Ewolucja genomu organellowego na przykładzie chloroplastów. Hipotetyczne etapy transferu genów organellowych do jądra

Podobne dokumenty
Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

plezjomorfie: podobieństwa dziedziczone po dalszych przodkach (c. atawistyczna)

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

DNA musi współdziałać z białkami!

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Geny i działania na nich

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Wykład 14 Biosynteza białek

Mitochondrialna Ewa;

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

O pochodzeniu chloroplastów. Jan Kwiatowski

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

CHOROBY NOWOTWOROWE. Twór składający się z patologicznych komórek

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Komórka i cykl życiowy

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

Izolacja DNA z komórki roślinnej

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Początki ewolucji. Historia komórek eukariotycznych i ich symbiontów

Charakterystyka izoenzymów aminotransferazy asparaginianowej z siewek pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.)

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Składniki jądrowego genomu człowieka

METODY MOLEKULARNE STOSOWANE W TAKSONOMII

7. Metody molekularne jako źródło informacji botanicznej i lichenologicznej

Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów:

Zarówno u organizmów eukariotycznych, jak i prokariotycznych proces replikacji ma charakter semikonserwatywny.

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

Dopasowanie sekwencji (sequence alignment)

Mechanizmy zmienności ewolucyjnej. Podstawy ewolucji molekularnej.

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

Zaoczne Liceum Ogólnokształcące Pegaz

Urszula Poziomek, doradca metodyczny w zakresie biologii Materiał dydaktyczny przygotowany na konferencję z cyklu Na miarę Nobla, 14 stycznia 2010 r.

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Co to jest transkryptom? A. Świercz ANALIZA DANYCH WYSOKOPRZEPUSTOWYCH 2

Prokariota i Eukariota

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

GENEZA EUKARYOTA. Opowiada o nieprawdopodobnej prawdopodobnej historii SCRIBSIT ANNO DOMINI MMXX OYDEIS NEMO. Θ Ουδεις ΜΜX

PODSTAWY BIOINFORMATYKI WYKŁAD 5 ANALIZA FILOGENETYCZNA

Wydział Biologii Zakład Taksonomii Roślin

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Teoria ewolucji. Podstawy wspólne pochodzenie.

Czy grozi nam seksmisja? Renata Gontarz

Badanie doboru naturalnego na poziomie molekularnym

Tematy- Biologia zakres rozszerzony, klasa 2TA,2TŻ-1, 2TŻ-2

Genetyczne uwarunkowanie odporności na stres.

Podstawy biologii. Informacja genetyczna. Co to jest ewolucja.

Teoria ewolucji. Podstawowe pojęcia. Wspólne pochodzenie.

REPLIKACJA, NAPRAWA i REKOMBINACJA DNA

Filogenetyka molekularna I. Krzysztof Spalik Zakład Filogenetyki Molekularnej i Ewolucji

Obcy w naszych komórkach

Filogenetyka molekularna I

Porównywanie i dopasowywanie sekwencji

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Organelle komórkowe. mgr Zofia Ostrowska

Budowa kwasów nukleinowych

Mitochondrium - budowa i funkcje

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

TRANSLACJA II etap ekspresji genów

Polimorfizm genu mitochondrialnej polimerazy gamma (pol γ) w populacjach ludzkich Europy

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

4. Ekspresja informacji genetycznej Transkrypcja Translacja Kod genetyczny Geny i regulacja ich ekspresji...

Zmienność ewolucyjna. Ewolucja molekularna

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

Mitochondria. siłownie komórki

Proplastydy. Plastydy. Chloroplasty biogeneza. Plastydy

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

dr hab. Ireneusz J. Odrzykoski Poznań, 30 września, 2015 Uniwersytet im. A. Mickiewicza Instytut Biologii Eksperymentalnej Zakład Genetyki

Filogenetyka molekularna I. Krzysztof Spalik

Temat 6: Genetyczne uwarunkowania płci. Cechy sprzężone z płcią.

Spis treści. 1 Budowa genomu jądrowego (M.J. Olszewska, J. Małuszyńska) 13. Przedmowa 10

FIZJOLOGIA ORGANELLI (jak działa komórka?)

Biologia Molekularna z Biotechnologią ===============================================================================================

Wymagania edukacyjne Biologia na czasie zakres podstawowy

Genetyka, materiały dla studentów Pielęgniarstwa

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Organelle komórkowe. mgr Zofia Ostrowska

Ewolucjonizm NEODARWINIZM. Dr Jacek Francikowski Uniwersyteckie Towarzystwo Naukowe Uniwersytet Śląski w Katowicach

Paweł Golik. Tom Numer 3 4 ( ) Strony

Zastosowanie nowych technologii genotypowania w nowoczesnej hodowli i bankach genów

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

Metody badania polimorfizmu/mutacji DNA. Aleksandra Sałagacka Pracownia Diagnostyki Molekularnej i Farmakogenomiki Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Podstawy ewolucji molekularnej. Ewolucja sekwencji DNA i białek

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Spis treści...1 Wstęp...4

Temat: Glony przedstawiciele trzech królestw.

Depresja inbredowa i heterozja

Tematyka zajęć z biologii

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Szczegółowy harmonogram ćwiczeń Biologia medyczna w Zakładzie Biologii w roku akademickim 2017/2018 Analityka Medyczna I rok

Ćwiczenie 12. Diagnostyka molekularna. Poszukiwanie SNPs Odczytywanie danych z sekwencjonowania. Prof. dr hab. Roman Zieliński

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Komórka organizmy beztkankowe

Transkrypt:

1 Hipotezy tłumaczące pochodzenie organelli. A. Monofiletyczne A. Polifiletyczne Monofiletyczne pochodzenie organelli. Polifiletyczne pochodzenie organelli. Pierwotna endosymbioza pomiędzy jednym typem endosymbionta i jednym typem gospodarza. Wtórna endosymbioza pomiędzy jednym typem lub wieloma typami endosymbionta i jednym lub wieloma typami gospodarza. Pierwotny plastyd Cyanobacterium Pierwotny ukleomorf Transfer genów Transfer genów Pochodzenie chloroplastów Pochodzenie mitochondriów. Chlorophytes: taksony z pierwotnymi plastydami, pochodzące od Cyanobacteria i obejmujące zielone glony oraz rośliny lądowe. Taksony z plastydami wtórnymi wywodzą się od pierwotnych zielonych glonów. Rhodophytes: tzw. czerwone glony głównie z pierwotnymi plastydami. Taksony z plastydami wtórnymi wywodzą się od pierwotnych czerwonych glonów. Glaucocystophytes: mała, izolowana linia glonów z plastydami pierwotnymi. Prawdopodobnie wywodzą się z Procaryota zbliżonych do Rikettsia. 1

Budowa genomu chloroplastów Wiele nukleoidów każdy o rozmiarach 120-200 kb Sekwencje powtarzalne <100 kb Wyjątek stanowią odwrócone powtórzenia związane z rda Budowa genomu chloroplastów cpda może występować w dwóch orientacjach - tworzy izomery, cpda może występować w postaci multimerów. Konserwatywna kolejność genów: 16S - traile - traala - 23S - 5S Budowa genomu chloroplastów występowanie multimerów cpda Procent 70 67.5 60 50 4 geny dla rra Geny białek fotosyntezy 30 genów dla tra Geny podjednostki ADH dehydrogenazy Geny dla prokariotycznej polimerazy RA 40 Geny białek aparatu translacyjnego 30 20 Gen podjednostki proteazy (clpp), ) Gen podjednostki acetylo-coa-arboksylazy (accd). 22.5 10 0 Budowa genomu chloroplastów geny kodowane w chloroplastowymda 7.5 Monomer Dimer Trimer 2.5 Tetramer kilka ycf (ramki odczytu dla białek o nieznanej funkcji Budowa genomu chloroplastów cechy charakterystyczne Regiony bogate w AT. Cechą charakterystyczną genomu chloroplastowego jest wysoki udział AT w genach (do 70%). Przyczyny:. Typ uszkodzeń DA w plastydach Charakter mechanizmów naprawczych Tendencja polimerazy DA do wstawiania AT zamiast GC 2

Ewolucja genomu organellowego na przykładzie chloroplastów Hipotetyczne etapy transferu genów organellowych do jądra Ewolucja genów organellowych polega głównie na transferze genów organellowych do jądra Etap 1. Około 200 genów jest kodowanych przez cpda. Liczba genów u endosymbionta wynosiła około 3000-4000. Etap 2. Wydostanie się genów z chloroplastu Podróż przez cytosol Etap 3. Przyczyny transferu to: Integracja do genomu jądrowego Wysokie stężenie wolnych rodników w chloroplastach. Etap 4. Lepszy mechanizm reperacji w jądrze Etap 4. Rekombinacja w drodze procesów płciowych Utrata kopii genu w chloroplaście 1. Wydostanie się genów z organellum Fizyczne przedostanie się przez membranę Transport produktu do chloroplastu 2. Podróż przez cytosol Fizyczne przedostanie się przez pory błony jądrowej ę Uszkodzenie przez wakuolę Fuzja membran Poprzez mra Przyłączenie się do końca istniejącego fragmentu (endjoining) Podczas naprawy uszkodzeń związanej przerwaniem podwójnej nici DA y produkt p lepiej p j zabezpiecza p potrzeby p y 1 owy komórki niż produkt syntetyzowany w organellum gen pozostaje w jądrze i nabywa sekwencję sygnałową (glikoliza). 2 owy produkt nie różni się od pierwotnego syntetyzowanego w organellum. pozostanie genu w jądrze i pozyskanie sekwencji sygnałowej jest przypadkowe. 3

3 owy produkt nie zabezpiecza w pełni potrzeb komórki ale nie jest szkodliwy. może nabyć sekwencję sygnałową, może stać się pseudogenem lub zmutować. 4. Transport produktu do chloroplastu Utworzenie sekwencji sygnałowej przez mutację lub rekombinację 5. Utrata kopii genu w organellum Wykorzystanie cpda w analizie filogenezyzalety i ograniczenia Zalety Dziedziczenie po jednym rodzicu Brak rekombinacji j 4 owy produkt jest szkodliwy dla komórki. selekcja prowadząca do utraty genu z jądra (cytochrom c) lub przeniesienia do innej struktury (niektóre enzymy chloroplastów kodowane są w mitochondrium). Dowody transferu genów organellowych do jądra. Regiony homologiczne w genomie jądrowym A. thaliana i Cyanobacteria Homologia sekwencji DA Homologia sekwencji białek 677 sekwencji k ji występujących t j h w jednej kopii 513 13 białek kodowanych przez 1 locus 133 sekwencje występujące w dwóch kopiach 179 białek kodowanych przez 2 loci 56 sekwencji występujących w trzech kopiach 142 białka kodowane przez 3 loci 866 sekwencji homologicznych 834 sekwencje homologiczne Wykorzystanie cpda w analizie filogenezy W analizie filogenezy wykorzystuje się następujące dane uzyskane z cpda Kolejność genów w cpda Sekwencje dla genów RA Wady Obecność regionów bogatych w AT jest przyczyną błędnych rekonstrukcji drzew filogenetycznych w oparciu o genom plastydowy Sekwencje genów kodujących wybrane białka Sekwencje międzygenowe iska częstość mutacji punktowych 4

Wykorzystanie cpda w analizie filogenezywykorzystanie sekwencji międzygenowych ajczęściej analizowane sekwencje międzygenowe: Wykorzystanie cpda w analizie filogenezywykorzystanie sekwencji międzygenowych Korzyści wynikające z analizy sekwencji międzygenowych w porównaniu z sekwencjami kodującymi cpda: intron otaczający matk Wyższa częstość mutacji niż w regionach kodujących intron rpoc1 intron rp116 Możliwość wykorzystani uniwersalnych starterów komplementarnych do konserwatywnych regionów kodujących region międzygenowy trnl-trnf region międzygenowy rbcl-psai Drzewo filogenetyczne roślin lądowych i glonów na podstawie cpda Wykorzystanie mtda w analizie filogenezyzalety i ograniczenia Czerwone glony Zalety Rhodophyta Cryptophyta Dziedziczenie mateczne Bacillariophyta 2 Brak rekombinacji Glauocophyta 1 Euglenophyta Wiele mitochondriów w komórce Rośliny lądowe Cyanobacteria Streptophyta Zea Oryza 2 Zielone glony Marchantia icotiana Pinus Arabidopsis Chlorophyta Chlorella U roślin wolne tempo ewolucji w porównaniu z cpda oraz nda Mesostigma ephroselmis Średnia liczba substytucji nukleotydowych w mtda oraz nda Typ danych RFLP mtda Sekwencje j kodujące: ją coxi, coxii, coxiii, rps13, rps19, rrn18s, atp6, atp9, atpa, cob Spejser pomiędzy genami 18S-5S rra Wady Częste rearanżacje genomu powodujące zmianę miejsc restrykcyjnych Porównywane taksony Średnia liczba substytucji Gatunki Hevea 0.19-1.68 Klon Hevea 0.88-21.5 Linie kukurydzy 0.27-2.17 Jednoliścienne 1.03-5.13 Dwuliścienne 1.48-11.80 Jedno i dwuliścienne 5.00-12.25 Kukurydza i pszenica 5.99 Soja i łubin 3.60 Hevea i wiesiołek 21.50 Kukurydza i soja 23.09 Pszenica i soja 21.50 Kukurydza i łubin 27.09 Wykorzystanie cpda i mtda do analizy introgresji 2000 m Introgresja mtda i cpda między Pinus pumila i P. parviflora na obszarze gór Higashiazuma. 1800 m 1600 m 1400 m P. pumila 1200 m P. parviflora 5

Trudności związane z wykorzystaniem genomów organellowych w badaniach filogenezy Wzór introgresji genów jądrowych i organellowych jest asymetryczny: Introgresja genów organellowych jest częstsza, Introgresja genów organellowych jest często obserwowana bez introgresji genów jądrowych, Introgresja genów jądrowych nie występuje jeżeli nie dochodzi do tworzenia mieszańców. Introgresja genów organellowych jest przyczyną obserwowanej niezgodności drzew filogenetycznych konstruowanych na bazie organellowego DA w porównaniu z DA jądrowym. Zagadnienia egzaminacyjne Www.uwm.edu.pl/katgenbiol plik: organella.pdf 1. Hipotezy dotyczące pochodzenia organelli. 2. Główne etapy transferu genów z organelli do jądra.. 3. Co może stać się z genem organellowym po przedostaniu się do jądra.. 4. Zalety i wady wynikające z wykorzystania genomów organellowych w analizie filogenezy..