6.14: 미토콘드리아, 엽록체, 원핵생물 유전체 비교

Comparing Mitochondrial, Chloroplast, and Prokaryotic Genomes
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Comparing Mitochondrial, Chloroplast, and Prokaryotic Genomes

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02:16 min
November 23, 2020

Overview

The present-day mitochondrial and chloroplast genomes have retained some of the characteristics of their ancestral prokaryotes and also have acquired new attributes during their evolution within eukaryotic cells. Like prokaryotic genomes, mitochondrial and chloroplast genomes neither bind with histone-like proteins nor show complex packaging into chromosome-like structures, as observed in eukaryotes. Unlike mitotic cell divisions observed in eukaryotic cells, mitochondria and chloroplasts undergo binary fission and equally separate their DNA into the daughter organelles as observed in prokaryotes. Furthermore, ribosomes in both mitochondria and chloroplasts are sensitive to antibacterial antibiotics.

Prokaryotic genomes have millions of base pairs and thousands of genes; mitochondrial and chloroplast genomes, except in a few plants,  are much smaller with numbers of base pairs in the thousands with a few hundred genes. This difference in genome size occurred because, during evolution, significant parts of primitive mitochondrial and chloroplast genomes were exported to the nucleus. This export of genes made them dependent on the nuclear genome for the supply of some of the proteins required for their biogenesis.

The different evolutionary paths taken by animals and plants have resulted in significant differences between genomes of animal mitochondria and plant mitochondria and chloroplasts. Animal mitochondrial genomes are smaller than plant mitochondrial and chloroplast genomes. Also, similar to most prokaryotic genomes, animal mitochondrial genomes do not carry any introns. However, introns are present in the genomes of both plant mitochondria and chloroplasts. Compared to mitochondrial genomes, chloroplast genomes show less variation in size and structure and also contain more genes.  For example, the number of genes present in the chloroplast genome of Arabidopsis thaliana is almost double of the genes present in its mitochondrial genome. Furthermore, chloroplast genomes are more similar to their prokaryotic counterparts than the mitochondrial genome as they are similar in their regulatory sequences and arrangement of many gene clusters.

Transcript

원시 포식자 세포는 나중에 미토콘드리아로 진화하여 진핵 세포를 형성하는 박테리아를 내부화했습니다. 광합성 시아노박테리아는 또한 이러한 진핵 세포 중 일부와 공생 관계를 형성했으며 결국 엽록체로 발전했습니다.

오늘날의 미토콘드리아 게놈과 엽록체 게놈은 이러한 조상 원핵 게놈의 잔해입니다.

미토콘드리아 게놈과 비교했을 때, 오늘날 원핵생물의 게놈은 약 500만 bps와 거의 5000개의 유전자를 포함하는 대장균(Escherichia coli)과 같이 규모가 큽니다.

인간 미토콘드리아 게놈은 길이가 거의 17,000bps이고 37개의 유전자를 포함하고 있는 반면, 현화식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 미토콘드리아 게놈은 350,000bps 이상이지만 57개의 유전자만 포함하고 있습니다.

약 350만 bps를 가지고 약 3200개의 유전자를 가지고 있는 Synechocystis 게놈과 같은 오늘날의 시아노박테리아 게놈과 비교할 때, 육상 식물 중 엽록체 게놈은 최대 200,000bps에 120-135개의 유전자를 포함하고 있습니다.

훨씬 더 작지만 미토콘드리아 게놈과 엽록체 게놈은 모두 여러 면에서 원핵생물 게놈과 유사합니다. 그들의 DNA는 히스톤 단백질과 결합하지 않으며 일반적으로 박테리아 플라스미드와 유사한 원형 및 이중 가닥입니다.

미토콘드리아 게놈과 비교할 때 엽록체 게놈은 원핵 생물 게놈과 더 유사합니다. 엽록체와 원핵생물 게놈은 모두 전사 프로모터와 종결자에 대해 매우 유사한 DNA 염기서열을 가지고 있습니다.

또한 동물 미토콘드리아 게놈은 엽록체와 식물 미토콘드리아 게놈 모두 대부분의 동물 미토콘드리아 게놈에 없는 인트론을 가지고 있기 때문에 일반적으로 식물의 미

토콘드리아 게놈보다 작습니다.

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