Back to chapter

1.9:

Генные семьи

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
Gene Families

Languages

Share

Поскольку клетки часто делятся, они также должны часто создавать дубликатя своих геномов. В ходе этого процесса могут происходить ошибки, которые приводят к тому, что целые участки ДНК дублируются Если продублированный участок ДНК содержит один или несколько кодирующих участков, это называют дублирование гена. Освобождённая от ограничений, наложенных на исходный ген для поддержания функции, ген-копия теперь может приобрести мутации и достаточно развиться для выполнения новой функции в клетке.Мы называем гены, которые эволюционировали таким образом, то есть, путём дублирования существующих генов в геноме одного вида, паралоги”Термин Ортологи”с другой стороны, используется для описания генов в разных видах, которые произошли от общего предка, но продолжали эволюционировать после одного или нескольких событий видообразования. Термин гомолог”может быть применён в обоих случаях. Он просто описывает гены с общим предком.Группы гомологичных генов в совокупности называются семействами генов. Из-за сродства их ДНК и. сходства протеинов, гены внутри одного семейства генов обычно вырабатывают белки, которые выполняют аналогичные функции.Например, гемоглобин и миоглобин являются родственными белками, которые оба выполняют связывание кислорода у млекопитающих. Однако гемоглобин эволюционировал в качестве основного участника транспорта кислорода, тогда как роль миоглобина хранение кислорода. При исследовании генома такие семейства генов часто можно определить и классифицировать из-за сильного сходства их последовательностей.Кроме того, изучение семейств генов может помочь при гипотетической оценке функции недавно обнаруженного гена, даже при отсутствии белка.

1.9:

Генные семьи

Генные семейства состоят из групп генов, которые предположительно произошли от общего предка. Обычно они возникают в результате событий, при которых ген или гены ошибочно дублируются во время деления клетки. В отличие от родительских генов (которые подвергаются давлению отбора для сохранения функции), эти копии генов могут не сохранять свои последовательности и развиваться относительно более высокими темпами.

Иногда эти области могут быть приспособлены к новым ролям в организме, становясь самостоятельными генами. Когда это происходит, мы называем эти гены паралогами – двумя генами одного вида, которые произошли от общего предкового гена.

Еще один распространенный термин для обозначения членов генного семейства – ортолог. Ортологичные гены – это гены, которые произошли от общего предкового гена, но продолжали развиваться после одного или нескольких событий видообразования. Например, ген мышиного фермента трегалазы будет иметь ортолог у человека, который также производит фермент трегалазу. Однако эти гены и их продукты будут иметь по крайней мере частично отличающиеся последовательности из-за многих лет эволюционных изменений, прошедших с момента последнего общего предка мыши и человека. Следовательно, они являются ортологами в одном семействе генов.

Третий распространенный термин, используемый в генных семействах, – это гомологичные гены. Этот термин шире и применим ко всем родственным генам в генном семействе.

Кроме того, для обозначения очень больших групп генов и белков, которые обладают достаточной гомологией, чтобы иметь общее происхождение, иногда используется термин суперсемейство. Для этих больших семейств группировка может опираться на механическое сходство для определения границ группы. Вследствие общего генетического происхождения гены в генном семействе обычно выполняют родственные функции. Например, суперсемейство иммуноглобулинов состоит из большого количества генов, которые кодируют как растворимые белки, так и белки клеточной поверхности, участвующие в иммунологических реакциях, таких как клеточное связывание, или адгезия. Ключевой особенностью этого семейства является то, что члены имеют общий домен, ответственный за складывание иммуноглобулина, который имеет решающее значение для их функционирования.

Suggested Reading

  1. 1PDB ID: 1GZX
    Paoli, M., Liddington, R., Tame, J., Wilkinson, A., Dodson, G. (1996)  Crystal Structure of T State Haemoglobin with Oxygen Bound at All Four Haems. J Mol Biol 256: 775
  2. 2PDB ID: 3RGK
    Hubbard, S.R., Lambright, S.G., Boxer, S.G., Hendrickson, W.A. (1990) X-ray crystal structure of a recombinant human myoglobin mutant at 2.8 A resolution. J Mol Biol 20: 215-218 DOI: 10.1016/S0022-2836(05)80181-0
  3. H.M. Berman, J. Westbrook, Z. Feng, G. Gilliland, T.N. Bhat, H. Weissig, I.N. Shindyalov, P.E. Bourne. (2000) The Protein Data Bank Nucleic Acids Research, 28: 235-242
  4. D. Sehnal, A.S. Rose, J. Kovca, S.K. Burley, S. Velankar (2018) Mol*: Towards a common library and tools for web molecular graphics MolVA/EuroVis Proceedings. doi:10.2312/molva.20181103
  5. S. Cheng, J. Ashley, J..D Kurleto, M.Lobb-Rabe, Y.J. Park, R.A. Carrillo, E. Özkan (2019). Molecular basis of synaptic specificity by immunoglobulin superfamily receptors in Drosophila. eLife 2019;8:e41028 DOI: 10.7554/eLife.41028