معلومة

9.1: الجينوم وتنظيمها - علم الأحياء

9.1: الجينوم وتنظيمها - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تتميز الجينوم بمقياسين متكاملين ، عدد الأزواج الأساسية للحمض النووي وعدد الجينات الموجودة داخل هذا الحمض النووي. في الواقع ، الجينومات ديناميكية ، وهو شيء سنعود إليه قريبًا.

يتكون جينوم الكائن الحي (وبشكل عام الخلايا التي يتكون منها) من جزيء DNA واحد أو أكثر. عندما نتحدث عن حجم الجينوم فإننا نتحدث عن العدد الإجمالي لأزواج القواعد الموجودة في كل جزيئات الحمض النووي هذه مجتمعة. الكائن الحي الذي يحتوي على أحد أكبر الجينومات المعروفة هو النبات باريس جابونيكا؛ يقدر جينومه بـ 150.000 × 106 (ملايين) أزواج القواعد255. على النقيض من ذلك ، يتكون الجينوم البشري (أحادي الصيغة الصبغية) من حوالي 3200 × 106 أزواج قاعدية من الحمض النووي. حجم جينوم الطيور الصغير نسبيًا (حوالي 1450 × 106 أزواج القاعدة) يرجع ذلك إلى حجم الجينوم الأصغر لأسلافهم من الديناصورات256. ومع ذلك ، هناك كائنات حية مثيرة للاهتمام تشير إلى أنه في بعض الحالات ، يمكن أن يعمل الانتقاء الطبيعي على زيادة أو تقليل حجم الجينوم بشكل كبير دون تغيير عدد الجينات. على سبيل المثال ، نبات المثانة آكلة اللحوم Utricularia gibba، له جينوم ~ 80 × 106 أزواج قاعدية وحوالي 28000 جين ، عدد أقل بكثير من أزواج القواعد من الحمض النووي ، ولكن يبدو أن الجينات أكثر من البشر.

تم العثور على جينومات أصغر بكثير في بدائيات النوى ، وعادة ما تكون جينوماتها بضعة ملايين من أزواج القواعد في الطول. تحدث أصغر الجينومات في الكائنات الحية التي تلزم الطفيليات والمتعايشين الداخليين. على سبيل المثال البكتيريا المفطورة التناسلية، الذي يسبب التهاب الإحليل غير السيلاني ، يحتوي على ~ 0.58 × 106 أزواج قاعدية من الحمض النووي ، والتي تشفر حوالي 500 جينة متميزة. تم العثور على جينوم أصغر في التعايش الداخلي الملزم كارسونيلا رودي؛ لديها 159662 (~ 0.16 × 106) أزواج أساسية من ترميز الحمض النووي "182 ORFs (إطارات القراءة المفتوحة أو الجينات) ، 164 (90٪) تتداخل مع واحد على الأقل من اثنين من ORFs المتجاورتين"257. الميتوكوندريا حقيقية النواة والبلاستيدات الخضراء ، المشتقة من التعايش الداخلي ، لها جينومات صغيرة جدًا. عادةً ما يبلغ طول جينومات الميتوكوندريا حوالي 16000 زوج قاعدي وتحتوي على حوالي 40 جينًا ، في حين أن جينومات البلاستيدات الخضراء أكبر حجمًا ، ويبلغ طولها حوالي 120.000 - 170.000 زوج قاعدي وترميز حوالي 100 جين. يبدو أن معظم الجينات الموجودة في التعايش الداخلي الأصلي قد فقدت أو تم نقلها إلى نواة الخلية المضيفة. يوضح هذا الموضوع الذي سنعود إليه ، وهو أن الجينومات ليست ثابتة. في الواقع ، فإن طبيعتها الديناميكية هي التي تجعل التغيير التطوري الكبير ممكنًا.

السؤال المثير للاهتمام هو ما هو أقل عدد من الجينات التي يحتاجها الكائن الحي. هنا علينا أن ننظر إلى الكائنات الحية الحرة ، بدلاً من الطفيليات أو المتعايشين الداخليين ، حيث يمكنهم الاعتماد على الجينات داخل مضيفيهم. النهج الشائع هو استخدام الطفرات لتوليد نسخ غير عاملة (غير متبلورة) من الجينات. يمكن للمرء بعد ذلك حساب عدد الجينات الأساسية داخل الجينوم ، أي الجينات التي يكون عملها مطلوبًا تمامًا للحياة. أحد المضاعفات هو أن مجموعات مختلفة من الجينات قد تكون ضرورية في بيئات مختلفة ، لكننا سوف نتجاهل ذلك في الوقت الحالي. في إحدى دراسات الطفرات المميتة ، وجد لويس وآخرون أن 382 من الجينات الموجودة في المفطورة التناسلية ضرورية من هؤلاء ~ 28٪ ليس لديهم (حتى الآن) وظيفة معروفة258.


تسلسل الجينوم الكامل

تسلسل الجينوم الكامل (WGS) ، المعروف أيضًا باسم تسلسل الجينوم الكامل, تسلسل الجينوم الكامل، أو تسلسل الجينوم بأكمله، هي عملية تحديد مجمل أو تقريبًا كامل تسلسل الحمض النووي لجينوم الكائن الحي في وقت واحد. [2] وهذا يستلزم تسلسل كل الحمض النووي الصبغي للكائن الحي وكذلك الحمض النووي الموجود في الميتوكوندريا ، وبالنسبة للنباتات ، في البلاستيدات الخضراء.

تم استخدام تسلسل الجينوم الكامل إلى حد كبير كأداة بحث ، ولكن تم تقديمه للعيادات في عام 2014. [3] [4] [5] في مستقبل الطب الشخصي ، قد تكون بيانات تسلسل الجينوم الكامل أداة مهمة لتوجيه التدخل العلاجي . [6] تُستخدم أداة التسلسل الجيني على مستوى SNP أيضًا لتحديد المتغيرات الوظيفية من دراسات الارتباط وتحسين المعرفة المتاحة للباحثين المهتمين بالبيولوجيا التطورية ، وبالتالي قد تضع الأساس للتنبؤ بقابلية المرض والاستجابة للأدوية.

لا ينبغي الخلط بين تسلسل الجينوم الكامل وتنميط الحمض النووي ، والذي يحدد فقط احتمال أن تكون المادة الجينية قد أتت من فرد أو مجموعة معينة ، ولا يحتوي على معلومات إضافية عن العلاقات الجينية أو الأصل أو القابلية للإصابة بأمراض معينة. [7] بالإضافة إلى ذلك ، لا ينبغي الخلط بين تسلسل الجينوم الكامل والطرق التي تسلسل مجموعات فرعية معينة من الجينوم - تتضمن هذه الأساليب تسلسل الإكسوم الكامل (1-2٪ من الجينوم) أو التنميط الجيني SNP (& lt0.1٪ من الجينوم) . اعتبارًا من عام 2017 ، لم يكن هناك جينومات كاملة لأي ثدييات ، بما في ذلك البشر. ما بين 4 ٪ إلى 9 ٪ من الجينوم البشري ، ومعظمها من الحمض النووي الساتلي ، لم يتم تسلسلها. [8]


الخرائط المادية

توفر الخريطة المادية تفاصيل المسافة المادية الفعلية بين العلامات الجينية ، بالإضافة إلى عدد النيوكليوتيدات. هناك ثلاث طرق مستخدمة لإنشاء خريطة مادية: رسم الخرائط الوراثية الخلوية ، ورسم الخرائط الهجينة الإشعاعية ، ورسم الخرائط المتسلسلة. تستخدم الخرائط الوراثية الخلوية المعلومات التي تم الحصول عليها عن طريق التحليل المجهري للأقسام الملطخة من الكروموسوم (الشكل). من الممكن تحديد المسافة التقريبية بين العلامات الجينية باستخدام الخرائط الوراثية الخلوية ، ولكن ليس المسافة الدقيقة (عدد الأزواج الأساسية). تستخدم الخرائط الهجينة الإشعاعية الإشعاع ، مثل الأشعة السينية ، لتقسيم الحمض النووي إلى أجزاء. يمكن ضبط كمية الإشعاع لإنشاء أجزاء أصغر أو أكبر. تتغلب هذه التقنية على قيود رسم الخرائط الجينية ولا تتأثر بزيادة أو نقص تكرار إعادة التركيب. نتج رسم خرائط التسلسل عن تقنية تسلسل الحمض النووي التي سمحت بإنشاء خرائط مادية مفصلة مع قياس المسافات من حيث عدد الأزواج الأساسية. أدى إنشاء مكتبات الجينوم ومكتبات الحمض النووي التكميلي (cDNA) (مجموعات من التسلسلات المستنسخة أو كل الحمض النووي من الجينوم) إلى تسريع عملية رسم الخرائط المادية. الموقع الجيني المستخدم لإنشاء خريطة مادية بتقنية التسلسل (موقع ذو علامات تسلسلية ، أو STS) هو تسلسل فريد في الجينوم مع موقع كروموسومي دقيق معروف. تعد علامة التسلسل المعبر عنها (EST) وتعدد الأشكال لطول التسلسل الفردي (SSLP) من STS الشائعة. EST هي STS قصيرة يتم تحديدها مع مكتبات cDNA ، بينما يتم الحصول على SSLPs من العلامات الجينية المعروفة وتوفر رابطًا بين الخرائط الجينية والخرائط المادية.

توضح الخريطة الوراثية الخلوية ظهور الكروموسوم بعد صبغه وفحصه تحت المجهر. (الائتمان: المعهد الوطني لبحوث الجينوم البشري)


تطور جينوم الميتوكوندريا

فرانسواز بودار ، سوتا فوجي ، في التقدم في البحوث النباتية ، 2012

4 الخاتمة ووجهات النظر لمزيد من البحث

التكيف المشترك بين الجينوم العضوي والنووي على مستوى الأنواع مقبول على نطاق واسع. تم الاعتراف بمساهمة epistasis cytonuclear في العزلة الجينية ، ومن ثم مشاركتها المحتملة في الانتواع (Alcázar وآخرون.، 2012 Chou & amp Leu ، 2010 Greiner وآخرون.، 2011 ليفين ، 2003). تم توثيق حدوث epistasis cytonuclear epistasis داخل الأنواع من خلال التقارير الأخيرة. ومع ذلك ، من المحتمل أن يتم التقليل من أهمية التنويع الجيني داخل نوع من الشركاء الجزيئي المقتبس بشكل مشترك في مقصورات وراثية مختلفة حتى الآن ، باستثناء ظهور CMS بعد تقاطعات غير محددة. إنها تكشف عن مساهمة الصراع الجينومي بين جينومات العضية النووية والموروثة من الأم في رفع الحواجز الجينية (الكازار) وآخرون.، 2012 جيدي وأمبير براون ، 2007 كاتو وآخرون.، 2007). ومع ذلك ، قد يكون من الصعب التمييز بين تعطيل التكيف التعاوني وإعادة تنشيط الصراع الجيني عند ملاحظة عقم الذكور الموروث من الأم بعد التقاطع بين الأنماط الجينية ذات الصلة البعيدة. من المحتمل أن تعمل كلتا الآليتين معًا في النمط الظاهري لنبات هجين.

تظل المشكلة هي ما إذا كان النموذج المقترح للجينومات الحيوانية ، والذي بموجبه يكون التكيف المشترك مدفوعًا بالاختلافات في جينوم mt أولاً ، والاختيار اللاحق للمتغيرات النووية المعدلة ، صالحًا أيضًا للتكيف التعاوني النووي النووي للنبات. هناك حاجة إلى معرفة أفضل بالتنوع الجيني الذي يحدث في جينومات العضية النباتية على مستوى الأنواع وداخل الأنواع ، وربما إعادة تقييم النماذج النظرية ، قبل توضيح هذه المسألة.

تقتصر معرفتنا بالتنوع الجيني للعضيات النباتية ، في معظم الأنواع ، على تعدد الأشكال بين الجينات pt التي يُعتقد أنها محايدة وتستخدم لاستنتاج الأنساب الأمومية. من الواضح أن البرامج القائمة على استخدام تقنيات تسلسل الجيل الجديد (NGS) ستوفر بيانات ثمينة عن البدائل التي تحدث في جينومات عضية النبات (على سبيل المثال ، مشروع جينومات 1001 لـ A. thaliana http://www.1001genomes.org). ومع ذلك ، من المحتمل أيضًا أن يستلزم الوضع الغريب لتطور جبل النبات أيضًا من جديد تجميع جينومات mt المتغيرة ، حيث أن كمية كبيرة من تعدد الأشكال في هذه العضيات النباتية ناتجة عن إعادة ترتيب (انظر الفصل 9) (Davila وآخرون.، 2011). بالإضافة إلى ذلك ، تتراكم الدلائل على أن كلا من معدلات إحلال mt والقيود المفروضة على حجم جينوم mt تتقلب بين سلالات النبات (Sloan وآخرون.، 2012). لا يزال تأثير هذه التقلبات على التطور النووي النووي المشترك قيد التحقيق.

ومع ذلك ، فقد تم تحديد بروتينات طاعون المجترات الصغيرة كجهات فاعلة جزيئية رئيسية في التكيف التعاوني النووي النووي ، سواء في إطار التكيف التعاوني أو الصراع الجيني. على الأرجح ، يعكس هذا أيضًا خصائص التكيف التعاوني النووي النووي في النباتات ، نظرًا لأن توسع عائلة البروتين هذه هو سمة من سمات سلالة حقيقية النواة الخضراء.

تتضمن معظم الأمثلة المعروفة للتفاعلات الجزيئية الكامنة وراء التكيف المشترك بين جينومات mt النباتية ونواتها بروتينات طاعون المجترات الصغيرة و mt RNAs المستهدفة ، كما هو موضح أعلاه. في الخميرة ، اشتمل اثنان من حالات عدم توافق BDM النووية السيتونية التي تم فك شفرتها مؤخرًا على عوامل مشفرة نوويًا مطلوبة للتعبير الصحيح عن جينات mt معينة (Chou، Hung، Lin، Lee، & amp Leu، 2010 Lee وآخرون., 2008 ).

في الحيوانات ، أشارت العديد من التقارير إلى أن عدم التوافق النووي السيتوني ناتج عن ضعف وظيفة سلسلة نقل الإلكترون ، بسبب الوحدات الفرعية المشفرة نوويًا و MT بشكل سيئ (Barrientos ، Müller ، Dey ، Eienberg ، & amp Moraes ، 2000 Blier ، Dufresne ، & amp Burton ، 2001 Sackton ، Haney، & amp Rand، 2003 Wu، Schmidt، Goodman، & amp Grossman، 2000). بالإضافة إلى ذلك ، في حالة مجدافيات الأرجل البحرية ، Tigriopus californicus، يمكن إرجاع الانخفاض في كفاءة المركب IV (أوكسيديز السيتوكروم) للهجينة غير الصالحة إلى تعدد أشكال الأحماض الأمينية الفردية في السيتوكروم المشفر نوويًا ج صميم البروتين ومتغيرات التسلسل المقابلة للوحدة الفرعية II المشفرة بالـ MT من أوكسيديز السيتوكروم (Harrison & amp Burton ، 2006). في مجموعات المختبر المتطورة T. californicus، وجد أن الرعاف السلبي لجبل نووي يعتمد على الظروف البيئية ، أي نظام درجة الحرارة (Galloway & amp Fenster، 1999 Galloway & amp Fenster، 2001 Leinonen وآخرون.، 2011 Willett & amp Burton ، 2003). ومع ذلك ، في هذا النوع ، حيث تتطور المجموعات السكانية في عزلة صارمة تقريبًا ، يبدو أن الانهيار الهجين في اللياقة البدنية ينطوي على عدم توافق أكثر تعقيدًا في BDM من الرئة النووية السيتونية البسيطة ثنائية العامل (ويليت ، 2011).

على الرغم من أن الأدلة على مساهمة التباين السيتوبلازمي في تكيف النبات مع البيئة تتراكم ، بشكل رئيسي من الدراسات البيئية ، فقد تم إهمال هذه المساهمة في معظم الدراسات التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن حول تكيف النبات. فيما يتعلق بهذا الجانب ، فإن البحث في تطور الجبال الحيوانية هو عدة خطوات للأمام. ومع ذلك ، بالنسبة للنباتات أيضًا ، تعد الطاقة الحيوية قضية رئيسية للتكيف البيئي (والاس ، 2010). يجب أن يحفزنا هذا على إيلاء المزيد من الاهتمام للتنوع العضوي فيما يتعلق بتكيف النبات مع البيئات الجديدة ، لا سيما في سياق تغير المناخ العالمي. في هذا السياق ، دراسة حديثة عن التكيف مع المناخ في A. thaliana أشار إلى تورط الجينات التي كانت وظائفها مرتبطة بالتمثيل الضوئي واستقلاب الطاقة ، من بين أمور أخرى (Hancock وآخرون.، 2011). كلتا حالتي محتوى GC العضوي وعوامل تحرير PPR و rbcL الجين المذكور أعلاه (القسم 3.2) هي أمثلة توضيحية على أن قضايا التكيف النووي النووي والتنوع التكيفي في جينات العضية متشابكة (Barrientos وآخرون.، 2000 بلير وآخرون.، 2001 Fujii & amp Small، 2011 Sackton وآخرون.، 2003 سافير وآخرون.، 2010 وو وآخرون.، 2000). لذلك ، يجب النظر بعناية في التكيف المشترك مع الجينات النووية عند معالجة مساهمة المتغيرات العضية في تكيف النبات.

سيتطلب استكشاف السمات التكيفية للتطور المشترك بين الجبل النووي والنووي في النباتات مزيجًا من الأساليب والجهود التعاونية بين التخصصات العلمية. بالإضافة إلى استكشاف التنوع في الجينات العضية والنووية والتحليل الجيني الشامل لتفاعلاتها المعرفية ، فإن التحليل الشامل للتأثير الفسيولوجي للتركيبات الجينية غير المتطابقة بشكل جيد أمر مرغوب فيه للغاية. سوف تتطلب الطبيعة التكيفية لتعدد الأشكال المتعقبة أيضًا تقييم تأثيرها على اللياقة البدنية في البيئات البيئية الواقعية (Bergelson & amp Roux ، 2010). في هذا الصدد ، يمثل فك رموز مساهمات التفاعلات المعرفية النووية للجبل (أو pt) في السمات المتعلقة باللياقة البدنية في بيئات مختلفة تحديًا مثيرًا.

بالإضافة إلى ذلك ، من المرجح أن توفر مثل هذه الدراسات معرفة ثمينة للمربين. تم الإبلاغ عن تأثير تفاعلات السيتوبلازم النووي على أنه مهم في مجموعة واسعة من السمات ذات الأهمية في العديد من المحاصيل. على سبيل المثال ، تم العثور على التفاعلات النووية السيتوبلازمية والتباين السيتوبلازمي للتأثير على المحصول وتحمل درجات الحرارة المنخفضة في الأرز (Harrison & amp Burton ، 2006 Tao وآخرون.، 2004). في الوقت الحالي ، تقتصر إمكانات الاختلافات الجينية العضية والجمع النووي النووي في التكاثر في الغالب على استخدام CMS في إنتاج البذور الهجينة. من المرجح أن يستفيد استغلال الموارد الوراثية لتحسين المحاصيل واستراتيجيات التربية من زيادة المعرفة بالمكون النووي النووي في الاستجابة التكيفية للنباتات لبيئتها.


مناقشة

مجموعة ACE1 خاصة ببعض الأنواع الفطرية

كاملة آيس 1 الكتلة موجودة في أربعة فقط من 23 جينومات Pezizomycotina المتسلسلة (م. جريسي, C. globosum, S. nodorum و A. clavatus). يمكن أن يكون مثل هذا التوزيع المتقطع نتيجة إما HGTs مستقلة أو خسائر متكررة للمجموعة بأكملها في سلالات مختلفة (الشكل 3). نحن نفضل التفسير الأخير لأن - باستثناء A. clavatus - أشجار الجينات من العنقود لدينا لها طوبولوجيا تتفق بشكل واسع مع سلالة الأنواع المتوقعة [27]. نقترح أن يكون ملف آيس 1مثل العنقود المكون من ثلاثة جينات على الأقل (متماثل لـ آيس 1, RAP1 و ORF3) موجودة في السلف المشترك لـ Pezizomycotina ، لكن هذه المجموعة فقدت في العديد من السلالات لاحقًا. يحدد المخطط في الشكل 3 أربع سلالات مستقلة (موضحة بخطوط متقطعة) حيث فقدت جميع نسخ الكتلة. لا يمكننا القول ، مع البيانات الحالية ، ما إذا كانت الجينات مثل OXR1 الموجودة في آيس 1 مجموعات من الفطريات Sordariomycetes و Dothideomycetes ولكن ليس في آيس 1تتطابق مجموعات مثل مجموعات Eurotiomycetes مع الإضافات أو الخسائر الخاصة بالنسب.

التاريخ المستنتج من آيس 1 و آيس 1-مثل العناقيد في الفطريات الخيطية. يتوافق المستطيل الرمادي مع المجموعة الأساسية القديمة لثلاثة جينات (آيس 1, RAP1, ORF3) هذا أمر مشترك للجميع آيس 1 مجموعات (الوردي) و آيس 1-مثل العناقيد (برتقالي). يشير السهم الأسود إلى HGT المستنتج للجزء B من الكتلة من متبرع مرتبط بـ م. جريسي الى A. clavatus متلقي. تشير الفروع المتقطعة والخطوط الأصغر إلى euascomycetes التي تم تضمينها في تحليلنا ولكنها تفتقر إلى المجموعات تمامًا. تستند العلاقات التطورية إلى [27] و N Fedorova و N Khaldi ، بيانات غير منشورة ، للطوبولوجيا داخل الجنس فطر الرشاشيات. لم يتم رسم الشجرة على نطاق واسع.

يمكن أيضًا تفسير أي شجرة تظهر HGT الواضح للجين من خلال سيناريو بديل لتكرار الجينات وفقدها. ومع ذلك ، فإن الوضع المذكور هنا يختلف نوعًا ما عن الحالات النموذجية لـ HGT المحتملة للجينات الفردية ، لأنه يتضمن جينات متعددة مرتبة على شكل تكرار ترادفي كبير (في م. جريسي). حقيقة أن ال A. clavatus ACE1 الكتلة تشكل كليد مع م. جريسي تعني جينات الجزء ب (لاستبعاد جينات الجزء أ) أن السيناريو البديل الوحيد لـ HGT هو السيناريو الذي حدث فيه الازدواج الترادفي للجزء أ / الجزء ب مباشرةً عند قاعدة الشجرة في الشكل 3. وسيتطلب هذا السيناريو عندئذٍ أربعة أحداث على الأقل لفقدان دقيق لجزء واحد بالضبط من مجموعة الجينات المضاعفة ترادفيًا: الجزء ب في C. globosum، الجزء ب في سلف جيم إميتيس و U. reesii، الجزء ب في S. nodorum، والجزء أ في A. clavatus. نظرًا للطبيعة الدقيقة للحذف المطلوب (واختيار نسخة الجينات المراد حذفها) ، فإننا لا نعتبر هذا السيناريو محتملًا.

التوزيع المتقطع لـ آيس 1 الكتلة بين الأنواع الفطرية تشير إلى أن القيود التطورية تعمل على الحفاظ على هذه المجموعة فقط في عدد قليل من الأنواع. كما م. جريسي, S. nodorum و C. globosum هي من مسببات الأمراض النباتية أو الحيوانية ، فمن المغري التكهن بأن آيس 1 العنقودية تشارك في عملية العدوى لهذه الأنواع الثلاثة. قد يكون المستقلب الناتج عن مسار التخليق الحيوي هذا عاملاً هامًا من عوامل الإمراض ، ولكن لا يزال يتعين تحديد هذا الدور. A. clavatus يختلف لأنه غير مُمْرِض. حضور آيس 1 الكتلة في A. clavatus قد ينشأ من الانتقاء الذي يتضمن دورًا بيولوجيًا غير معروف لهذا المستقلب في هذه الفطريات. سيكون تحديد الجزيئات التي تصنعها هذه المجموعات المختلفة ضروريًا لفهم دور آيس 1 الكتلة في البيولوجيا الفطرية ويمكن أن تعطي أدلة حول تطور مسار التخليق الحيوي للأسلاف الذي يتحكم فيه هذا التجمع.

تضمن تطور مجموعة ACE1 في Sordariomycetes العديد من أحداث الازدواج

ال آيس 1 المجموعة لها تاريخ معقد مع أحداث متعددة من الازدواجية واسعة النطاق وخسائر متعددة. يتم تلخيص السيناريو الذي نستنتجه في الشكل 3. أنتجت نسخة قديمة من الازدواجية الكبيرة آيس 1 وأصغر آيس 1-مثل العناقيد. أدى حدث الازدواج الثاني في Sordariomycete الأجداد إلى ظهور المجموعتين (1 و 2) التي تظهر حاليًا في C. globosum. وقع هذا الحدث قبل الانتواع بين C. globosum و م. جريسي، لكن م. جريسي فقدت المجموعة الثانية فيما بعد نظيرتها من المجموعة 2. بشكل مستقل ، خضعت المجموعة 1 لحدث ازدواج ترادفي ، مما أدى إلى توليد الجزأين A و B. م. جريسي، ولكن في C. globosum تم فقد الإضافة (الجزء B من المجموعة 1) مرة أخرى. قد يبدو من الأسهل الإشارة إلى أن الازدواج الترادفي للجزء A / B كان حدثًا وقع على وجه التحديد في م. جريسي بعد أن تباعدت عنه C. globosum، لكننا نعلم أن هذا غير صحيح لأن جينات الجزء B من م. جريسي تشكل المجموعات الخارجية إلى كليد يتكون من C. globosum و م. جريسي الجزء أ الجينات. يمكننا أيضًا التأكد من أن الازدواجية الباقية شوهدت في م. جريسي و C. globosum كانت أحداثًا منفصلة بسبب طوبولوجيا أشجار النشوء والتطور: إذا كانت الجينات الباقية تنحدر من حدث الازدواج نفسه ، فإننا نتوقع أنه في ACE1-SYN2 شجرة ، على سبيل المثال ، M. غريسي ACE1 و SYN2 يجب أن يشكل كل منها مجموعة أحادية النواة منفصلة مع واحدة من C. globosum الجينات ، لكن هذا لا يُرى (الشكل 2 أ). بدلاً من ذلك ، نفسر الأشجار على أنها مؤشر على ازدواجية الكتلة بأكملها في سلف Sordariomycete لـ م. جريسي و C. globosum، الأول منها كان غير مترادف والثاني كان مترادفًا. بعد هذا الازدواج الترادفي ، فإن ملف م. جريسي فقدت السلالة تقويم العظام من المجموعة 2 من C. globosum، و ال C. globosum فقدت السلالة تقويمها للجزء B من م. جريسي (الشكل 3). يتوافق هذا النمط من الخسارة المتكررة مع التوزيع المتقطع للعنقود في الفطريات.

ORF3 هو أمر غير مألوف حيث يستدل على وجوده في أسلاف الجميع آيس 1 و آيس 1-مثل العناقيد ، ولكن في م. جريسي لم يتم تكراره ويظهر تقارب النشوء والتطور إلى A. clavatus بدلا من أن C. globosum أو S. nodorum (الشكل 2 هـ). تشير هذه الخصائص إلى أن متماثل ORF3 من الجزء أ من م. جريسي الكتلة ، بعد حدوث الازدواج الترادفي. علاوة على ذلك ، فإننا نتوقع أن موقع ORF3 على الحدود بين الجزأين A و B قد يشير إلى أن حدث الازدواج الترادفي مرئي في م. جريسي تضمنت إعادة التركيب بين نسختين من هذا الجين.

يتم حفظ ترتيب الجينات والتوجيه بشكل سيئ للغاية بين آيس 1 مجموعات ، كما هو الحال في العديد من مجموعات جينات التمثيل الغذائي الثانوي [7 ، 8 ، 28]. هذا يجعل الأمر أكثر إثارة للدهشة أن النسخة المكررة م. جريسي لكل من الجينات نسخة واحدة في الجزء "أ" ونسخة واحدة في الجزء "ب" لأن التكرار الترادفي الواضح في م. جريسي الجينوم ليس حديثًا بشكل خاص (فهو يسبق م. جريسي/C. globosum الانتواع) ، نقترح أن شكلًا من أشكال الانتقاء قد تصرف بناءً على ترتيب الجينات في الكتلة ، مما منع اختلاط الجزأين. في هذا السياق ، من الملاحظ أن إعادة التركيب يبدو أنه تم تثبيطه في M. غريسي ACE1 العنقودية ، لأنها تعرض تواترًا منخفضًا لاستبدال الجينات المستهدفة ، حتى في نطاق KU80 خلفية متحولة فارغة حيث يتم زيادة معدلات إعادة التركيب المتماثل ([29] Collemare وآخرون، نتائج غير منشورة). الطريقة التي بها جينات الجزء A والجزء B من آيس 1 الكتلة الموزعة بين الأنواع قد تشير إلى أنها تشارك في التخليق الحيوي للجزيئات المختلفة. بدلاً من ذلك ، فإن الجزأين A و B من آيس 1 قد يكون كل من الكتلة متورطًا في التخليق الحيوي لسلائف البوليكيتيد المستقلة التي يتم دمجها في جزيء معقد نهائي كما هو ملاحظ في لوفاستاتين [25 ، 30 ، 31]. حقيقة أن جميع الجينات الـ 15 الموجودة في M. غريسي ACE1 يتم التعبير عن الكتلة بشكل مشترك في مرحلة محددة جدًا من عملية العدوى (Collemare وآخرون، نتائج غير منشورة) تؤيد الفرضية القائلة بأن جينات الجزء أ والجزء ب متورطة في نفس مسار التخليق الحيوي. ومع ذلك ، فقد أظهرت تجارب الضربة القاضية للجينات أن جينات الجزءين ب (RAP2 و SYN2) ليست ضرورية لوظيفة الفوعة التي يدعمها حتى الآن فقط الجزء A من الجين آيس 1 (كوليمار وآخرون، نتائج غير منشورة). تشير هذه النتائج الأخيرة إلى أن جينات الجزء أ والجزء ب يمكن أن تشارك في التخليق الحيوي لجزيئين مختلفين ، مع واحد فقط (آيس 1، part A pathway) من خلال التعرف على أصناف الأرز المقاومة. ومع ذلك ، فإن هاتين الفرضيتين معقولتان ، وتنتظران التوصيف الكيميائي الحيوي لمستقلب Ace1.

HGT لمجموعة جينية التمثيل الغذائي الفطري الثانوي

على الرغم من أن عصر علم الجينوم قد كشف عن أدلة على انتشار نقل الجينات الأفقي بين بدائيات النوى [32 ، 33] ، ومن بدائيات النوى إلى حقيقيات النوى [17 ، 34-37] أو والعكس صحيح [38 ، 39] ، تم توثيق حالات قليلة نسبيًا من نقل الجينات الأفقي من حقيقيات النوى إلى أخرى [40-42]. من بين الفطريات ، فإن أفضل ما تم توثيقه هو نقل جين الفوعة من S. nodorum إلى Pyrenophora tritici-repensالتي حدثت قبل حوالي 70 عامًا فقط [16]. في هذه الحالة ، كان حجم جزء الحمض النووي المنقول حوالي 11 كيلو بايت ولكنه يحتوي على جين واحد فقط. في هذه الدراسة أظهرنا أن الجزء B من آيس 1 الكتلة (حجمها 30 كيلو بايت ، تحتوي على 5-6 جينات) من المحتمل أن يتم نقلها أفقيًا من سلف قريب من م. جريسي (a Sordariomycete) إلى سلف A. clavatus (a Eurotiomyete). تظل الآلية التي يمكن أن يحدث من خلالها HGT مسألة تكهنات ، ولكن ربما تكون قد تضمنت اندماجًا هائليًا بين الأنواع ، أو الالتقام الخلوي. لا يكون استنتاجنا من HGT صالحًا إلا إذا كانت كل من Sordariomycete و Eurotiomycete أحادية الخلية كما هو موضح في الشكل 1 ، ولكن يتم دعمها بشكل أحادي من خلال العديد من التحليلات الجزيئية والمنهجية [27 ، 43-47].

على حد علمنا ، دراستنا وعمل الراعي الأخير وآخرون [18] هي الحالات الأولى المبلغ عنها من HGT لمجموعات من الجينات المرتبطة المتورطة في نفس المسار بين الأنواع حقيقية النواة. في كلتا الحالتين ، تُظهر مجموعات المستقلبات الثانوية هذه توزيعًا نقطيًا (متقطعًا) بين الأنواع الأخرى ، حيث يبدو أن مجموعة الأسلاف قد فقدت بسبب عدد أكبر من الأنواع التي تحتفظ بها. هذا النمط من الفقد المتكرر للجينات وإعادة اكتسابها من حين لآخر بواسطة HGT يشبه نمط تطور جينات "المسار القابل للاستغناء" في الخمائر غير الفطرية [48]. لاحظ هول وديتريش [48] أن الجينات التي تعمل منتجاتها في مسارات يمكن الاستغناء عنها هي واحدة من الفئات القليلة للجينات في S. cerevisiae التي يتم تنظيمها فيزيائيًا في مجموعات جينية. وجدوا أن مسار تخليق البيوتين قد فقد في سلف الخميرة ثم استعاد في S. cerevisiae النسب عن طريق توليفة من HGT من البكتيريا وتكاثر الجينات مع الوظيفة الجديدة. قد يكون أحد التفسيرات المحتملة لهذا النمط الغريب من التطور هو أن الوسيط في المسار سام [48] ، على الرغم من عدم وجود دليل تجريبي مباشر على ذلك. إذا كان المسار يمكن أن يمنح ميزة انتقائية في بعض الظروف ولكنه يتضمن أيضًا إنتاج وسيط سام ، فيمكن أن يكون هناك اختيار قوي لصالح المسار في بعض الظروف واختيار قوي ضده في حالات أخرى. يمكن أن تشمل عواقب مثل هذه الحالة تكوين مجموعات جينية فيزيائية (لتقليل فرص الترميز لجزء فقط من المسار ، أو لقمع قوي للنسخ بوساطة إعادة تشكيل الكروماتين) ، والاختيار العرضي لإعادة اكتساب الوظيفة عن طريق HGT. سيتطلب المزيد من الاستكشاف لهذه الفرضية اكتشاف المزيد من الأمثلة لمجموعات مماثلة من الجينات ، والتوصيف التفصيلي للمسارات البيوكيميائية المعنية.


استنتاج

أظهر التحليل الحالي أن جينات التربتوفان متكررة إلى حد ما داخل ميتاجينوم بحر سارجاسو. الجميع trp الجينات التي تم العثور عليها لديها ما يكفي من التشابه مع COGs ليتم التعرف عليها. يبدو أن هذا يشير ، لكنه لا يثبت ، أن جميعهم جاءوا من سلف مشترك. ومع ذلك ، قد توجد جينات إضافية لتخليق التربتوفان الحيوي لم نتمكن من اكتشافها باستخدام المجسات المستخدمة. في هذا الصدد ، تم الإبلاغ عن [26] أن بعض الكائنات الحية بالفعل تفتقر إلى التعرف عليها trpF في جينوماتهم ولكنهم قادرون على النمو بدون التربتوفان الخارجي. الجين الذي لا يتطابق تسلسله مع المعروف trpFs ولكن تم العثور على منتج الذي يحفز هذا التفاعل في الواقع في Streptomyces coelicolor A3 و السل الفطري HR37Rv [26]. هذه trpF يعتبر الجين مثالاً للتطور الشبكي لأنه يمكن أن يحفز التفاعلات في كل من مساري الهيستيدين والتربتوفان [27 ، 28]. بحث بلاست مع تسلسل الأحماض الأمينية لـ trpالجين F من Streptomyces coelicolor أظهرت بيانات جين A3 (SCO2050) مقابل ميتاجينوم بحر سارجاسو أكثر من 500 زيارة يمكن تحديدها على أنها له البروتينات. وبالتالي ، يمكن فقط للتحليل الوظيفي لهذه التسلسلات البيئية أن يثبت ما إذا كان بإمكانها المشاركة في كلا المسارين أم لا. حقيقة أن مجموعة من البحرية trpB_1 تتشابه المتتاليات مع بعضها البعض ولكنها بعيدة جدًا عن التسلسل الرئيسي trpB_1 تدعم المجموعة الفكرة التي قد تكون موجودة trp الجينات التي لم يتم التعرف عليها من قبل تلك التسلسلات المعروفة حاليًا.

في حين trp الأوبرونات ، كاملة ومنقسمة ، موجودة في البكتيريا البحرية ، العديد منها trp الجينات لم تعد موجودة في هذا الإطار. على عكس معظم البكتيريا الأرضية ، لا يتم استخدام بنية الأوبرا ل trp الجينات في بعض من أصل بحري. توجد أوبرا صغيرة لجينين في كثير من الحالات (الجدول 5) وأيضًا حدوث أكثر تكرارًا لجين واحد trp الجينات. إنه بالطبع سؤال مفتوح عما إذا كان ما نلاحظه هو نتيجة تفكك بنية الأوبون الأصلية أم أن trp نشأت الأوبرا في الوقت الحاضر من هذه الجينات غير المرتبطة. نظرًا لأن البيئة البحرية صارمة للغاية وانتقائية ، فمن المؤكد أن الكائنات الحية تفتقر إلى بنية أوبرون لـ trp وجدت الجينات ميزة تطورية في تنظيم trp الجينات التي يمتلكونها. تجدر الإشارة إلى أنه في الإشريكية القولونية و السالمونيلا، حوالي 50٪ من الجينات المشفرة للببتيدات المتعددة المشاركة في تخليق الأحماض الأمينية منفصلة على الرغم من وجودها trp الجينات ليست كذلك. على أساس نتائجنا في أي رواية trp تم العثور على أوامر الجينات ، ويبدو من المحتمل أن المزيد من الدراسات حول trp الجينات وتنظيمها وتنظيمها سيوفر العديد من المفاجآت في المستقبل.


يوجين ف
المجلد. 39 ، 2005

الملخص

الملخصتصحيح علم تقويم العظام وعلم البارالوجيا هي المفاهيم الأساسية لعلم الجينوم التطوري. أ . اقرأ أكثر

الشكل 1: ديناميات الوقت لاستخدام المصطلحين "تقويم العظام" و "بارالوج". تم البحث في قاعدة بيانات PubMed باستخدام محرك بحث Entrez مع الاستفسارات التالية: “orthologians or Orthologologs or or.

الشكل 2: شجرة افتراضية لتطور النشوء والتطور توضح العلاقات المتعامدة والشبه بين ثلاثة جينات أسلاف وأحفادهم في ثلاثة أنواع. LCA ، آخر سلف مشترك (لـ.

الشكل 3: شجرة افتراضية لتطور النشوء والتطور توضح ظهور أخصائيي تقويم العظام الزائفين عن طريق فقدان الجينات الخاصة بالنسب.

الشكل 4: تأثير نقل الجينات الأفقي على تقويم العظام وعلم الشلل. (أ) سيناريو تطوري افتراضي مع HGT يؤدي إلى علم xenology. (ب) سيناريو تطوري افتراضي بقيادة HGT.

الشكل 5: أفضل نتائج تقويم العظام والجينوم. (أ) مخطط تطوري يوضح العلاقة بين تقويم العظام وأفضل الضربات المتماثلة (SymBets). يمثل X و Y جينين متماثلين.

الشكل 6: تغطية الجينومات المختارة بمجموعات من مجموعات البروتينات المتعامدة (C / KOGs). (أ) جينومات بدائية النواة. (ب) جينومات حقيقية النواة. البيانات مأخوذة من (٨٨). حجم ممتلئ ، الجينات في C / KOGs.

الشكل 7: توزيع عدد المعادلات في COGs لجينومات بدائية النواة المختارة. تم استخراج البيانات من إصدار COG الحالي (88). تظهر المؤامرة في المقياس اللوغاريتمي المزدوج.

الشكل 8: الإزاحة Xenologous في الموقع للجين ruvB في الميكوبلازما. (أ) تنظيم تقاطع Holliday أوبرون resolvasome والجينات المحيطة بها في البكتيريا. COG0632، Holliday junctio.

الشكل 9: نقل الجينات الأفقي المؤدي إلى علم الشلل الكاذب. يظهر البيروكسيريدوكسين الكاذبان من Aquifex aeolicus باللون الأحمر ، الثلاثة الكاذبة الكاذبة من Thermoplasmas باللون الأزرق ، a.

الشكل 10: إعادة ترتيب بنية الجينات وتقويم العظام. (أ) بنيات المجال للبكتيريا والأثرية التي تشبه البدائية DnaG. (ب) الانشطار المستقل لجين DNA polymerase I في بكتيريا متعددة.


خلفية

مع وصول بوس توروس يمكن ربط تجميع الجينوم وحليب الأبقار وبيانات الرضاعة بجينومات الثدييات الأخرى لأول مرة ، مما يسمح لنا باكتساب نظرة ثاقبة إضافية حول التطور الجزيئي للحليب والإرضاع. الثدييات هي حيوانات فقارية ذوات الدم الحار تغذي صغارها بالحليب الذي تنتجه الغدد الثديية. ظهرت لأول مرة منذ حوالي 166 مليون سنة ، ولكن يمكن إرجاع تطورها إلى 310 ملايين سنة عندما تفرعت المشابك لأول مرة من السلى [1]. نشأت فئتان فرعيتان من الثدييات ، البروتثريين والحيوان. Prototheria هي monotremes ، والثدييات التي تضع البيض تشمل الأنواع الموجودة خلد الماء و enchidnas. Theria هي ثدييات تحمل صغارًا أحياء ، وهي مقسمة إلى فئات تحت الطبقة Metatheria أو جرابيات - والتي تشمل الكنغر والأبوسوم - والثدييات الأكثر شيوعًا يوثريا أو ثدييات المشيمة - والتي تشمل ، على سبيل المثال ، البشر والكلاب والفئران والجرذان وأنواع الأبقار. يوضح الشكل 1 شجرة النشوء والتطور في الثدييات مع أوقات تباعد تقريبية [2 ، 3]. من بين أنواع الثدييات المدرجة ، تتوفر بيانات جينومية عالية التغطية عن خلد الماء (Ornithorhynchus anatinus) ، و prototherian ، الأبوسوم (Monodelphis domestica) ، وميتاثريان ، وعدد من الثدييات المشيمية ، بما في ذلك الإنسان (الانسان العاقل)، جرذ (الجرذ النرويجي)، الفأر (موس العضلات)، كلب (كانيس مألوف) ، والآن بقري (بوس توروس).

توضح شجرة النشوء والتطور المبسطة العلاقات بين أنواع الثدييات التمثيلية الموجودة. تم اشتقاق التقديرات منذ ملايين السنين (MYA) لمنشأ كل فرع رئيسي من Bininda-Emonds وآخرون. [2]. أنشأ التقسيمان الأقدمان monotremes ، (166.2 MYA) ، والجرابيات والمشيمة (147.7 MYA). مر ما يقرب من 50 مليون سنة قبل نشأة أي مجموعات موجودة ، ثم نشأت الحدود العليا المشيمية الأربعة (العواصم المائلة) في غضون 2.4 مليون سنة من بعضها البعض.

يُعتقد أن الإستراتيجية الإنجابية والمتطلبات التنموية للشباب وبيئة زوج الأم والرضيع تؤدي إلى التباين في تكوين الحليب بين الأنواع. إن حديثي الولادة خلد الماء والأبوسوم هم جنينيون في المظهر ويعتمدون على الحليب للنمو والحماية المناعية خلال الفترة المكافئة للجنين في الثدييات المشيمية [4 ، 5]. In contrast, placental mammals have relatively longer gestation and shorter lactation periods. These reproductive strategies directly impact milk composition as the immature monotreme and marsupial young have different needs with regard to growth, development, and adaptive immunity. Other aspects of the reproductive strategy, such as the length of the lactation period and the maternal nutritional strategy, can also impact milk composition. For example, mammals that fast or feed little during lactation produce milks low in sugar but high in fat to minimize energy and water demands while sustaining nutrient transfer to the young [6]. The data in Table 1 illustrate that even the gross macronutrient composition of milk can be highly variable among species.

Because bovine milk is a major human food and agro-economical product, comparison of bovine milk with the milk of other species in the context of the bovine genome sequence is important not only to improve our understanding of mammary evolution but also of bovine milk production and human nutrition. The importance of bovine milk consumption to humans is underscored by the domestication of cattle and the convergent evolution of lactase persistency in diverse human populations [7]. The availability of the bovine genome sequence provides unique opportunities to investigate milk and lactation. Lactation has been studied more extensively in بوس توروس than in other species, resulting in extensive milk proteome data, milk production quantitative trait loci (QTL), and over 100,000 mammary-related bovine expressed sequence tags (ESTs).

In the present study, we identified the bovine lactation genome في السيليكو and examined its content and organization. Utilizing the genomes of the seven mammals listed above and in Table 1, we investigated gene loss and duplication, phylogeny, sequence conservation, and evolution of milk and mammary genes. Given the conspicuous absence of some known abundant proteins, such as beta-lactoglobulin and whey acidic protein, in the milk of some species [8], we hypothesized that variation in milk composition resides in part in variation in the milk protein genome. We show that gene duplication and genomic rearrangement contribute to changes in the milk protein gene complement of بوس توروس and other species. Although the casein proteins are highly divergent across mammalian milks [9, 10], we report that milk and mammary genes are more highly conserved, on average, than other genes in the bovine genome. Our findings illustrate the importance of lactation for the survival of mammalian species and suggest that we must look more deeply, perhaps into the non-coding regions of the genome that regulate milk protein gene expression, to understand the species-specificity of milk composition. Among mammals, we find milk proteins that are most divergent have nutritional and immunological functions, whereas the least divergent milk protein genes have functions that are important for the formation and secretion of mammalian milk. High conservation of milk fat globule membrane protein genes among the mammalian genomes suggests that the secretory process for milk production was firmly established more than 160 million years ago.


Dinoflagellate Genome Structure Unlike Any Other Known

أماندا هيدت
May 10, 2021

ABOVE: Species of dinoflagellate
© KAUST

A n international team of researchers has generated the most robust genome to date of the dinoflagellate Symbiodinium microadriaticum, a species involved in a life-supporting symbiosis with corals. While the updated genome confirms some of what has been suggested by previous work, an unusual relationship between DNA transcription and the shape and organization of their chromosomes reveals that dinoflagellates harbor some of the strangest genomes in the eukaryotic world, according to findings published April 29 in علم الوراثة الطبيعي.

Rather than the flexible, X-shaped chromosomes familiar to humans, dinoflagellates organize their genetic material in orderly blocks along rigid, rod-shaped chromosomes. Genes within blocks are consistently transcribed in one direction and rarely interact with others outside their immediate vicinity. This odd arrangement, the authors found, influences the three-dimensional structure of the entire chromosome.

“This is definitely a breakthrough within the field. We’ve been generating assemblies for these microalgae for a few years now . . . but the quality of those genomes has made them very difficult to work with,” says Raúl González-Pech, a computational biologist and postdoc at the University of South Florida who was not involved in the work. “This genome assembly is particularly good because it has incorporated new sequencing technologies to get a higher resolution, which will allow us to go deeper into analyses of different aspects of [dinoflagellate] biology and evolution.”

We normally think of genomes as something very static, but dinoflagellates have shown me that they are incredibly plastic.

Dinoflagellates are best known for their relationship to corals. In exchange for a safe home, the single-cell microalgae provide the coral with photosynthetic nutrients. When corals bleach, it’s because they’re expelling their symbionts in response to stress. But dinoflagellates as a group are diverse, with some nonsymbiotic species causing prolific red tides, while others are common parasites of crustaceans.

At least some of this diversity is tied to their strange genetic makeup. Their genomes, for one, are massive. S. microadriaticum’s genome is relatively small among dinoflaggelates, but it’s still one-third the size of the human genome. And rather than regulate gene expression only through transcription, dinoflagellates also engage in rampant gene and chromosome duplication, making genome assembly a nightmarish effort for geneticists—putting the puzzle together is more difficult when many of the pieces look identical.

Until very recently, it was also thought that dinoflagellates lacked the histones that condense and package DNA and are present in all other eukaryotes. While recent studies have found that they do in fact have histones, they likely don’t serve the same purpose. Ordinarily, histones work like spools, allowing DNA to wind and unwind to become more or less accessible to transcriptional machinery as needed. In contrast, dinoflagellate chromosomes seem to be perpetually condensed into a crystalline structure, leaving unanswered questions about how their DNA is organized and how it can be accessed for transcription.

“They don’t fit with everything else we know about eukaryotes—how they structure their chromosomes, how they structure their genomes, how they regulate transcription,” Manuel Aranda, a functional geneticist at King Abdullah University of Science and Technology in Saudi Arabia and an author of the new study.

The same day that Aranda’s paper was published, another study, led by a team of researchers from Stanford University, reported a similar analysis of the genome of the closely related dinoflagellate Breviolum minutum. Both teams relied on sequencing approaches that generate longer reads and used an analysis called Hi-C to assemble and study their genomes. Hi-C infers how often any two sequences interact with one another. In theory, the closer two loci are on a chromosome, the more likely they should be to interact, while sequences that are further away, or on different chromosomes altogether, might never interact at all. Based on these interaction frequency maps, researchers can piece together the genome and make educated guesses as to the shape and three-dimensional structure of the chromosomes.

Aranda’s Hi-C analysis concluded that S. microadriaticum has roughly 94 rigid, rod-shaped chromosomes that include more than 600 million base pairs. Gene density increased near the telomeres at the chromosomes’ tips, and some chromosomes were enriched for genes related to specific functions or pathways. This finding lends support to a longstanding idea that dinoflagellates may organize their genes like bacterial operons, clusters of related genes that are under the control of the same regulatory machinery and therefore expressed together.

The team also identified an unusual pattern within each chromosome of “alternating unidirectional blocks” of genes, the authors write in the paper. Two blocks sitting next to each other on a chromosome make up what the researchers called a domain, and genes within a domain frequently interact with one another and rarely with those in other domains. At the ends of each domain, the researchers surmised, are some sort of physical boundaries that acted as bookends, although it’s not clear what creates these boundaries. While the orientation of genes on a chromosome is usually random, in the case of the dinoflagellate, one block in the domain was consistently transcribed in one direction while the other block was transcribed in the opposite direction.

What drove the evolution of this unique pattern remains unknown, although it isn’t an entirely novel finding, says Senjie Lin, a phytoplankton ecologist at the University of Connecticut who studies dinoflagellate genomics but was not involved in the current work. Previous research using microscopy to visualize dinoflagellate chromosomes noted that these blocks often appeared as dark, evenly spaced bars. “What’s good about this paper is now you see it from the sequence perspective, whereas previously it was more the structural perspective,” Lin tells العالم. The team studying the ب. minutum genome noted same organizational pattern, referring to paired blocks as dinoflagellate topologically associating domains, or dinoTADs.

Something that is new, Lin and González-Pech agree, is the correlational link between gene transcription and chromosomal structure and folding found in Aranda’s study. As the two blocks in each domain untwisted during transcription, the DNA outside the boundaries remained fixed. This caused a buildup of twisting at those boundaries. Imagine pulling apart strands of yarn or embroidery thread from the middle, while holding the ends in place the sides will twist tighter as the center is unwound. Consequently, Aranda says, “you end up with these two opposing twirls within the domain that create the structure, which then creates the domain boundaries.”

When the team treated dinoflagellates with an inhibitor to block transcription, the boundaries between domains disappeared, suggesting that for dinoflagellates, transcription and chromosomal structure are intimately linked. Whatever is happening at those boundaries “must be something really important in organizing the chromosome,” Lin says, and “may be important in regulating gene expression.

The mystery of the domain boundaries is just one of many new questions researchers would like to answer using these new, high-quality genomes.

Lin previously sequenced the genome of Fugacium kawagutii, another coral symbiont that is closely related to Symbiodinium. Despite the ecological similarities between the two, when Lin used Hi-C to analyze the genome, he found only 30 chromosomes—far less than س. microadriaticum’s 94—and the chromosomes of F. kawagutii were much longer on average. The handful of dinoflagellates that have been sequenced show that massive restructuring is likely the rule, rather than the exception, says González-Pech, and as more genomes are analyzed, comparative genomics will become a valuable tool for understanding why.

“We normally think of genomes as something very static, but dinoflagellates have shown me that they are incredibly plastic, that they really represent the boundaries of that plasticity in eukaryotes,” González-Pech tells العالم. “We’re already pushing boundaries here inside the family, so now we can start going for larger, more-complex dinoflagellate genomes. I think that’s coming up.”

A. Nand et al., “Genetic and spatial organization of the unusual chromosomes of the dinoflagellate Symbiodinium microadriaticum,” نات جينيه, 53:618–29, 2021.


Jeffrey Lawrence

Our research is directed toward elucidating the evolution of bacterial genomes, including their size, composition, variability and organization. بعبارة أخرى، why do genomes have the genes that they do? An understanding of the evolutionary process that leads to differences in genomes will shed light on how species themselves differentiate. We take computations, theoretical and experimental approaches to understanding how genomes evolve.

الانتواع. Bacterial speciation - the process by which lineages become genetically and ecologically distinct from one another - is quite different from its eukaryotic counterpart. The differences arise from both the manner by which bacteria adapt (by gene acquisition, rather than gene modification) and the constraints on their gene exchange. Our work has supported a "fragmented" model of speciation, whereby lineages become genetically isolated on a gene-by-gene basis over a period of tens of millions of years.

Ecological adaptation. Which are the first genes to become genetically isolated in nascent species? Among the earliest diverging genes in the السالمونيلا chromosome are those that encode the O-antigen biosynthetic machinery. We have been investigating the role of protozoan predation in driving this diversification. Here, different antigens allow the newly-diverging السالمونيلا to escape protozoan predators in different environments.

العمارة الجينومية. The fate of a newly-arrived gene is the function of two factors. Its likelhood of retention increases as it provides an increasingly beneficial function. However, its insertion may also be detrimental in interfering with genome-wide patterns fo information required to successfully manipulate the massive DNA polymer duing growth and reproduction. We study the embdedd information - here termed architecture - which differs between organisms and controls the flow of genes between taxa.

Dr. Lawrence is seeking graduate students in the 2020 or 2021 incoming classes, from either the MCDB or EE graduate programs, with interests in computation biology and genome evolution.


شاهد الفيديو: الجينوم البشري (قد 2022).


تعليقات:

  1. Meran

    أنا آسف ، لكن في رأيي أنت مخطئ. أنا متأكد. أنا قادر على إثبات ذلك. اكتب لي في PM ، إنه يتحدث إليك.

  2. Sajora

    مدونة شيقة جدا. يتم جمع كل الأشياء الأكثر إثارة للاهتمام هنا. من الجيد أنني وجدت هذه المدونة ، وأقرأ هنا ملاحظات مختلفة من وقت لآخر.

  3. Nabil

    أعتقد أنك مخطئ. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  4. Mikarr

    نعم ، نفس الشيء تقريبًا.

  5. Meztigor

    لقد أصبت العلامة.



اكتب رسالة