13.5:

13.5: Многовидовые консервативные последовательности

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

Multi-species Conserved Sequences

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

Previous Video

13.4: Synteny and Evolution

Next Video

13.6: Gene Duplication and Divergence

3,857 Views

•

02:51 min

•

April 07, 2021

Overview

Технологии секвенирования нового поколения позволили создать большие базы данных генома различных животных и растений. С тех пор, как был завершен проект «Геном человека», ученые изучали геном приматов, млекопитающих и других филогенетически далеких живых существ. Такие крупномасштабные исследования позволили по-новому взглянуть на эволюционные отношения между организмами.

Хотя геном каждого вида сильно отличается друг от друга, некоторые последовательности очень консервативны. Такие консервативные последовательности ДНК у двух или более видов известны как «многовидовые консервативные последовательности». Эти последовательности менее склонны к мутации и остаются в основном неизменными в течение длительного времени. Например, экзон и три интронные области гена муковисцидоза высоко консервативны у человека и высших обезьян, таких как шимпанзе и орангутанги.

Большинство мультиконсервативных последовательностей не кодируют белки; вместо этого они транскрибируются в длинные некодирующие РНК или вообще не транскрибируются. Синтезированные элементы РНК могут участвовать в эпигенетической регуляции экспрессии генов, процессинге пре-мРНК, альтернативном сплайсинге, созревании и стабильности. Нетранскрибируемые последовательности называются консервативными негенными последовательностями (CNG). Сравнение генома человека и мыши выявило около 327 000 СПГ в геноме человека. Среди них 65% — межгенные области, а 35% — интроны.

Ультраконсервативные последовательности в геноме человека

Ультраконсервативные последовательности — это последовательности ДНК, которые практически не претерпевали изменений в течение миллионов лет. Многие из ультраконсервативных последовательностей сосредоточены в кластерах рядом с факторами транскрипции и локусами генов развития.

Кроме того, существуют некоторые универсально консервативные гены. Эти гены настолько фундаментальны для жизни, что они сохраняются прямо от бактерий до млекопитающих. Примеры включают РНК-полимеразу, хеликазы, факторы удлинения, связывающие ГТФ, и транспортеры ABC.

Transcript

Нуклеотидные последовательности, которые консервативны между многими различными видами, называются многовидовыми консервативными последовательностями.

Например, существуют тысячи сегментов ДНК человека, крыс и мышей, которые остались неизменными с момента расхождения этих трех видов с их общим предком млекопитающими.

В то время как небольшая часть этих консервативных последовательностей кодирует РНК или белки, большинство из них являются некодирующими последовательностями ДНК, также называемыми консервативными негенными последовательностями или CNG. Например, среди консервативных последовательностей генома человека и мыши только одна треть из них продуцирует функциональный транскрипт, в то время как остальные две трети являются СПГ.

СПГ имеют длину от 50 до 200 нуклеотидов и могут быть обнаружены в межгенных областях генома, интронах в гене или нетранслируемых областях транскрипта РНК.

Некоторые из этих последовательностей чрезвычайно консервативны во всех линиях и поэтому называются ультраконсервативными последовательностями. Существует более 5000 ультраконсервативных последовательностей между геномами человека, крысы и мышей, каждая из которых имеет длину около 100 оснований.

Сохранение последовательностей на протяжении миллионов лет во всех линиях указывает на то, что многовидовые консервативные последовательности должны иметь решающее значение для выживания. Однако, поскольку большинство консервативных последовательностей не кодируют белок, их функция до сих пор остается загадкой.

Предполагается, что такие консервативные последовательности имеют следующие несколько функций. Во-первых, эти последовательности могут действовать как энхансеры или глушители, которые связываются с механизмом транскрипции и контролируют уровень экспрессии генов.

Во-вторых, консервативные последовательности могут транскрибироваться в длинные некодирующие РНК, которые регулируют созревание и стабильность пре-мРНК.

В-третьих, эти последовательности могут обеспечить функциональное взаимодействие между хромосомами и помочь определить территории хромосом с отчетливыми паттернами экспрессии генов в ядре.
Редкие мутации в многовидовых консервативных последовательностях обычно представляют собой критический шаг в эволюции новых видов.

Например, геномы приматов включают в себя высококонсервативные специфические последовательности рядом с генами нейронного развития. Около 6 миллионов лет назад эти консервативные последовательности претерпевали нуклеотидные изменения с исключительной скоростью, что привело к эволюции человеческой линии.

Эти области, называемые ускоренными областями человека или HAR, участвуют в критических этапах развития мозга и улучшения когнитивных функций.