell death activator Reaper. Here we report the identification of the Drosophila miRNA mir-14 as a cell death suppressor. Loss of mir-14 enhances Reaper-dependent cell death, whereas ectopic expression suppresses cell death induced by multiple stimuli. Animals lacking mir-14 are viable. However, they are stress sensitive and have a reduced lifespan. Mir-14 mutants have elevated levels of the apoptotic effector caspase Drice, suggesting one potential site of action. Mir-14 also regulates fat metabolism. Deletion of mir-14 results in animals with increased levels of triacylglycerol and diacylglycerol, whereas increases in mir-14 copy number have the converse effect. We discuss possible relationships between these phenotypes.

Apoptotic cell death is a mechanism by which organisms eliminate superfluous or harmful cells. Expression of the cell death regulatory protein REAPER (RPR) in the developing Drosophila eye results in a small eye owing to excess cell death. We show that mutations in thread (th) are dominant enhancers of RPR-induced cell death and that th encodes a protein homologous to baculovirus inhibitors of apoptosis (IAPs), which we call Drosophila IAP1 (DIAP1). Overexpression of DIAP1 or a related protein, DIAP2, in the eye suppresses normally occurring cell death as well as death due to overexpression of rpr or head involution defective. IAP death-preventing activity localizes to the N-terminal baculovirus IAP repeats, a motif found in both viral and cellular proteins associated with death prevention.

Determinants of pole cells, which are precursors of the germ line, are provided maternally and are localized to the posterior pole of the Drosophila egg, as are polar granules. It has been hypothesized that certain RNA molecules associated with polar granules may be necessary for pole cell determination. Using a monoclonal antibody (Mab46F11) against polar granules, we have cloned the gene for one of their components. This gene turns out to be vasa, which is required maternally for the formation of polar granules and germ cells. This polar granule component shows significant sequence similarity to elF-4A, a translation initiation factor that binds to mRNA, and to other helicases.

>Drosophila Reaper (RPR), Head Involution Defective (HID), and GRIM induce caspase-dependent cell death and physically interact with the cell death inhibitor DIAP1. Here we show that HID blocks DIAP1's ability to inhibit caspase activity and provide evidence suggesting that RPR and GRIM can act similarly. Based on these results, we propose that RPR, HID, and GRIM promote apoptosis by disrupting productive IAP–caspase interactions and that DIAP1 is required to block apoptosis-inducing caspase activity. Supporting this hypothesis, we show that elimination of DIAP1 function results in global early embryonic cell death and a large increase in DIAP1-inhibitable caspase activity and that DIAP1 is still required for cell survival when expression of rpr, hid, and grim is eliminated.

One proposed strategy for controlling the transmission of insect-borne pathogens uses a drive mechanism to ensure the rapid spread of transgenes conferring disease refractoriness throughout wild populations. Here, we report the creation of maternal-effect selfish genetic elements in Drosophila that drive population replacement and are resistant to recombination-mediated dissociation of drive and disease refractoriness functions. These selfish elements use microRNA-mediated silencing of a maternally expressed gene essential for embryogenesis, which is coupled with early zygotic expression of a rescuing transgene.

In situ hybridization methods are used across the biological sciences to map mRNA expression within intact specimens. Multiplexed experiments, in which multiple target mRNAs are mapped in a single sample, are essential for studying regulatory interactions, but remain cumbersome in most model organisms. Programmable in situ amplifiers based on the mechanism of hybridization chain reaction (HCR) overcome this longstanding challenge by operating independently within a sample, enabling multiplexed experiments to be performed with an experimental timeline independent of the number of target mRNAs. To assist biologists working across a broad spectrum of organisms, we demonstrate multiplexed in situ HCR in diverse imaging settings: bacteria, whole-mount nematode larvae, whole-mount fruit fly embryos, whole-mount sea urchin embryos, whole-mount zebrafish larvae, whole-mount chicken embryos, whole-mount mouse embryos and formalin-fixed paraffin-embedded human tissue sections. In addition to straightforward multiplexing, in situ HCR enables deep sample penetration, high contrast and subcellular resolution, providing an incisive tool for the study of interlaced and overlapping expression patterns, with implications for research communities across the biological sciences.

Abstract Mosquitoes are vectors of a number of important human and animal diseases. The development of novel vector control strategies requires a thorough understanding of mosquito biology. To facilitate this, we used RNA-seq to identify novel genes and provide the first high-resolution view of the transcriptome throughout development and in response to blood feeding in a mosquito vector of human disease, Aedes aegypti, the primary vector for Dengue and yellow fever. We characterized mRNA expression at 34 distinct time points throughout Aedes development, including adult somatic and germline tissues, by using polyA+ RNA-seq. We identify a total of 14,238 novel new transcribed regions corresponding to 12,597 new loci, as well as many novel transcript isoforms of previously annotated genes. Altogether these results increase the annotated fraction of the transcribed genome into long polyA+ RNAs by more than twofold. We also identified a number of patterns of shared gene expression, as well as genes and/or exons expressed sex-specifically or sex-differentially. Expression profiles of small RNAs in ovaries, early embryos, testes, and adult male and female somatic tissues also were determined, resulting in the identification of 38 new Aedes-specific miRNAs, and ~291,000 small RNA new transcribed regions, many of which are likely to be endogenous small-interfering RNAs and Piwi-interacting RNAs. Genes of potential interest for transgene-based vector control strategies also are highlighted. Our data have been incorporated into a user-friendly genome browser located at www.Aedes.caltech.edu, with relevant links to Vectorbase (www.vectorbase.org)

Abstract Replacement of wild insect populations with transgene-bearing individuals unable to transmit disease or survive under specific environmental conditions provides self-perpetuating methods of disease prevention and population suppression, respectively. Gene drive mechanisms that require the gene drive element and linked cargo exceed a high threshold frequency to spread are attractive because they offer several points of control: they bring about local, but not global population replacement; and transgenes can be eliminated by reintroducing wildtypes into the population so as to drive the frequency of transgenes below the threshold required for drive. It has long been recognized that reciprocal chromosome translocations could, in principal, be used to bring about high threshold gene drive through a form of underdominance. However, translocations able to drive population replacement have not been reported, leaving it unclear if translocation-bearing strains fit enough to mediate gene drive can easily be generated. Here we use modeling to identify a range of conditions under which translocations should spread, and the equilibrium frequencies achieved, given specific introduction frequencies, fitness costs and migration rates. We also report the creation of engineered translocation-bearing strains of Drosophila melanogaster , generated through targeted chromosomal breakage and homologous recombination. By several measures translocation-bearing strains are fit, and drive high threshold, reversible population replacement in laboratory populations. These observations, together with the generality of the tools used to generate translocations, suggest that engineered translocations may be useful for controlled population replacement in many species.