6.14: Сравнение геномов митохондрий, хлоропластов и прокариот

Современные геномы митохондрий и хлоропластов сохранили некоторые характеристики своих предковых прокариот, а также приобрели новые атрибуты в ходе эволюции внутри эукариотических клеток. Подобно геномам прокариот, геномы митохондрий и хлоропластов не связываются с гистоноподобными белками и не демонстрируют сложной упаковки в хромосомо-подобные структуры, как это наблюдается у эукариот. В отличие от митотических делений клеток, наблюдаемых в эукариотических клетках, митохондрии и хлоропласты подвергаются бинарному делению и в равной степени разделяют свою ДНК на дочерние органеллы, как это наблюдается у прокариот. Кроме того, рибосомы как в митохондриях, так и в хлоропластах чувствительны к антибактериальным антибиотикам.

Геномы прокариот содержат миллионы пар оснований и тысячи генов; Геномы митохондрий и хлоропластов, за исключением некоторых растений, намного меньше, с числом пар оснований исчисляются тысячами и содержат несколько сотен генов. Эта разница в размерах генома произошла потому, что в ходе эволюции значительные части примитивных геномов митохондрий и хлоропластов были экспортированы в ядро. Этот экспорт генов сделал их зависимыми от ядерного генома в поставке некоторых белков, необходимых для их биогенеза.

Различные пути эволюции, пройденные животными и растениями, привели к существенным различиям между геномами митохондрий животных и митохондрий и хлоропластов растений. Митохондриальные геномы животных меньше, чем геномы митохондрий и хлоропластов растений. Кроме того, как и большинство геномов прокариот, митохондриальные геномы животных не несут интронов. Однако интроны присутствуют в геномах как митохондрий растений, так и хлоропластов. По сравнению с митохондриальными геномами, геномы хлоропластов демонстрируют меньшие различия по размеру и структуре, а также содержат больше генов. Например, количество генов, присутствующих в геноме хлоропластов Резуховидки Таля, почти вдвое превышает количество генов, присутствующих в его митохондриальном геноме. Более того, геномы хлоропластов больше похожи на свои прокариотические аналоги, чем на митохондриальный геном, поскольку они схожи по своим регуляторным последовательностям и расположению многих кластеров генов.

клетки примитивного хищника интернализировали бактерии, которые позже эволюционировали в митохондрии, формируя эукариотические клетки. Фотосинтез цианобактерий также сформировал симбиотические отношения с некоторыми из этих эукариотических клеток и в конечном итоге развились в хлоропласт. В настоящее время митохондрий и хлоропластными геномами являются остатками этих действий предков прокариотических геномов.

По сравнению с митохондриальными геномами, геномы текущих прокариот большие, как, например В Escherichia coli, которые содержат около 5 миллионов пар оснований и почти 5, 000 генов. Человеческий митохондриальный геном почти 17, 000 пар оснований длиной, и содержит 37 генов, тогда как митохондриальный геном Arabidopsis thaliana, цветущее растение, имеет более 350, 000 пар оснований, но содержит только 57 генов. По сравнению с сегодняшним днем геномы цианобактерий такие как геном synechocystis, который имеет около 3.5 миллиона пар оснований и приблизительно 3, 200 генов, геном хлоропласта среди наземных растений имеет до 200, 000 пар оснований и содержит от 120 до 135 генов.

Несмотря на то что они гораздо меньше, и митохондриальный, и хлоропластный геномы являются сходными с прокариотическим геном в нескольких направлениях. Их ДНК не ассоциируется с белками гистонами и, как правило, круговые и двухцепочечные, сходные с бактериальными плазмидами. По сравнению с митохондриальным геномом, геном хлоропласта больше напоминает прокариотический геном.

Как хлоропласт, так и прокариотические геномы имеют достаточно сходные последовательности ДНК для транскрипционных промоторов и терминаторов. Кроме того, митохондриальные геномы животных, как правило, меньше, чем митохондриальный геном в растениях, поскольку и хлоропласт, и растительный митохондриальный геномы имеют интроны которые отсутствуют в большинстве митохондриальных геномов животных.