JoVE Core
Molecular Biology
Chapter 13: Genomes and Evolution
13.5:
多種保存配列
次世代のシーケンシング技術により、さまざまな動植物の大規模なゲノムデータベースが作成されました。ヒトゲノムプロジェクトが完了して以来、科学者たちは霊長類、哺乳類、その他の系統発生的に遠い生物のゲノムを研究してきました。このような大規模な研究は、生物間の進化的関係についての新たな洞察をもたらしました。
各種のゲノムは互いに大きく異なりますが、いくつかの配列は高度に保存されています。このような2種以上の保存されたDNA配列は、総称して「多種保存配列」と呼ばれます。これらの配列は、変異する可能性が低く、長期間にわたってほとんど変化しません。例えば、遺伝子嚢胞性線維症のエクソンと3つのイントロン領域は、ヒトとチンパンジーやオランウータンなどの高等類人猿の間で高度に保存されています。
ほとんどのマルチコンセプト配列はタンパク質をコードせず、代わりに、長いノンコーディングRNAに転写されるか、まったく転写されません。合成されたRNA要素は、遺伝子発現のエピジェネティックな調節、pre-mRNAプロセシング、選択的スプライシング、成熟、および安定性に関与している可能性があります。転写されない配列は、保存された非遺伝子配列(CNG)と呼ばれます。ヒトとマウスのゲノム比較により、ヒトゲノムには約327,000個のCNGが明らかになりました。そのうち、65%が遺伝子間領域であり、35%がイントロンにあります。
超保存配列は、何百万年もの間、ほとんどまたはまったく変化していないDNA配列です。超保存された配列の多くは、転写因子や発生遺伝子座の近くのクラスターに集中しています。
また、普遍的に保存されている遺伝子がいくつかあります。これらの遺伝子は生命にとって非常に基本的なものであり、細菌から哺乳類まで保存されています。例としては、RNAポリメラーゼ、ヘリカーゼ、GTP結合伸長因子、ABCトランスポーターなどがあります。
多くの異なる種間で保存されているヌクレオチド配列は、多種保存配列と呼ばれます。
例えば、ヒト、ラット、マウスの間には、これら3つの種が共通の哺乳類の祖先から分岐して以来、変化していない何千ものDNAセグメントがあります。
これらの保存された配列のごく一部はRNAまたはタンパク質をコードしていますが、大多数は非コードDNA配列であり、保存された非遺伝子配列またはCNGとも呼ばれます。例えば、ヒトやマウスのゲノム保存配列のうち、機能的な転写産物を産生するのは3分の1に過ぎず、残りの3分の2はCNGです。
CNGの長さは約50〜200ヌクレオチドで、ゲノムの遺伝子間領域、遺伝子内のイントロン、またはRNA転写産物の非翻訳領域に見られます。
これらの配列の一部は、系統間で非常に保存されているため、超保存された配列と呼ばれます。ヒト、ラット、マウスのゲノム間には5000以上の超保存された配列があり、それぞれの長さは約100塩基です。
系統間での数百万年にわたる配列の保存は、複数種に保存された配列が生存にとって重要であることを示しています。しかし、保存された配列のほとんどはタンパク質をコードしていないため、その機能はまだ謎のままです。
このような保存された配列は、以下のいくつかの機能を持つと推測されます。まず、これらの配列は、転写機構に結合し、遺伝子発現のレベルを制御するエンハンサーまたはサイレンサーとして機能する可能性があります。
次に、保存された配列は、プレmRNAの成熟と安定性を調節する長いノンコーディングRNAに転写される可能性があります。
第三に、これらの配列は染色体間の機能的相互作用を可能にし、核内の異なる遺伝子発現パターンを持つ染色体領域を定義するのに役立つ可能性があります 複数種が保存された配列における稀な突然変異は、通常、新種の進化における重要なステップを表しています。
例えば、霊長類のゲノムは、神経発達遺伝子の近くで高度に保存された特定の配列を含んでいます。約600万年前、これらの保存された配列は、ヒトの系統の進化につながる例外的な速度でヌクレオチド変化を受けました。
これらの領域は、Human Accelerated Regions(HAR)と呼ばれ、脳の発達と認知機能の改善の重要な段階に関与しています。
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