Ewolucja genów i genomów

Transkrypt

1 Ewolucja genów i genomów

2 Rozmiar genomu Eukaryota 1 pg DNA = 1Gzasad Alexandrium tamarense Około 140 chromosomów 200 pg DNA/komórkę Rośliny do 150 pg 2

3 Ciągła reorganizacja genomu Bloki genów zachowane Syntenia genów rzodkiewnika, ziemniaka i winorośli Rearanżacja chromosomów X Xu et al. Nature 000, 1-7 (2011) doi: /nature

4 Kompresja i ekspansja genomu Białko HTT odpowiedzialne za chorobę Huntingtona 67 eksonów u człowieka i ryby Takifugu Molecular Biology of the Cell. 4th edition. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. New York: Garland Science; Copyright 2002, Bruce Alberts, Alex Corradi N, Slamovits C H Briefings in Functional Genomics 2011;10: The Author Published by Oxford University Press. All rights reserved. For permissions, please journals.permissions@oup.com

5 Gęstość intronów w genomach Eukarya 5 Roy et al. Nature Reviews Genetics 7, (March 2006) doi: /nrg1807

6 Eksonowa teoria genów Walter Gilbert 1987 Elegancka hipoteza Dystrybucja intronów nie potwierdza jej Tasowanie eksonów głównie u kręgowców Brown TA. Genomes. 2nd edition. Oxford: Wiley-Liss; Available from: 6

7 Pochodzenie intronów jądrowych Być może od intronów grupy II 7

8 Genom komórkowy i proteomy w przedziałach komórkowych P Dolezal et al. Science 2006;313: Published by AAAS

9 Wędrówka genów między przedziałami Geny akumulują się w jądrze 9

10 Rickettsia Genomy mitochondrialne bliski krewny mitochondriów Jacoba, Reclinomonas Excavata mają najwięcej genów mitochondrialnych 10

11 Geny organellarne Geny uciekają z organelli Drobna część została Fotosynteza i oddychanie Translacja Hipoteza hydrofobowa (ale Rubisco-LSU) Hipoteza CORR (co-location for redox regulation) 11

12 Geny chloroplastowe W genomach chloroplastowych zostały geny kodujące białka położone blisko centrów aktywnych 12

13 Ewolucja przez duplikacje genów Hemoglobina 13 Brown TA. Genomes. 2nd edition. Oxford: Wiley-Liss; 2002.

14 Ewolucja przez duplikacje genów Ohno, Susumu. (1970). Evolution by gene duplication. Nowe geny mogą powstać przez duplikacje DNA RNA od innego organizmu (gatunku) 14

15 Duplikacja genów Ohno, Susumu. (1970). Evolution by gene duplication. 15 Brown TA. Genomes. 2nd edition. Oxford: Wiley-Liss; 2002.

16 Duplikacja genów Dzisiejsza wersja. Richard C Moore, Michael D Purugganan The evolutionary dynamics of plant duplicate genes Current Opinion in Plant Biology Volume 8, Issue

17 Geneza i ewolucja genów homeotycznych Oliver Hobert & Heiner Westphal Trends in Genetics: 2/2000 NATURE REVIEWS GENETICS VOLUME 6 DECEMBER Nature Publishing Group 17

18 Duplikacja i tasowanie domen białkowych 18

19 Kasetowa budowa białek Duplikacje domen Niezależne od intronów Zależne od intronów Białko ANK1 z erytrocytów 19 Street et al. (2006) The Role of Introns in Repeat Protein Gene Formation Journal of Molecular Biology 360,

20 Duplikacja i tasowanie domen białkowych Tasowanie eksonów Tkankowy aktywator plazminogenu Plazminogen EGF Kringle 20

21 Kasetowa budowa białek osocza krwi Białka tpa Czynnik XII HGFA Fibronektyna Domeny K, Kringle P, proteaza E, EGF-podobna Pr, bogata w prolinę F, Fibronektyna typ I ( finger ) II, Fibronektyna typ II III, Fibronektyna typ III Martijn et al. Physiological responses to protein aggregates: Fibrinolysis, coagulation and inflammation (new roles for old factors) FEBS Letters Volume 583, Issue

22 Poliploidyzacja u roślin Wielokrotna duplikacja genomu u roślin nasiennych 22 Jiao et al. Ancestral polyploidy in seed plants and angiosperms 5 M AY V O L N AT U R E

23 Heksaploidalna pszenica Prawdopodobnie z udziałem człowieka 23

24 Syntenia Dwukrotna duplikacja genomu ~58 milionów lat temu i <13 milionów lat temu Po odgałęzieniu, kolejno winorośli i lucerny 24 ND Young et al. Nature 000, 1-5 (2011) doi: /nature10625

25 Rozmnażanie bezpłciowe Głównie Prokaryota, ale też u Eukaryota Skomplikowany cykl komórkowy u Eukaryota homologiczny z podziałem komórkowym bakterii 25

26 Cykl komórkowy u bakterii Homologiczne białka cytoszkieletu u Eukaryota i Prokaryota Cały proces można uznać za homologiczny 26 Gitai (2005) The New Bacterial Cell Biology: Moving Parts and Subcellular Architecture. Cell 120,

27 Wspólne pochodzenie białek cytoszkieletu Tubulina i białko FtsZ mają aktywność GTPazy i wspólną domenę białkową Inne homologiczne białka cytoszkieletu bakterii to MreB, ParM i CreS Występują u eubakterii i archeanów FtsZ Tubulina 27

28 Wspólne pochodzenie białek cytoszkieletu Struktura drugorzędowa i przyrównanie sekwencji białka FtsZ z M. jannaschii oraz tubulin ze świni Faguy & Doolittle (1998) Cytoskeletal proteins: The evolution of cell division. Current Biology 8, R338 - R

29 Wspólne pochodzenie cytoszkieletu Białko FtsZ odpowiada za podział komórki a białko CreS za jej kształt Białko MreB odpowiada za kształt komórki, jej polarność i segregacje materiału genetycznego Ich ekspresja jest zsynchronizowana w czasie i przestrzeni 29 Gitai (2005) Cell 120,

30 Płeć i rozmnażanie płciowe To proces jednokomórkowy Wiele eukariontów rozmnaża się bezpłciowo Powstał u prokariontów i rozwinął się u wczesnych eukariontów zapewne dzięki rekombinacji Daje przewagę ewolucyjną (w większości sytuacji) Kosztuje Wysiłek zlokalizowania i skłonienia partnera Skomplikowanie cyklu komórkowego 30

31 Płeć Potomstwo niejednakowe genetycznie Pozwala to na szybsze dostosowanie się populacji do zmiennych warunków otoczenia przez pozbycie się genów szkodliwych i przechowanie lepszych genów na przyszłość Copyright Pearson Education, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved. 31

32 Poliploidyzacja Płodne potomstwo 32

33 Powstawanie nowych chromosomów Martis M M et al. PNAS 2012;109: by National Academy of Sciences