Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Eduard Kejnovský + Roman Hobza STRUKTURA A EVOLUCE GENOMŮ II. GENOMY a GENY.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Eduard Kejnovský + Roman Hobza STRUKTURA A EVOLUCE GENOMŮ II. GENOMY a GENY."— Transkript prezentace:

1 Eduard Kejnovský + Roman Hobza STRUKTURA A EVOLUCE GENOMŮ II. GENOMY a GENY

2 Definice genomu - celková genetická informace organizmu - prokaryota: cirkulární chromosom + plazmidy - eukaryota: chromosomy v jádře, mitochondrie a chloroplasty

3 VELIKOST GENOMU

4 savci ptáci plazi obojživelníci ryby kostnaté ryby chrupavčité ostnokožci korýši hmyz měkkýši červi plísně rostliny řasy houby grampozitivní bakterie gramnegativní bakterie mykoplazmata Velikosti genomů

5 Paradox hodnoty C Definice: - velikost genomu organizmu není v korelaci s komplexitou organizmu (H. sapiens 200x menší genom než Amoeba dubia) - obsah kódující DNA podobný, příčinou je nekódující DNA, sobecká DNA Skutečnost, že genomy eukaryot se liší až 80,000-krát - snad největší výzva pro genomové holisty Podisma pedestris Drosophila melanogaster 18,000 Mb180 Mb

6 Klíč k řešení paradoxu hodnoty C se nachází v negenových oblastech velikost genomu genová frakce (%) podíl genů podíl TE velikost genomu

7 “Minimální” genom: život s 271 geny (Bacillus subtilis) Normální genom B. subtilis: 4100 genů 192 genů zcela nepostradatelných na bohatém prostředí 79 genů podstatných Strategie: 1. odstranění či inaktivace genů 2. syntéza minimálního genomu Co je autonomní život?

8 Zvětšení genomu celkové zvětšení: polyploidizace (duplikace celého genomu) duplikace části genomu, zmnožení počtu chromosomů duplikace genů a skupin genů amplifikace transpozonů inzerce virové DNA inzerce organelové DNA expanze (mikro)satelitů Vzrůstající komplexita živých forem byla doprovázena vzrůstem velikosti genomů a počtu genů

9 Polyploidizace u kvasinky, obratlovců i rostlin  Duplikace genomu před 450 mil let napomohla vzrůstu komplexity a diverzifikaci obratlovců - u rostlin před 200 a 80mil. let - v genomu člověka dlouhé segmenty ve čtyřech kopiích podél všech chromosomů  Duplikace genů jsou výsledkem tetraploidie spíše než postupných regionálních duplikací obratlovci rostliny

10 „Big bang“ v genomu kukuřice polyploidizace amplifikace transpozonů exploze před 6 mil let inzerce do mezigenových oblastí

11 Vzrůst počtu genů, potlačení šumu a biologická komplexita Prokaryota/eukaryota: Potlačení šumu - separace transkripce a translace, jaderná membrána a histony Obratlovci: Potlačení šumu – metylace genů, mobilních elementů a duplikátů prokaryota eukaryota obratlovci

12 MicroRNA introny RNA interference (RNAi) Nově objevený regulační systém

13 1.Degradace mRNA 2.Blokování translace3.Inhibice transkripce Vznik nového regulačního systému

14 TOPOGRAFIE GENOMU

15 Model chromosomu telomerické repetice centromerické repetice geny transposony

16 Syntenie/kolinearita - konzervativita pořadí genů A A B C1 C2 D E B C EDruhy:I.II. III. vysoká konzervativita pořadí genů vysoká konzervativita pořadí genů

17 Počty chromosomů u různých druhů Extrémisté: mravenec Myrmecia pilosula – 1 pár, samec 1 chromosom kapradina Ophioglossum reticulatum – 630 párů

18 Různé počty chromosomů u blízce příbuzných druhů jelínků Muntiacus různé druhy

19 Srovnání lidských a myších chromosomů člověkmyš Od evoluční divergence došlo k četným přestavbám, které umístily bloky genů do různých kombinací.

20 Evoluce pohlavních chromosomů A alela determinující pohlaví proto X proto Y potlačení rekombinace a akumulace repetitivní DNA X Y X 0 S. latifolia savci hmyz ztráta chromosomu Y degenerace chromosomu Y

21 Lidský chromosom Y: „Sál plný zrcadel“ „Sál plný zrcadel“ PAR1PAR2 Palindromy: bází dlouhé 99.9% identita Homologní oblasti mezi X a Y Duplikativní přenos z X Palindromy

22 EVOLUCE GENÚ

23 Definice genu = základní jednotka genetické informace zapsaná v NK Podle šíře definice: 1. všechny sekvence DNA potřebné k syntéze proteinu nebo RNA, tedy i regulační a signální sekvence (nejširší) 2. transkribované sekvence (nezahrnuje regulační oblasti) 3. úseky přímo kódující peptid (nejužší) nebo pořadí bází ve funkčních molekulách RNA Typy genů (širší definice): Geny strukturní, geny pro RNA a geny-regulační sekvence

24 gen exon 1exon 2intronATG promotor polyadenylační signál Obecné schéma eukaryotického genu CAAT box TATA box startovací nukleotid vedoucí sekvence Geny prokaryot jsou uspořádány do operonů

25 Gen Exon 1Exon 2Exon 3Intron 1Intron 2 transkripce sestřih RNA DNA primární transkript mRNA Exon 1 Exon 2Exon 3 Složený gen

26 Gen Exon 1Exon 2 Exon 3 transkripce alternativní sestřih RNA DNA primární transkript mRNA Exon 1Exon 2Exon 3 Exon 4 Exon 1Exon 2Exon 4 Protein A Protein B Alternativní sestřih

27 Hypotézy původu intronů „Intron first“: - původní organizmy obsahovaly introny - prokaryota je ztratila „Intron late“: - původní organizmy introny neobsahovaly - eukaryota je získala Význam intronů: 1. Introny užitečné nejsou, ale organizmy se jich nedokáží zbavit 2. Introny mají funkční význam pro organizmy, jsou užitečné

28 Geny v genech a jiné podivnosti překrývající se geny: 5 kb Neurofibromatosis type I gene intron 27 OMGPEVI2B EVI2A geny uvnitř jiných genů: pseudogeny: GTTTATGGTA met val ….. Gen A val tyr gly …….. Gen B Geny (transkripce v opačné orientaci)

29 VZNIK NOVÝCH GENÚ

30 Genová duplikace: pseudogenizace, neofunkcionalizace, subfunkcionalizace Klasický model Ohno: Moderní pohled:

31 Původ nových genů: Přeskupování exonů

32 Původ nových genů: Štěpení a fúze genů >> - častější fúze než štěpení - štěpení u termofilů Větší genom – více fúzí

33  globinové geny  globinové geny 5kb Geny exprimované v embryu Pseudogeny Geny exprimované v plodu Geny exprimované v dospělosti Globinová genová rodina            GG AA   

34 Řízená evoluce a design nových genů - tvorba rekombinantních proteinů - mix klonovaných genů - fragmentace a self-priming PCR - cephalosporinase enzym - rezistence k moxalactamu - Citrobacter, Enterobacter aj ug/ml ug/ml (250x)

35 Původ nových genů: Horizontální přenos - vertikální (sexualita) a horizontální přenos (mezi druhy) - konjugace, transdukce a transformace. Endosymbióza - šíření rezistence k antibiotikům - vnitrobuněčný parazitismus (Wolbachia)

36 DYNAMIKA GENOMU

37 Mobilní elementy (transposony) jsou podstatnou součástí lidského genomu

38 Téměř polovinu lidského genomu tvoří mobilní elementy!!! 20 až > kopií Eukaryotické genomy: geny plovoucí po moři retrotransposonů Endogenní retroviry – otisky dávných infekcí primátů

39 Nejhojnější jsou retroelementy Alu inzerce – u každého 200. narozeného jedince Schéma retropozice Alu elementy: nejhojnější retroelementy lidského genomu nejhojnější retroelementy lidského genomu

40 Funkce mobilních elementů 1. Negativní vliv retroelementů na hostitele sobecká a parazitická DNA, choroby (hemofilie, rakovina), příčinou inzerce nebo rekombinace (mezi Alu) 2. Pozitivní vliv retroelementů na hostitele přestavby genomu, rekombinace, genové rodiny, vznik nových genů telomery drozofily, imunitní systém 3. Koadaptace elementů a hostitele alternativní hypotézy - parazité x významný činitel v evoluci pravidlo 3K: konflikt-kompromis-kooperace (ekologie genomu) Mutabilita – stochastické ale regulované, místo inzerce regulace počtu kopií retroelementů v genomu - obranné mechanizmy hostitele

41 Korelace mezi expanzemi transposonů a oddělováním větví savců

42 Srovnání stáří transpozonů v eukaryotických genomech Lidský genom je plný starých transposonů zatímco transposony v jiných genomech jsou mladší staré mladé

43 ~ 150 kb ~ 100 genů chloroplast jádro mitochondrie ? ? ~ 3000 kb ~ 3000 genů ~ 4000 kb ~ 4000 genů kb* ~ 60 genů siniceproteobakterie rostlinná buňka Promiskuitní DNA Endosymbioza a tok genů do jádra

44 GENOMOVÉ PROJEKTY

45 První genomové projekty - začátek éry genomiky 1977: první kompletní genom (virus) - bakteriofág phiX174 (5 386 bp) 1995: první kompletní genom autonomního organizmu - bakterie Haemophilus infuenzae (1.38 Mb) 1996: první eukaryotický organizmus - kvasinka Saccharomyces cerevisiae

46 Genomové projekty 2000: Drosophila melanogaster (137 Mb/ genů) 1996: Saccharomyces cerevisiae (12 Mb/ 6548 genes) 1998: Caenorhabditis elegans (97 Mb/ genů) Mus musculus (3 300 Mb) 2000: Arabidopsis thaliana (125 Mb/ genů)

47 Jak zjistit stav genomových projektů 416 bakteriálních 44 eukaryotických 31 archea

48 Genomové sekvenační projekty Bakterie/eukaryota/archea Kompletní/nekompletní Sekvenační centra > bp > sekvencí ~ organizmů


Stáhnout ppt "Eduard Kejnovský + Roman Hobza STRUKTURA A EVOLUCE GENOMŮ II. GENOMY a GENY."

Podobné prezentace


Reklamy Google