In Caenorhabditis elegans, injection of double-stranded RNA (dsRNA) results in the specific inactivation of genes containing homologous sequences, a technique termed RNA-mediated interference (RNAi). It has previously been shown that RNAi can also be achieved by feeding worms Escherichia coli expressing dsRNA corresponding to a specific gene; this mode of dsRNA introduction is conventionally considered to be less efficient than direct injection, however, and has therefore seen limited use, even though it is considerably less labor-intensive. Here we present an optimized feeding method that results in phenotypes at least as strong as those produced by direct injection of dsRNA for embryonic lethal genes, and stronger for genes with post-embryonic phenotypes. In addition, the interference effect generated by feeding can be titrated to uncover a series of hypomorphic phenotypes informative about the functions of a given gene. Using this method, we screened 86 random genes on consecutive cosmids and identified functions for 13 new genes. These included two genes producing an uncoordinated phenotype (a previously uncharacterized POU homeodomain gene, ceh-6, and a gene encoding a MADS-box protein) and one gene encoding a novel protein that results in a high-incidence-of-males phenotype. RNAi by feeding can provide significant information about the functions of an individual gene beyond that provided by injection. Moreover, it can be used for special applications for which injection or the use of mutants is sometimes impracticable (for example, titration, biochemistry and large-scale screening). Thus, RNAi by feeding should make possible new experimental approaches for the use of genomic sequence information.

To explore the role of mitochondrial activity in the aging process, we have lowered the activity of the electron transport chain and adenosine 5′-triphosphate (ATP) synthase with RNA interference (RNAi) in Caenorhabditis elegans. These perturbations reduced body size and behavioral rates and extended adult life-span. Restoring messenger RNA to near-normal levels during adulthood did not elevate ATP levels and did not correct any of these phenotypes. Conversely, inhibiting respiratory-chain components during adulthood only did not reset behavioral rates and did not affect life-span. Thus, the developing animal appears to contain a regulatory system that monitors mitochondrial activity early in life and, in response, establishes rates of respiration, behavior, and aging that persist during adulthood.

Abstract The genetic analysis of life span has revealed many interesting genes and pathways; however, our understanding of aging has been limited by the lack of a way to assay the aging process itself. Here we show that the tissues of aging worms have a characteristic appearance that is easy to recognize and quantify using Nomarski optics. We have used this assay to determine whether life-span mutations affect the rate of aging, to identify animals that age more rapidly than normal, and to infer the cause of death in C. elegans. Mutations that reduce insulin/IGF-1 signaling double the life span of C. elegans, and we find that tissue decline is slowed in these mutants. Thus this endocrine system appears to influence the rate at which tissues age. This effect extends even to the germline, which is the only mitotically active tissue in the adult. We find that Nomarski microscopy also allows a ready distinction between short-lived mutants that age more rapidly than normal and those that are simply sick, and we have identified an RNAi clone that confers a dramatic rapid-aging phenotype. This clone encodes the C. elegans heat-shock factor (HSF), a transcription factor that regulates the response to heat and oxidative stress. This suggests that heat-shock proteins, many of which act as chaperones, may function in normal animals to slow the rate of aging. Finally, we have identified a cause of death of C. elegans: namely, proliferating bacteria. This suggests that increased susceptibility to bacterial infections contributes to mortality in these animals, just as it does in humans.

Julie Ahringer and colleagues show that, in C. elegans, exons are preferentially marked with H3K36me3 relative to introns, and that the difference in H3K36me3 marking between exons and introns is evolutionarily conserved in human and mouse. Variation in patterns of methylations of histone tails reflects and modulates chromatin structure and function1. To provide a framework for the analysis of chromatin function in Caenorhabditis elegans, we generated a genome-wide map of histone H3 tail methylations. We find that C. elegans genes show distributions of histone modifications that are similar to those of other organisms, with H3K4me3 near transcription start sites, H3K36me3 in the body of genes and H3K9me3 enriched on silent genes. We also observe a novel pattern: exons are preferentially marked with H3K36me3 relative to introns. H3K36me3 exon marking is dependent on transcription and is found at lower levels in alternatively spliced exons, supporting a splicing-related marking mechanism. We further show that the difference in H3K36me3 marking between exons and introns is evolutionarily conserved in human and mouse. We propose that H3K36me3 exon marking in chromatin provides a dynamic link between transcription and splicing.

RNA-mediated interference (RNAi) is a method to inhibit gene function by introduction of double-stranded RNA (dsRNA). Recently, an RNAi library was constructed that consists of bacterial clones expressing dsRNA, corresponding to nearly 90% of the 19,427 predicted genes of C. elegans. Feeding of this RNAi library to the standard wild-type laboratory strain Bristol N2 detected phenotypes for approximately 10% of the corresponding genes. To increase the number of genes for which a loss-of-function phenotype can be detected, we undertook a genome-wide RNAi screen using the rrf-3 mutant strain, which we found to be hypersensitive to RNAi. Feeding of the RNAi library to rrf-3 mutants resulted in additional loss-of-function phenotypes for 393 genes, increasing the number of genes with a phenotype by 23%. These additional phenotypes are distributed over different phenotypic classes. We also studied interexperimental variability in RNAi results and found persistent levels of false negatives. In addition, we used the RNAi phenotypes obtained with the genome-wide screens to systematically clone seven existing genetic mutants with visible phenotypes. The genome-wide RNAi screen using rrf-3 significantly increased the functional data on the C. elegans genome. The resulting dataset will be valuable in conjunction with other functional genomics approaches, as well as in other model organisms.