13.4:

13.4: Synteny i ewolucja

Synteny and Evolution

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Synteny and Evolution

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

13.3: Phylogenetic Trees

13.5: Multi-species Conserved Sequences

3,164 Views

•

02:31 min

•

April 07, 2021

Overview

John H. Renwick po raz pierwszy ukuł termin “synteny” w 1971 roku, który odnosi się do genów obecnych na tych samych chromosomach, nawet jeśli nie są one genetycznie połączone. Gatunki o wspólnym pochodzeniu mają tendencję do wykazywania konserwatywnych regionów syntenicznych. Dlatego pojęcie syntenii jest obecnie używane do opisania ewolucyjnych relacji między gatunkami.

Około 80 milionów lat temu linia ludzi i myszy oddzieliła się od wspólnego przodka. W trakcie ewolucji chromosom przodków przeszedł kilka rearanżacji, pęknięć i fuzji, aby wyewoluować w chromosomy myszy i ludzi. Na przykład, potrzeba było około 180 zdarzeń związanych z pękaniem i ponownym łączeniem chromosomów, aby ewolucja chromosomów przodków w chromosomy ludzkie i mysie. Jednak kilka regionów chromosomów zarówno u myszy, jak i u ludzi zachowało wspólną kolejność genów lub syntenię. Na przykład ponad 510 000 par zasad mysiego chromosomu 12 ma wspólne bloki synteniczne z ludzkim chromosomem 14. W przyszłości, gdy dystans ewolucyjny między dwoma gatunkami wzrośnie, liczba zdarzeń związanych z pękaniem i ponownym łączeniem chromosomów wzrośnie, a syntenia zmniejszy się.

Kariotyp przodków naczelnych

Opierając się na relacji syntenii i analizie sekwencji DNA, naukowcy przewidzieli kariotyp wszystkich przodków naczelnych. Synchronizacja między ludźmi a innymi naczelnymi, takimi jak szympansy, goryle i inne żyjące gatunki naczelnych, ujawnia, że ludzkie chromosomy pochodzą z chromosomów przodków w wyniku kilku zdarzeń związanych z pękaniem i ponownym łączeniem chromosomów. Takie rearanżacje chromosomów na dużą skalę zdarzają się rzadko, np. raz na 5 milionów lat. Ale kiedykolwiek się pojawią, najprawdopodobniej doprowadzą do ewolucji nowego gatunku. Porównanie chromosomów ludzkich z proponowanym kariotypem przodków naczelnych pokazuje kilka rearanżacji chromosomów. Na przykład fuzja chromosomów przodków 9 i 11 utworzyła ludzki chromosom 2; lub wzajemna translokacja chromosomów przodków 14 i 21 doprowadziła do ewolucji ludzkich chromosomów 12 i 22.

Transcript

Syntenia w klasycznym ujęciu odnosi się do genów obecnych na tym samym chromosomie, jak koraliki na tej samej strunie.

Weźmy na przykład gatunek X, który ma geny A, B i C obecne na jednym chromosomie. Mówi się, że geny te są synteniczne u gatunku X.

Następnie rozważmy inny gatunek, Y, z allelami A1, B1 i C1 na innym chromosomie. Mówi się również, że geny te są synteniczne u gatunku Y.

W perspektywie ewolucyjnej syntenia odnosi się do zjawiska kolokalizacji genów na chromosomie dwóch lub więcej różnych gatunków.

Dlatego geny A i A1, B i B1 oraz C i C1 reprezentują syntenię między dwoma gatunkami, X i Y.

Ponadto geny obecne we wspólnych regionach chromosomalnych u dwóch lub więcej gatunków, takie jak geny A, B i C, reprezentują konserwatywny segment synteniczny lub konserwatywne bloki synteniczne.

W trakcie ewolucji gatunki przechodzą losowe mutacje, przeżywają dobór naturalny i ewoluują w kilka linii, a wszystko to przy zachowaniu konserwatywnych bloków syntenicznych na wielu chromosomach.

Na przykład około 85 milionów lat temu ludzie i ryjówki drzewne mieli wspólnego przodka ssaków. Nawet po milionach lat dywergencji, kilka genów obecnych na długim ramieniu ludzkiego chromosomu 10 i chromosomie 16 ryjówki drzewnej wykazuje zachowaną syntenię w niektórych regionach.

Wskazuje to, że przodek ssaków wyewoluował w chromosom 16 u ryjówki drzewnej, a także w długie ramię chromosomu 10 u ludzi.

Opierając się na analizie syntenii i danych DNA o wysokiej rozdzielczości od wszystkich znanych współczesnych naczelnych, naukowcy zaproponowali kariotyp dla wspólnego przodka wszystkich tych gatunków.

Pasujące kolory pokazane w chromosomach człowieka i przodków wskazują na konserwatywne bloki synteniczne i chromosomy przodków, z których wyewoluowały chromosomy ludzkie.

Te chromosomy przodków przeszły kilka rund rearanżacji, fuzji lub złamania chromosomów, co ułatwiło różnorodność i specjację w dzisiejszych gatunkach naczelnych.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Synteny ewolucja geny chromosomy genetycznie powiązane wspólne pochodzenie konserwatywne regiony synteniczne rearanżacje pęknięcie zdarzenia fuzji zdarzenia pęknięcia i ponownego łączenia chromosomów kolejność genów pary zasad odległość ewolucyjna kariotyp analiza sekwencji DNA