Recomendados
Mais conteúdo relacionado
Mais procurados
Mais procurados (16)
Destaque
Semelhante a Геномы и эволюция геномов
Semelhante a Геномы и эволюция геномов (20)
Геномы и эволюция геномов
- 1. Геномы. Эволюция. И эволюция геномов.
- 2. Секвенирование генома за $1000 • Oxford Nanopore Technologies LTD • Пока просеквенированы геномы бактериофагов, вирусов и бактерий
- 3. Парадокс • Чем объяснить эту огромную разницу в размерах геномов? Кузнечик Podisma pedestris Плодовая мушка Drosophila melanogaster 18,000 Mb180 Mb
- 4. Размер генома и число генов
- 5. Некодирующие участки генома Гены Геном фаг MS2 4 3,5 kb HIV 19 9,7 kb E.coli 4’288 4,6 Mb S.cerevisiae 6’275 12,1 Mb M.musculus 23’786 2,7 Gb H.sapiens 23’686(?) 3,2 Gb P.aethiopicus ? 130 Gb T.nigroviridis 27’918 340 Mb P.dubium ? 670 Gb P.japonica ? 150 Gb C.ruddii 182 160 kb P.coffeae 6712 19,76 Mb N.deltocephalinicola 137 112 kb • Чем больше геном, тем больше места там занимают некодирующие участки
- 6. Сколько нужно генов? •Itaya (1995) Нокаут 79 случайных генов Bacillus subtilis: только 6 летальны, 73 не влияют на жизнеспособность •7,5% генома незаменимы •Геном B.subtilis 4,2x106 x7,5% = 3,2x105 bp •Средний размер гена 1,25 кb, что дает минимальный размер генома ≈ 254 гена
- 7. Сколько нужно генов? • Mushegian and Koonin (1996) • Сравнение полных бактериальных геномов E. coli H.influenzae M.genitalium 1,146 1,129 889 18 10 239 1
- 10. Повторяющиеся элементы генома • Рассеяные (диспергированные) повторы • Тандемные повторы • Микросателлиты • Минисателлиты • Сателлиты
- 11. Тандемные повторы Класс Размер Блоки Локализация на хромосоме Сателлиты 5-171 bp >100 kb Центромера Минисателлиты 6-64 bp 0,1-20 kb Теломера Микросателлиты 1-13 bp < 150 bp Везде
- 12. Barbara McClintock (1902-1992) • Открыла феномен транспозиции в 1930-х • Получила Нобелевскую премию в 1983
- 14. Транспозоны • Кодируют белок транспозазу • Транспозаза вырезает транспозон и вставляет его в другое место • На месте, где был транспозон, образуется повтор
- 15. Транспозон Tn3 • 39 bp инвертированные повторы на концах 4957 bp устойчивость к ампициллину bla транспозаза tnpA “repressor” tnpR Tn3 resolvase 3 гена:
- 17. Homing
- 19. Повторы как причина хромосомных дефектов
- 20. Чем еще опасны транспозоны? • Передача устойчивости к антибиотикам • Перенос генов из хромосомы в плазмиду • Перенос плазмид из одной клетки в другую • MDR
- 21. Ретротранспозоны
- 22. Ретротранспозоны • LINE (Long Interspersed repeats) • До 7 kb длиной; ~500’000 копий на геном • Автономны • ~21% генома человека • SINE (Short Interspersed repeats) • 100-500 bp длиной; до 1 млн. копий • Не могут перемещаться сами • 13% генома человека • Произошли от 7SL-RNA, содержат промотор
- 23. Exon shuffling exon 1 SINE intron exon 2 DNA copy of transcript SINE exon 2 • Транскрипция SINE продолжается до нормального сигнала терминации • Обратная транскрипция SINE и экзона • Встраивание в случайном месте
- 24. Псевдогены • Непроцессированные псевдогены: неполная дупликация или мутации в дуплицированной последовательности • Процессированные псевдогены: обратная транскрипция и интеграция мРНК
- 25. У дрозофилы нет теломеразы
- 26. Псевдогены • Наибольшее число псевдогенов относится к рибосомным белкам • По псевдогенам также можно отслеживать эволюцию
- 27. Мутации • Репликация, репарация, рекомбинация, транспозиция... • По современным оценкам, в популяции из 10 тысяч диплоидных организмов, каждый нуклеотид будет мутирован как минимум 20 раз в течение 1 миллиона лет
- 28. Сравнительная геномика. Филогения. • Филогенетическое древо • Сравнение нуклеотидных последовательностей • Отбор мутаций: • Мутации в важных областях? • Мутации в малозначащих областях? • Мутации в кодирующих областях, не меняющие состав белка?
- 29. Сравнение геномов мыши и человека Менее 1% генов мыши не имеют гомологов среди генов человека!
- 30. Филогенетика • Попытка нарисовать «родословную» всех живых существ • Понимание хода эволюции • Уточнение биологической таксономии
- 31. ... и животноводство! • Как происходило одомашнивание животных? Независимо или мигрирующие племена приводили их с собой? • Сравнение филогенетических деревьев для одомашненных и диких свиней • Оказалось, что свиней «приручали» независимо
- 32. Социальная организация насекомых • Если проследить родственные связи между социальными насекомыми, то окажется, что социализация возникла независимо в трех группах
- 34. Last Unique Common Ancestor (LUCA) • «Мифическое» существо, от которого произошло все живое на Земле
- 35. Молекулярные часы • Скорость накопления мутаций примерно одинакова • Таким образом, количество мутаций у потомства пропорционально числу поколений • Однако кроссинговер может перемешать все карты. Как быть?!
- 36. Митохондриальная ДНК • Мутирует крайне медленно, так как в мтДНК вообще нет ничего лишнего! • Нет рекомбинации • Обычно для грубой оценки родства организмов используют рРНК и мтДНК • ПРОБЛЕМА: передается только по материнской линии
- 37. Митохондриальная Ева • Жила около 140-280 kya, предположительно в Восточной Африке • Однако численность Homo sapiens sapiens, похоже, никогда не была менее 10’000 особей • Сравнение с митохондриальной ДНК Homo neanderthalis: разошлись 660±140 kya
- 38. Но есть решение! • У человека есть еще ДНК, которая не рекомбинирует • Что это за ДНК?
- 39. Есть ли польза от микросателлитов? • Люди отличаются друг от друга количеством повторов микросателлитов
- 40. Есть ли вред от микросателлитов? • FXMR - Fragile X-chromosome Mental Retardation • Болезнь Хантингтона
- 43. Y-chromosomal Adam • В свете самых последних исследований, Адам жил в Африке около 237-581 kya
- 44. Homo neanderthalis • В 2010 году просеквенирован геном • От 1 до 4% генов похожи на неандертальские, но только у тех, кто живет не в Африке • То есть те, кто вышел из Африки, каким-то образом усвоили часть неандертальской ДНК
- 45. Генетическое однообразие • Эффект основателя • Эффект бутылочного горлышка • Дрейф генов
- 46. Небольшие популяции быстро утрачивают генетическое разнообразие
- 47. «Эффект основателя» • Популяция африканеров произошла от небольшого числа поселенцев. Сейчас среди них высок процент страдающих болезнью Хантингтона. • Генетическое разнообразие броненосцев в Северной Америке ниже, чем в Южной. • У индейцев Америки не бывает группы крови В.
- 48. Распределение аллелей групп крови
- 51. Bottleneck • В небольших популяция очень высок шанс случиться дрейфу генов, что приводит к изменению распределения маркеров в популяции B B b B b b b b b b b b B B B b b b b b b b b
- 52. Гепарды в бутылочном горлышке • По всей видимости, гепарды чуть не вымерли во время ледникового периода. • Очень гомогенная популяция • Все «прелести» инбридинга: большая часть котят не доживает до года
- 53. Дрейф генов • В популяции, состоящей из 10 самцов и 90 самок, генетическое разнообразие утрачивается с той же скоростью, что и в популяции, состоящей из 18 самцов и 18 самок. • Львиные прайды
- 54. Наш ближайший родственник :) • Геном совпадает на 98,5% • 24 пары хромосом • Хромосомы 2А и 2В слились в районе теломеры, образовав человеческую хромосому №2, на которой легко обнаруживаются остатки теломер и центромер • Около 30% белков идентичны • В остальных - в среднем 2 замены аминокислот • ~2,7% генома - дупликации и делеции (в популяции человека ~0,5%) • Разошлись в эволюции около 6 млн. лет назад
- 55. Человек и шимпанзе • У человека мутирована каспаза-12, которая мешает развитию Альцгеймера у обезьян • Наибольшие отличия - в факторах транскрипции, например FOXP2, мутации в котором приводят к нарушениям речи и распознанию языков • Данные по сравнению Х-хромосом указывают на то, что они разошлись на 1,2 млн. лет позже, чем остальные хромосомы (?!) • Есть существенные отличия в некодирующих RNA, некоторые из которых специфичны для большого неокортекса, которого нет у обезьян
- 56. Horizontal (Lateral) Gene Transfer • Перенос генов между разными организмами • Один из таких примеров - бактериальная кобламинсинтетаза, находится в месте стыка хромосом 2A и 2B.
- 58. Дупликация участков генома • Дрожжи: спонтанное удвоение небольших участков генома (50-250 тысяч пар оснований) • Возникают в результате ошибок репликации или неправильного залечивания двуцепочечных разрывов • После расхождения человека и шимпанзе, наши предки получали в результате удвоения ~5 пар оснований каждый год • Средний размер удваиваемого участка ~50 тыс. пар оснований
- 59. Что происходит с удвоенным геном? • В отсутствие эволюционного давления, вторая копия начинает накапливать мутации и инактивируется • У человека обнаружено множество примеров, когда вторая копия гена сильно мутирована и неактивна • Иногда второй ген начинает мутировать и приобретать новые свойства
- 60. Гомология и все-все-все • Гомологи: очень похожие ДНК/РНК/белки • Ортологи: гомологи из двух разных организмов • Аналоги: белки/органы/ткани, выполняющие одни и те же функции, но не имеющие общего предшественника • Паралоги: гены, возникшие в результате удвоения, но затем разошедшиеся в ходе эволюции (гемоглобины А,A2, B, F)
- 61. Сложная гомология • Гомология может проявляться на уровне первичных, вторичных и третичных структур • Ангиогенин vs. pancreatic RNase CLUSTAL 2.1 MULTIPLE SEQUENCE ALIGNMENT y/Desktop/ang.ps Date: Sat Mar 31 15:27:09 2012 : :**::::* ** . *:*.:: ** .:* ** *:... . .. **:.:****.:*. ** :***:* .:: :* :: . : : * *:**:::* *:* .** :* * **::. *:::****.. :***:* ----MVMGLGVLLLVFVLGLGLTPPTLAQDNSRYTHFLTQHYDAKPQ-GRDDRYCESIMRRRGLTS-PCKDINTFIHGNKRSIKAICENK--NGNPHRENLRISKSSFQVTTCKLHGGSPWPPCQYRATAGFRNVVVACENG--LPVHLD 1 .1| MALEKSLVRLLLLVLILLVLGWVQPSLGKE-SRAKKFQRQHMDSDSSPSSSSTYCNQMMRRRNMTQGRCKPVNTFVHEPLVDVQNVCFQEKVTCKNGQGNCYKSNSSMHITDCRLTNGSRYPNCAYRTSPKERHIIVACEGSPYVPVHFD 1 1.......10........20........30........40........50........60........70........80........90.......100.......110.......120.......130.......140.......150 *: . QSIFRRP 147 .1| ASVEDST 156 .......
- 62. История глобинов
- 63. β-талассемия • NMD • Non-sence mediated decay • Уничтожает неправильно сплайсированные мРНК • Плохо справляется с ошибками в последнем экзоне
- 64. Удвоение целого генома • Полиплоидия встречается довольно часто у дрожжей и растений (не путать с многоядерными клетками!) • Считается, что на заре развития позвоночных, у наших далеких предков два раза случилось удвоение всего генома