1.8
Несмотря на простоту генетического кода, существуют значительные различия с точки зрения размера генома, от самых маленьких из известных геномов, в том числе протеобактерий Candidatus Carsonella ruddii, содержащая менее 160, 000 пар оснований, до самых крупных, Таких, как японское цветущее растение Вороний глаз японский"у которого этих пар около 150 миллиардов. Несмотря на эти крайности, бактерии и археи как правило, имеют около 3, 000 генов внутри геномов. Поскольку у прокариот практически нет некодирующих последовательностей, это означает, что их геномы могут быть относительно невелики по сравнению с геномами эукариот.
Более мелкие геномы также означают, меньший объём реплицируется в каждом раунде деления клетки, что способствует быстрому воспроизведению. Обычно у эукариот имеется приерно 20, 000 генов, но их геномы размечены длинными отрезками некодирующей последовательности, поэтому размер их генома не обязательно означает огромный объём информации. Геном Вороньего глаза японского может быть более, чем в 50 раз больше генома человека, но это объясняется, по крайней мере, от части, огромным числом участков некодирующей последовательности и, возможно, высоким уровнем дублирования, а не присутствием большого числа новых генов.
Так как же у организмов появляются новые гены? Обычно это происходит путём модификации уже существующей последовательности. Одним из основных способов развития новых генов является дублирование генов.
Представьте себе, что отрезок ДНК, содержащий ген, случайно дублируется. Теперь у организма есть вторая копия существующего гена. Такие новые генные копии не имеют ограничений, налагаемых на оригинал для поддержки функции.
Поэтому они могут, потенциально, разойтись"развивая новый способ применения или модифицированную функцию по сравнению с оригиналом. Еще один способ создать новые гены перемешивать ДНК, когда сегменты существующего гена или копии гена разделяются и перемещаются, и присоединяются к сегментам другого гена, формируя гибридный ген, который может взять на себя новую функцию. Интрагенная мутация, т.е.
изменения в последовательности генов, внесённые мутациями с течением времени, произвели много новых генов. Это расхождение наиболее заметно, при сравнении видов или родов, которые расходятся независимо друг от друга. Как только это расхождение выходит за определённые рамки, тот или иной ген берет на себя новую функцию.
теперь они могут быть классифицированы как совершенно разные гены. Наконец, горизонтальный перенос генов приносит новые гены и последовательности в геном от внешних источников, таких, как другие представители вида и даже другие виды. Этот тип получения новых генов наиболее типичен для прокариот и архей, и перенос генов устойчивости к антибиотикам яркий тому пример.
В то время как у эукариот этот механизм встречается редко, он всё же рассматриваться в качестве одного из важнейших источников генетического обновления. Генетический материал может поступить даже от весьма отдалённо связанных видов, таких как бактерии и грибы в этом примере.
Хотя каждый живой организм имеет тот или иной геном (будь то РНК или ДНК), размеры этих чертежей существенно различаются. Одним из основных факторов, влияющих на размер генома, является то, является ли организм прокариотическим или эукариотическим. У прокариот геном практически не содержит некодирующих последовательностей, поэтому гены плотно сгруппированы в группы или опероны последовательно вдоль хромосомы. И наоборот, гены эукариот отмечены длинными участками некодирующей последовательности. В целом, это способствует тому, что геномы прокариот в среднем меньше (т.е. содержат меньше оснований), чем геномы эукариот.
Неудивительно, что, учитывая это наблюдение, самые маленькие известные геномы принадлежат в основном прокариотам. Например, Candidatus Carsonella rudii представляет собой сильно упрощенную протеобактерию, размер генома которой составляет всего 160 тысяч пар оснований. Потеряв множество генов, необходимых для синтеза жизненно важных белков, он превратился в облигатного внутриклеточного симбионта. На противоположном конце спектра находится эукариотное японское цветковое растение Paris japonica, имеющее один из крупнейших известных геномов: около 150 миллиардов пар оснований. Хотя количество генов, которые он кодирует, неизвестно, в геноме обнаружено огромное количество дупликаций и некодирующих последовательностей.
В геноме среднестатистического прокариота имеется около 3 000 генов. У среднего эукариота их около 20 000. Но размер генома, особенно у эукариот, сильно варьируется – во многом из-за количества некодирующих последовательностей.
Создание новых генов
Для разработки новых генов у организмов есть несколько основных вариантов. Единственное, что объединяет большинство из них, это то, что они изменяют уже существующие последовательности.
Дупликация играет важную роль в создании новых генов, и существует несколько типов дупликации, которые могут привести к образованию новых последовательностей. При дупликации гена дублируется участок ДНК, содержащий ген. Эта вторая копия не сталкивается с давлением отбора, которое ограничивает первую, и поэтому может расходиться. Со временем это может привести к эволюции новых генов с новыми ролями.
Другой тип дупликации — перетасовка ДНК — может привести к дублированию только части гена и присоединению к другому гену. Это может привести к созданию новых генов и новых продуктов.
Иногда новые гены просто развиваются в результате накопленных с течением времени мутаций. Это известно как внутригенная мутация и наиболее заметно при сравнении видов или расходящихся популяций.
Наконец, также возможно получать новые гены из внешних источников с помощью процесса, известного как горизонтальный перенос генов. Это означает, что генетический материал может быть получен от других особей, иногда принадлежащих к тому же виду, но также потенциально и от совершенно другого вида. Это частый источник новых генов у прокариот и архей. Это менее распространено у эукариот, но было доказано, что оно встречается, и эукариоты могут даже получать генетическую информацию из таких отдаленных источников, как бактерии или грибы.
Несмотря на простоту генетического кода, существуют значительные различия с точки зрения размера генома, от самых маленьких из известных геномов, в том числе протеобактерий Candidatus Carsonella ruddii, содержащая менее 160, 000 пар оснований, до самых крупных, Таких, как японское цветущее растение Вороний глаз японский"у которого этих пар около 150 миллиардов. Несмотря на эти крайности, бактерии и археи как правило, имеют около 3, 000 генов внутри геномов. Поскольку у прокариот практически нет некодирующих последовательностей, это означает, что их геномы могут быть относительно невелики по сравнению с геномами эукариот.
Более мелкие геномы также означают, меньший объём реплицируется в каждом раунде деления клетки, что способствует быстрому воспроизведению. Обычно у эукариот имеется приерно 20, 000 генов, но их геномы размечены длинными отрезками некодирующей последовательности, поэтому размер их генома не обязательно означает огромный объём информации. Геном Вороньего глаза японского может быть более, чем в 50 раз больше генома человека, но это объясняется, по крайней мере, от части, огромным числом участков некодирующей последовательности и, возможно, высоким уровнем дублирования, а не присутствием большого числа новых генов.
Так как же у организмов появляются новые гены? Обычно это происходит путём модификации уже существующей последовательности. Одним из основных способов развития новых генов является дублирование генов.
Представьте себе, что отрезок ДНК, содержащий ген, случайно дублируется. Теперь у организма есть вторая копия существующего гена. Такие новые генные копии не имеют ограничений, налагаемых на оригинал для поддержки функции.
Поэтому они могут, потенциально, разойтись"развивая новый способ применения или модифицированную функцию по сравнению с оригиналом. Еще один способ создать новые гены перемешивать ДНК, когда сегменты существующего гена или копии гена разделяются и перемещаются, и присоединяются к сегментам другого гена, формируя гибридный ген, который может взять на себя новую функцию. Интрагенная мутация, т.е.
изменения в последовательности генов, внесённые мутациями с течением времени, произвели много новых генов. Это расхождение наиболее заметно, при сравнении видов или родов, которые расходятся независимо друг от друга. Как только это расхождение выходит за определённые рамки, тот или иной ген берет на себя новую функцию.
теперь они могут быть классифицированы как совершенно разные гены. Наконец, горизонтальный перенос генов приносит новые гены и последовательности в геном от внешних источников, таких, как другие представители вида и даже другие виды. Этот тип получения новых генов наиболее типичен для прокариот и архей, и перенос генов устойчивости к антибиотикам яркий тому пример.
В то время как у эукариот этот механизм встречается редко, он всё же рассматриваться в качестве одного из важнейших источников генетического обновления. Генетический материал может поступить даже от весьма отдалённо связанных видов, таких как бактерии и грибы в этом примере.
From Chapter 1:
Now Playing
ДНК, клетки и эволюция
7.9K Views
ДНК, клетки и эволюция
42.7K Views
ДНК, клетки и эволюция
30.3K Views
ДНК, клетки и эволюция
18.5K Views
ДНК, клетки и эволюция
24.8K Views
ДНК, клетки и эволюция
38.1K Views
ДНК, клетки и эволюция
11.7K Views
ДНК, клетки и эволюция
6.4K Views
ДНК, клетки и эволюция
8.2K Views
ДНК, клетки и эволюция
27.0K Views