13.4:

13.4: Synteny und Evolution

Synteny and Evolution

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Synteny and Evolution

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13.3: Phylogenetic Trees

13.5: Multi-species Conserved Sequences

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02:31 min

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April 07, 2021

John H. Renwick prägte 1971 erstmals den Begriff “Syntenie”, der sich auf die Gene bezieht, die auf denselben Chromosomen vorhanden sind, auch wenn sie nicht genetisch miteinander verbunden sind. Die Arten mit gemeinsamer Abstammung neigen dazu, konservierte syntenische Regionen zu zeigen. Daher wird heutzutage der Begriff der Syntenie verwendet, um die evolutionäre Beziehung zwischen den Arten zu beschreiben.

Vor rund 80 Millionen Jahren trennten sich die Abstammungslinien von Mensch und Maus vom gemeinsamen Vorfahren. Im Laufe der Evolution durchlief das Chromosom der Vorfahren mehrere Umlagerungen, Brüche und Fusionsereignisse, um sich zu den Chromosomen von Mäusen und Menschen zu entwickeln. Zum Beispiel brauchte es etwa 180 Chromosomenbruch-und-Wiedervereinigungsereignisse für die Evolution von Ahnenchromosomen zu Chromosomen von Mensch und Maus. Dennoch haben mehrere Regionen der Chromosomen sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen eine gemeinsame Genordnung oder Synthese beibehalten. Zum Beispiel teilen sich über 510.000 Basenpaare des Mauschromosoms 12 syntenische Blöcke mit dem menschlichen Chromosom 14. In der Zukunft, wenn die evolutionäre Distanz zwischen zwei Arten zunehmen wird, wird die Anzahl der Chromosomenbruch- und Wiedervereinigungsereignisse zunehmen und die Syntenie abnehmen.

Primaten-Karyotyp

Basierend auf Syntenie-Relationen und DNA-Sequenzanalysen haben Wissenschaftler den Karyotyp aller Primatenvorfahren vorhergesagt. Die Syntenie zwischen Menschen und anderen Primaten wie Schimpansen, Gorillas und anderen lebenden Primatenarten zeigt, dass menschliche Chromosomen durch mehrere Chromosomenbruch- und Wiedervereinigungsereignisse von den Chromosomenchromosomen abgeleitet werden. Solche großflächigen Chromosomenumlagerungen sind selten, wie einmal in 5 Millionen Jahren. Aber wann immer sie auftreten, führen sie höchstwahrscheinlich zur Evolution einer neuen Spezies. Ein Vergleich zwischen menschlichen Chromosomen und dem vorgeschlagenen Karyotyp der Primatenvorfahren zeigt mehrere Chromosomenumlagerungen. Zum Beispiel bildete die Fusion der Ahnenchromosomen 9 und 11 das menschliche Chromosom 2; oder die reziproke Translokation der Chromosomen 14 und 21 der Vorfahren führte zur Evolution der menschlichen Chromosomen 12 und 22.

Transcript

Syntenie bezieht sich in klassischen Begriffen auf die Gene, die auf demselben Chromosom vorhanden sind, wie Kügelchen auf derselben Schnur.

Nehmen wir zum Beispiel Spezies X, bei der die Gene A, B und C auf einem Chromosom vorhanden sind. Diese Gene sollen bei Spezies X syntenisch sein.

Betrachten Sie dann eine andere Spezies, Y, mit den Allelen A1, B1 und C1 auf einem anderen Chromosom. Diese Gene sollen auch bei der Spezies Y syntenisch sein.

Aus evolutionärer Sicht bezieht sich Syntenie auf das Phänomen der Kolokalisierung von Genen auf einem Chromosom von zwei oder mehr verschiedenen Arten.

Die Gene A und A1, B und B1 sowie C und C1 stellen also eine Syntenie zwischen den beiden Spezies X und Y dar.

Darüber hinaus repräsentieren die Gene, die in gemeinsamen chromosomalen Regionen in zwei oder mehr Spezies vorhanden sind, wie die Gene A, B und C, ein konserviertes syntenisches Segment oder konservierte syntenische Blöcke.

Im Laufe der Evolution durchlaufen Arten zufällige Mutationen, überleben die natürliche Selektion und entwickeln sich zu mehreren Abstammungslinien, wobei sie meist konservierte syntenische Blöcke über viele Chromosomen hinweg beibehalten.

Vor etwa 85 Millionen Jahren hatten Menschen und Baumspitzmäuse beispielsweise einen gemeinsamen Säugetier-Vorfahren. Selbst nach Millionen von Jahren der Divergenz zeigen mehrere Gene, die auf dem langen Arm des menschlichen Chromosoms 10 und dem Chromosom 16 der Baumspitzmaus vorhanden sind, in einigen Regionen eine konservierte Syntenie.

Dies deutet darauf hin, dass sich ein angestammtes Säugetierchromosom bei der Baumspitzmaus zum Chromosom 16 und beim Menschen auch zum langen Arm von Chromosom 10 entwickelt hat.

Basierend auf Syntenieanalysen und hochauflösenden DNA-Daten aller bekannten modernen Primaten haben Wissenschaftler einen Karyotyp für den gemeinsamen Vorfahren all dieser Arten vorgeschlagen.

Die übereinstimmenden Farben, die auf den Chromosomen des Menschen und der Vorfahren gezeigt werden, zeigen die konservierten syntenischen Blöcke und Ahnenchromosomen an, aus denen sich die menschlichen Chromosomen entwickelt haben.

Diese angestammten Chromosomen haben mehrere Runden der Chromosomenumlagerung, -fusion oder -zerlegung durchlaufen, was die Diversität und Artbildung zu den heutigen Primatenarten erleichterte.

Tags

Syntenie Evolution Gene Chromosomen genetisch verknüpft gemeinsame Abstammung konservierte syntenische Regionen Umlagerungen Bruch Fusionsereignisse Chromosomenbruch-und-Wiedervereinigungsereignisse Genordnung Basenpaare evolutionäre Distanz Karyotyp DNA-Sequenzanalyse