Back to chapter

6.14:

Mitokondriyal, Kloroplast ve Prokaryotik Genomların Karşılaştırılması

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
Comparing Mitochondrial, Chloroplast, and Prokaryotic Genomes

Languages

Share

İlkel yırtıcı hücrelerinin bünyesine kattığı bakteriler, daha sonra mitokondrilere evrilerek ökaryotik hücreleri oluşturdu. Fotosentetik siyanobakteriler de bu ökaryotik hücrelerin bazılarıyla simbiyotik ilişkiler kurdu ve sonunda kloroplast halini aldı. Günümüzdeki mitokondriyal ve kloroplast genomları, bu geçmişten kalan prokaryotik genomların kalıntılarıdır.Günümüzdeki prokaryotların genomları, mitokondriyal genomlarla karşılaştırıldığında, yaklaşık 5 milyon baz çifti ve yaklaşık 5.000 gen içeren Escherichia coli’de olduğu gibi daha büyüktür. İnsan mitokondriyal genomu yaklaşık 17.000 baz çifti uzunluğundadır ve 37 gen içerir;çiçekli bir bitki olan Arabidopsis thaliana’nın mitokondriyal genomu 350.000’den fazla baz çiftine sahiptir, ancak yalnızca 57 gen içerir. Yaklaşık 3, 5 milyon baz çifti olan ve yaklaşık 3.200 gen taşıyan sinekosistis genomu gibi günümüz siyanobakteri genomları ile karşılaştırıldığında, karasal bitkilerdeki kloroplast genomu 200.000’e varan baz çiftine sahiptir ve 120 ila 135 gen içerir.Hem mitokondriyal hem de kloroplast genomları, çok daha küçük olmalarına rağmen, prokaryotik genoma çeşitli yönlerden benzerdir. DNA’ları histon proteinleriyle birleşmez ve genellikle bakteriyel plazmitlere benzer şekilde, dairesel ve çift zincirlidirler. Mitokondriyal genom ile karşılaştırıldığında, kloroplast genomu, prokaryotik genoma daha çok benzer.Hem kloroplast hem de prokaryotik genomları, transkripsiyon başlatıcıları ve sonlandırıcıları yönünden oldukça benzer DNA dizilerine sahiptir. Ek olarak, hayvan mitokondriyal genomları genellikle bitkilerdeki mitokondriyal genomdan daha küçüktür;çünkü hem kloroplast hem de bitki mitokondriyal genomları, çoğu hayvan mitokondriyal genomunda bulunmayan intronlara sahiptir.

6.14:

Mitokondriyal, Kloroplast ve Prokaryotik Genomların Karşılaştırılması

Günümüz mitokondriyal ve kloroplast genomları, atalarının prokaryotlarının bazı özelliklerini korumuş ve ayrıca ökaryotik hücreler içindeki evrimleri sırasında yeni özellikler kazanmıştır. Prokaryotik genomlar gibi, mitokondriyal ve kloroplast genomları ne histon benzeri proteinlerle bağlanır ne de ökaryotlarda gözlemlendiği gibi kromozom benzeri yapılara karmaşık paketleme göstermez. Ökaryotik hücrelerde gözlenen mitotik hücre bölünmelerinin aksine, mitokondri ve kloroplastlar ikili fisyona uğrar ve dna'larını prokaryotlarda gözlemlendiği gibi yavru organellerine eşit olarak ayırır. Ek olarak, hem mitokondri hem de kloroplastlardaki ribozomlar antibakteriyel antibiyotiklere duyarlıdır.

Prokaryotik genomların milyonlarca baz çifti ve binlerce geni vardır; mitokondriyal ve kloroplast genomları, birkaç bitki hariç,birkaç yüz gen ile binlerce baz çifti ile çok daha küçüktür. Genom büyüklüğündeki bu fark, evrim sırasında ilkel mitokondriyal ve kloroplast genomlarının önemli kısımlarının çekirdeğe ihraç edilmesinden kaynaklanmıştır. Bu gen ihracatı, biyogenezi için gereken bazı proteinlerin temini için nükleer genoma bağımlı hale getirmiştir.

Hayvanlar ve bitkiler tarafından alınan farklı evrimsel yollar, hayvan mitokondri ve bitki mitokondri ve kloroplastların genomları arasında anlamlı farklılıklar göstermiştir. Hayvansal mitokondriyal genomlar, bitki mitokondriyal ve kloroplast genomlarından daha küçüktür. Ayrıca, çoğu prokaryotik genomda olduğu gibi, hayvan mitokondriyal genomları herhangi bir intron taşımaz. Bununla birlikte, intronlar hem bitki mitokondri hem de kloroplastların genomlarında bulunur. Mitokondriyal genomlarla karşılaştırıldığında, kloroplast genomları boyut ve yapıda daha az değişiklik gösterir ve ayrıca daha fazla gen içerir.  Örneğin, Arabidopsis thaliana 'nin kloroplast genomunda bulunan genlerin sayısı, mitokondriyal genomunda bulunan genlerin neredeyse iki katıdır. Ek olarak, kloroplast genomları prokaryotik muadillerine mitokondriyal genomdan daha benzerdir, çünkü düzenleyici sekanslarında ve birçok gen kümesinin düzenlenmesinde benzerdirler.

Suggested Reading

  1. Smith, David Roy, and Patrick J. Keeling. "Mitochondrial and plastid genome architecture: reoccurring themes, but significant differences at the extremes." Proceedings of the National Academy of Sciences 112, no. 33 (2015): 10177-10184.
  2.  Shah, VC. "Evolution of Chloroplast Genome." Proc. Indian natn. Sci. Acad. B49 N0 6 (1983): 636-646.