Информация

10.1В: Геномна ДНК и хромозоми - Биология

10.1В: Геномна ДНК и хромозоми - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Геномът на един организъм се състои от целия му набор от ДНК, който кодира гените, които контролират характеристиките на организма.

Цели на обучението

  • Обяснете значението на генома за организма

Ключови точки

  • ДНК на клетката, опакована като двуверижна ДНК молекула, се нарича нейният геном.
  • При прокариотите геномът е съставен от единична, двуверижна ДНК молекула под формата на контур или кръг; регионът в клетката, съдържащ този генетичен материал, се нарича нуклеоид.
  • При еукариотите геномът се състои от няколко двуверижни линейни ДНК молекули; всеки вид еукариоти има характерен брой хромозоми в ядрата на своите клетки.
  • Съответстващите двойки хромозоми в диплоиден организъм се наричат ​​хомоложни хромозоми, които са със същата дължина и имат специфични нуклеотидни сегменти, наречени гени на точно същото място или локус.
  • Всяко копие на хомоложна двойка хромозоми произхожда от различен родител, така че самите гени не са идентични.
  • Разликата между ДНК последователностите в двойки хомоложни хромозоми е по -малка от един процент; половите хромозоми, X и Y, са единственото изключение от това правило, тъй като техните гени са различни.

Ключови условия

  • геном: пълната генетична информация на клетката, опакована като двуверижна ДНК молекула
  • нуклеоид: регионът с неправилна форма в прокариотна клетка, където е локализиран генетичният материал
  • ген: единица за наследственост; функционалните единици на хромозомите, които определят специфични характеристики чрез кодиране на специфични протеини
  • хромозома: структура в клетъчното ядро, която съдържа ДНК, хистонов протеин и други структурни протеини
  • локус: фиксирана позиция на хромозома, която може да бъде заета от един или повече гени

Геномна ДНК

Преди да обсъдим стъпките, които клетката трябва да предприеме, за да се репликира, е необходимо по-задълбочено разбиране на структурата и функцията на генетичната информация на клетката. ДНК на клетката, опакована като двуверижна ДНК молекула, се нарича нейния геном. При прокариотите геномът се състои от единична, двуверижна ДНК молекула под формата на контур или кръг. Областта в клетката, съдържаща този генетичен материал, се нарича нуклеоид. Някои прокариоти също имат по-малки бримки от ДНК, наречени плазмиди, които не са от съществено значение за нормалния растеж. Бактериите могат да обменят тези плазмиди с други бактерии, като понякога получават полезни нови гени, които реципиентът може да добави към своята хромозомна ДНК. Резистентността към антибиотици е една черта, която често се разпространява през бактериална колония чрез обмен на плазмиди.

При еукариотите геномът се състои от няколко двуверижни линейни ДНК молекули, пакетирани в хромозоми. Всеки вид еукариоти има характерен брой хромозоми в ядрата на своите клетки. Клетките на човешкото тяло имат 46 хромозоми, докато човешките гамети (сперма или яйцеклетки) имат по 23 хромозоми. Типична клетка на тялото или соматична клетка съдържа два съвпадащи комплекта хромозоми, конфигурация, известна като диплоидна. Буквата n се използва за представяне на единичен набор от хромозоми; следователно, диплоиден организъм е обозначен като 2n. Човешките клетки, които съдържат един набор от хромозоми, се наричат ​​гамети или полови клетки; това са яйцеклетки и сперматозоиди и са обозначени като 1n, или хаплоид.

Съответстващите двойки хромозоми в диплоиден организъм се наричат ​​хомоложни („същото знание“) хромозоми. Хомоложните хромозоми са с еднаква дължина и имат специфични нуклеотидни сегменти, наречени гени, на точно същото място или локус. Гените, функционалните единици на хромозомите, определят специфични характеристики или черти, като кодират специфични протеини. Например, цветът на косата е черта, която може да бъде руса, кафява или черна.

Всяко копие на хомоложна двойка хромозоми произхожда от различен родител; следователно самите гени не са идентични. Вариацията на индивидите в рамките на един вид се дължи на специфичната комбинация от гени, наследени от двамата родители. Дори леко променена последователност от нуклеотиди в гена може да доведе до алтернативен признак. Например, има три възможни генни последователности в човешката хромозома, които кодират кръвна група: последователност А, последователност В и последователност О. Тъй като всички диплоидни човешки клетки имат две копия на хромозомата, която определя кръвната група, кръвната група ( черта) се определя от това кои две версии на маркерния ген са наследени. Възможно е да има две копия на една и съща генна последователност на двете хомоложни хромозоми, с по едно на всяка (например AA, BB или OO), или две различни последователности, като AB, AO или BO.

Незначителни вариации на черти, като кръвна група, цвят на очите и ръчност, допринасят за естествената вариация, открита в рамките на един вид. Въпреки това, ако се сравни цялата ДНК последователност от която и да е двойка човешки хомоложни хромозоми, разликата е по-малко от един процент. Половите хромозоми, X и Y, са единственото изключение от правилото за хомоложна хромозомна еднородност. Освен малко количество хомология, необходимо за точно производство на гамети, гените, открити в X и Y хромозомите, са различни.


11 Геномът

Непрекъснатостта на живота от една клетка в друга има своята основа във възпроизвеждането на клетките чрез клетъчния цикъл. Клетъчният цикъл е подредена последователност от събития в живота на клетката от разделянето на единична родителска клетка, за да се произведат две нови дъщерни клетки, до последващото делене на тези дъщерни клетки. Механизмите, включени в клетъчния цикъл, са силно запазени сред еукариотите. Различни организми като протисти, растения и животни използват подобни стъпки.


ДНК, хромозоми и геноми

ДНК, хромозоми и геном са три взаимосвързани термина, които представляват генетичния състав на организмите. В ядрото на клетката се помещава геномът и включва както хромозоми, така и ДНК.

Най-добрият начин да разграничите тези три взаимосвързани термина е да започнете от „най-малкия“ термин и да се придвижите нагоре. По този начин ДНК е най -основното ниво в генетичното дърво на терминологията.

ДНК се състои от нуклеозиди, които са свързани помежду си с водородни връзки и са естерифицирани до фосфатни групи. Тези нуклеозиди съдържат азотна основа и дезоксирибозна захар. Има четири възможни азотни основи: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Аденинът и гуанинът са най -сходни по структура и се наричат ​​пурини, докато тиминът и цитозинът са пиримидини.

Освен това, всяка ДНК молекула се състои от две антипаралелни нишки. Всяка отделна верига е изградена от свързани нуклеозиди и двете нишки са свързани чрез водородни връзки, които свързват азотните основи заедно. Адениновите и тиминовите основи са сдвоени заедно и се държат от две водородни връзки, докато цитозинът е сдвоен с гуанин и изисква три водородни връзки. Веднъж свързани заедно, ДНК нишките създават спираловидна структура, вж Фигура 1.

Фигура 1. Тази цифра представлява нишка ДНК. Това изображение е взето от http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg и е променено.

След ДНК следващото ниво нагоре е хромозомата, която се състои от дълги участъци от ДНК, които са кондензирани много плътно заедно. Хромозомите непрекъснато се кондензират от влиянието на свързаните протеини. По принцип ДНК е разделена на хромозоми, въпреки че този брой варира в зависимост от организма. Например, хората имат 23 двойки хромозоми, докато магарето има 62.

Геномът е най-голямата генетична единица. Геномът се намира в ядрото на клетката и се състои от цялата колекция от хромозоми. Геномите присъстват в прокариотни клетки, еукариотни клетки и някои органели. Въпреки това, сложността на генома варира. Очевидно ДНК, хромозоми и геном са три неразривно свързани термина.


Наука за виртуален геном

Терминът геном е въведен през 1920 г. от немския ботаник Ханс Винклер. Комбинация от думите ген и хромозома, геном е съвкупността от гени, разположени върху една или повече хромозоми, която определя жив организъм. Концепцията за геном е разширена, за да означава цялата последователност от ДНК нуклеотиди или "букви" (ATGC), които съставят генетичната информация в рамките на набор от хромозоми на организма или всичките му гени. Пълни геномни последователности вече са достъпни за хора и много растения и животни. С тази информация в ръка следващата стъпка е учените да разберат физиологичните функции на хилядите гени, за които малко се знае извън техните последователности. В този онлайн лагер участниците ще използват нови адаптации у дома на технологиите, спечелени с Нобелова награда, както и компютърни техники за анализ на генетичните компоненти на хората и растенията. Студентите ще:

  • изолират собствената си ДНК, за да изследват генетични полиморфизми и да научат за човешкия произход и миграцията
  • извършват изотермични PCR реакции със собствена ДНК, за да идентифицират наличието или отсъствието на транспонируем елемент, който може да се използва за разбиране на алелните честоти и популационната генетика
  • изолира ДНК от обикновени храни за PCR тест, който ще покаже генетични модификации и
  • използвайте онлайн инструменти за биоинформация за сравняване на ДНК последователности и копаене на информация от ДНК бази данни.

  • Класове: влизащи в клас 11–12 и са взели ДНК наука или AP биология (изисква се документация от училище)
  • Понеделник, сряда, петък от 9:30 до 12:00 часа или 13:00–15:30 ч., за две седмици се предлага 1 сесия
  • 7 ноември – 19 декември Събота 1: 00–3: 30 ч.,
    6 класа, 11/7, 11/14, 11/21, 12/5, 12/12, 12/19 (без клас 11/28)
  • Студентите трябва да оставят или да изпратят за една нощ (USPS/FedEx/UPS) своите ДНК проби до Dolan DNALC в Cold Spring Harbor след първия клас от лагера. Разходите за доставка се поемат от студента и неговото семейство.
  • $ 550 на студент На живо, $350 При поискване
  • На разположение:

© Copyright 2020 Cold Spring Harbor Laboratory DNA Learning Center. Всички права запазени.


Хромозоми

Този урок започва със сравнение на прокариотни и еукариотни хромозоми и въведение в концепцията за диплоидни и хаплоидни ядра. Втората дейност въвежда използването на бази данни за сравняване на хромозомните номера на различни видове и местоположението на гените в различните видове, включително цитохром оксидаза c. Последната дейност е кратко интервю с Джон Кеърнс, който разработи авторадиография за измерване на дължината на хромозомата и за първи път описа структурата на бактериалните хомозоми.

Описание на урока

Насочващи въпроси

  • Как е подредена ДНК в прокариотите и еукариотите?
  • Колко хромозоми има еукариотът?

Дейност 1 Прокариотни и еукариотни хромозоми

Структурата на прокариотни и еукариотни хромозоми. Гледайте следното кратко въведение в структурата и функцията на еукариотните хромозоми.

Проучете тези карти с ключови моменти относно гените и хромозомите.

Дейност 2: Бази данни и броят на хромозомите при различните видове

Щракнете върху връзките на всяко от биномиалните имена по -долу, за да разберете размера на генома на тези видове и да сравните диплоидните хромозомни номера.

Връзки към браузъра Genome за пет вида

Хипервръзките на всяко име се свързват със страницата за кариотип в търсачката на базата данни Ensembl.org от Wellcome Sanger. Хипервръзките на всяко име се свързват към страницата с кариотипа в браузъра на базата данни Ensembl.org от Wellcome Sanger.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/ тази страница може да се използва за намиране на размерите на генома в ръководството

http://www.ensembl.org това е по -добър браузър за геном, можете дори да увеличите мащаба, за да видите базови двойки. Освен това има растения и безгръбначни видове на http://ensemblgenomes.org/

Гледайте това видео и обмислете въпроса,

& quot Дали тези бази данни и днешните нови технологии за последователност ще създадат по -добър свят за утре? & quot

Дейност 3 Джон Кернс и авторадиография

Тези диаграми илюстрират как е разработен моделът на репликация на ДНК в прокариотна клетка, за да се обясни процесът. Този процес не се наблюдаваше, докато Джон Кернс не направи своите експерименти. Скиците се основават на теоретично разбиране,

Диаграмата вляво показва схематично представяне на теорията за репликацията на ДНК в прокариотни хромозоми, а авторадиографът, който Джон Кернс е направил вдясно, показва молекула на ДНК на E.coli. Експерименталните данни подкрепят теорията.


Изображения: CSHL Symposium 1963

В своята книга от 1963 г. „Бактериалната хромозома и нейният начин на репликация, както се вижда от авторадиографията“, Кернс демонстрира чрез авторадиография, че ДНК на бактерията Escherichia coli е единична молекула, която се репликира в движещ се локус (репликиращата се вилица), при която и двете нови ДНК нишките се синтезират.

Когато беше интервюиран за тези експерименти, Кернс коментира: „Казах си, знам за авторадиографията, защо не виждам дали мога да измервам дължината на тези молекули, използвайки тази техника? И направи малко изчисления и реши, че би трябвало да е възможно и ще отнеме само два месеца под филм. И това направих в Cold Spring Harbor & quot

Струва си да се отбележи, че авторадиографията се превърна в основен инструмент в генното секвениране през 80-те години на миналия век и все още се използва днес в модифицирана форма в генетичните лаборатории по целия свят.


Вирусни геноми | Хромозома

Вирусите са специален клас инфекциозни агенти, които са толкова малки, че могат да се видят само под електронен микроскоп. Пълна “вирусни частици ” или “вирион се състои от блок генетичен материал (ДНК или РНК), заобиколен от протеинова обвивка, а понякога и от допълнителна мембранна обвивка.

Вирусите не съдържат нито цитоплазма, нито проявяват растежна или метаболитна активност. Но когато техният генетичен материал навлезе в подходяща клетка гостоприемник, настъпва специфична за вируса репликация на протеинов синтез на вирусната хромозома, тези процеси използват както клетъчни (на гостоприемника), така и вирусни ензими.

Въз основа на организмите гостоприемници вирусите се разделят на три основни групи:

Морфологични характеристики на вирусите:

Вирусната хромозома е затворена в протеинова обвивка, наречена капсид. Вирусната хромозома и нейната протеинова обвивка заедно се наричат ​​нуклеокапсид. Вирусите се различават значително по своите морфологични характеристики (Таблица 5.4).

1. Икозаедрични вириони:

Техният капсид е икосаедричен, т.е.вирионът е правилен многогранник с 20 триъгълни лица и 12 ъгъла. Примери са аденовируси и бактериофаг φX174.

2. Спирални вириони:

Нуклеиновата киселина на такива вириони е затворена в цилиндрична капсида с форма на пръчка, която образува спираловидна структура, например TMV, бактериофаг М13.

3. В някои случаи нуклеокапсидът е икозаедричен, докато в други е спираловиден в някои компоненти. Такива вируси са обвити.

Тези вируси нямат ясно идентифицируем капсид. Вирусната нуклеинова киселина присъства в центъра на черупката, която се състои от протеинови молекули. Някои от черупките са сложни, докато други са прости. При херпес, животински вирус, който съдържа ДНК като генетичен материал, капсидът има диаметър 1000A, той е допълнително заобиколен от обвивка, която прави диаметъра му 1500A. (Фиг. 5.19).

Капсидът е съставен от протеинови субединици (капсомери), които образуват икосаедър.

Бактериофагите имат сравнително сложни структури: съдържат глава, опашка, основна плоча и няколко влакна от опашката (фиг. 5.20). Главата е шестоъгълна (странична страна) и съдържа вирусната ДНК. Опашката има сърцевина, заобиколена от обвивка. В края на опашката има базална плоча с 6 шипа, от които излизат 6 опашни влакна.

По време на инфекцията опашните влакна се свързват със специфични рецепторни места в клетката гостоприемник. Основната плоча се изтегля към повърхността на клетката и се получава свиване на обвивката на тръбата заедно с отстраняването на тапата на основната плоча. Ядрото на опашката прониква в клетъчната стена, която е отслабена от някои хидролитични ензими, присъстващи във фага и вирусната опашка. ДНК навлиза в клетката гостоприемник през сърцевината на опашката.

В случай на вирус на тютюнева мозайка (TMV, умножен в тютюневите растителни клетки) и някои малки бактериални вируси (например F2, R17, QB), протеиновата обвивка съдържа един вид протеин. Тези протеинови молекули са подредени или в спирална симетрия, или в кубична симетрия.

Обвивката на TMV съдържа около 2150 протеинови молекули, които са идентични, като всяка молекула има молекулно тегло от -17 000. Тези молекули са спирално подредени около генома на РНК, който съдържа 6000 нуклеотида.

Вирусите, които лизират или разрушават клетката гостоприемник след инфекция, се наричат ​​литични вируси. По време на инфекцията нуклеиновата киселина се инжектира в клетката гостоприемник. Ензимите, необходими за репликация на вирусна ДНК, след това се синтезират, така че репликацията на ДНК да се случи, за да се произведат множество копия на вирусната хромозома.

Протеиновите компоненти на капсида се синтезират в по-късните етапи, което води до образуването на глави и опашки, след което вирусната ДНК се пакетира в главите. В крайна сметка клетъчната стена се разкъсва и потомствените фагови частици се освобождават (фиг. 5.21).

Лизогенни вируси (умерени фаги):

Лизогенията включва симбиотична връзка между умерен фаг и неговия бактериален гостоприемник. Вирусната хромозома се вмъква в бактериалната хромозома, където остава и се репликира заедно с последната. Вирусната ДНК, интегрирана в бактериалния геном, се нарича провирус или профаг (фиг. 5.22). Бактерията, съдържаща профаг, е имунизирана срещу инфекцията от същия вирус.

Вирусни хромозоми:

Вирусите съдържат ДНК или РНК като техен генетичен материал. Тези нуклеинови киселини могат да бъдат едноверижни или двуверижни (Таблица 5.5). Малките вируси могат да съдържат 3 kb (kb =, килобази = 1000 бази), докато големите вируси могат да имат около 300 kb. в техния геном. По този начин броят на гените във вирусния геном може да варира от само 3 до стотици. Ретровирусите са дъговидни (имат две копия на генома на капсид), докато другите са хаплоидни.

Няколко вируса притежават двуверижна ДНК като свой генетичен материал. Основният състав на различните вируси се модифицира, което води до промяна във физическите свойства на ДНК, като температура на топене, плаваща плътност в цезиев хлорид (CsCl) и др.

При някои от вирусите, като напр. Т-четни колифаги, цитозинът (С) се модифицира в 5-хидроксиметил-цитозин (HMC). В някои случаи тиминът се превръща в 5-хидрокси-метил урацил или 5-ди-хидроксиметилурацил, например в B. subtilisbacteriophges. Някои физически свойства на ДНК, като например, плаваща плътност в CsCl или температура на топене се променят поради тези замествания.

Някои от вирусите съдържат линейна ДНК, докато други съдържат кръгова (циклична) ДНК (Таблица 5.5). В случай на фаг ламбда (λ), ДНК може да съществува както в линейна, така и в циклична форма. Когато се изолира от вирусна частица, λ ДНК е линейна, но когато влезе в клетката гостоприемник, става кръгла. Въпреки това, той влиза в клетката гостоприемник в своята линейна форма.

Хромозомата А. е двуверижна ДНК молекула, съдържаща 47 000 нуклеотида, с дължина 17 ч. Има едноверижна проекция от 12 нуклеотида във всеки 5 ′ край, които се допълват взаимно и затова се наричат ​​сплотени краища.

Тези сплотени краища са отговорни за кръвообращението на хромозомата. Циркуляризацията на хромозомата я предпазва от разграждане от екзонуклеазата на гостоприемника. Освен това, линейната ДНК не може да възпроизведе вегетативно кръговината, следователно осигурява предимство и при репликацията.

Едноверижната ДНК се среща в много малки бактериофаги (Таблица 5.4). Едноверижната ДНК, открита във вириона, се нарича положителна (+) верига, като правило само плюс (+) веригата се намира в частиците на фага. Въпреки това, в адено-асоциираните вируси, две комплементарни вериги съществуват в различни вириони. Едноверижната ДНК съдържа обърнати повтарящи се последователности, които образуват щифтове за коса. Структурите на фиби имат важна роля в циркулацията на линейните нишки и в репликацията.

Двуверижни РНК се намират в няколко икосаедрични вируса на животни и растения. Геномите на такива вируси са сегментирани (Таблица 5.5). Различните сегменти могат да бъдат свързани на къси участъци от базови двойки. Транскрипцията на всеки сегмент се случва отделно и участващият ензим е “ Двуверижна РНК транскриптаза ”. Всяка иРНК при транслация произвежда отделна полипептидна верига.

Едноверижната РНК е генетичен материал в редица вируси (Таблица 5.5). Някои вируси съдържат единична молекула на РНК в генома си, докато някои други вируси съдържат няколко сегмента, например грипният вирус има 8 сегмента. Вирусите съдържат или положителни (+), или отрицателни (-) вериги на РНК в своите капсиди.

Вирусната РНК верига, която функционира като иРНК в клетката гостоприемник, се нарича плюс (+) нишка или положителна верига. РНК геномите на животински вируси имат капачка в своя 5′-край и поли (А) последователност в 3′-края. Въпреки това, в РНК на Picornavirus има специална последователност в 5 ′-края, към която ковалентно е прикрепен малък протеин.

РНК геномите на растителните вируси притежават капачка в 5 ′-края, но те не съдържат поли (А) в техните 3 ′-краища техният 3 ′-край е подобен на тРНК. Всяка ретровирусна частица съдържа две копия на (+) нишката на РНК, представляваща нейния геном, тези копия се държат заедно близо до 5 ′-края.

Тези РНК не съдържат капачка, а завършват в нуклеозид трифосфат в своите 5′-краища. Тези вериги не функционират директно като иРНК. Вместо това те се транскрибират от ензима “едноверижна РНК транскриптаза”, присъстващ във вириона, за да произведе иРНК.

Опаковане на нуклеинови киселини във вирусите:

Вирусният геном (ДНК/РНК) е плътно опакован в протеиновата обвивка (капсид). Плътността на нуклеиновата киселина в протеиновата обвивка е по-висока от 500 mg/ml, което е много по-голямо от плътността на ДНК в други организми. Например, плътността на ДНК в бактерията е около 10 mg/ml, докато в еукариотното ядро ​​е около 100 mg/ml. Това показва, че нуклеиновата киселина е много плътно опакована във вирусните частици.

Генетичният материал на TMV е едноверижна РНК, съдържаща 6400 нуклеотиди, съставляващи дължина 2 pm. Тази РНК е опакована в отделение с формата на пръчка с размери 0,3 x 0,008 pm. Аденовирусите съдържат 11 pm дълга двуверижна ДНК, състояща се от 35 000 bp: тя е опакована в капсид от тип икосаедър с диаметър 0,07 pm.

Фаг Т4 има много дълга двуверижна ДНК молекула (55 pm) със 170 000 bp. Капсидът, съдържащ тази доста дълга ДНК, е икосаедър с размери 1,0 x 0,065 pm. За разлика от еукариотното ядро ​​и бактериалния нуклеоид, обемът на капсида е напълно опакован с нуклеиновата киселина.

Пакетирането на нуклеинова киселина за образуване на нуклеокапсид става по два основни начина. В един механизъм протеиновите молекули се събират около нуклеиновата киселина, например в TMV. В другия механизъм първо се образува протеиновата обвивка и след това в нея се вмъква нуклеиновата киселина. При TMV в РНК се появява дуплексна структура на фиби.

Сглобяването на протеинови мономери започва в този нуклеационен център и продължава в двете посоки, достигайки краищата. Общо 17 протеинови единици образуват кръгъл слой и два такива слоя заедно образуват единица от капсид. Тази структура взаимодейства с РНК, която е навита, за да образува спирала вътре в черупката.

При бактериофаг Т4 и λ и т.н. първо се образува протеиновата обвивка. Нуклеиновата киселина се вкарва в козината от единия край и след това опашката се свързва с главата. В случай на кръгова ДНК, тя трябва първо да бъде превърната в линейна молекула за опаковане.

Ламбда (λ) геномът е кръгъл и съдържа две “cos” места, cosL и cosR. Свободният край в λ ДНК се произвежда чрез ензимно разцепване на cosL мястото. Вмъкването на ДНК става от този край и продължава, докато мястото на cosR навлезе в капсида, след което настъпва разцепване на мястото на cosR, за да се получи другият край на λ генома.

Някои от вирусите, например, фаг Т4 и λ. имат терминална излишност в геномите си. В тези вируси множество геноми се свързват от край до край, за да произвеждат “конкамерна структура. ” В случай на Т4, вмъкването на вирусната хромозома започва от a “случайно ” точка и продължава, докато необходимото количество ДНК бъде вкарано в главата. ДНК, вмъкната в главата, има крайна излишък.

Един вероятен произход на “concatermeric” ДНК е рекомбинация. Рекомбинацията между две хромозоми комбинира два генома от край до край. След това рекомбинацията с трети геном произвежда конкатемер чрез последователна рекомбинация ’s (фиг. 5.23).

Друг механизъм, предложен за формиране на конкатемер, е репликацията на подвижния кръг. Специфична ендонуклеаза отрязва конкатемера в точките, които произвеждат генома с необходимата дължина “. ” Геномната ДНК има хомоложни краища поради крайната излишност. Следователно, някои хромозоми могат да бъдат хетерозиготни за крайните гени.

Механизми на лизогенни и литични пътища:

Бактериофаг λ е умерен фаг, който поддържа лизогенна връзка със своя бактериален гостоприемник. Въпреки това, той може да претърпи и литичен цикъл. Инфекцията, като правило, протича в линейна форма, но хромозомата се превръща в кръгла, след като влезе в клетката гостоприемник. Обобщена карта на Х -хромозомата, показваща различни функции, е представена на фиг. 5.24.

Гените, свързани с подобни функции, са групирани. В линейната хромозома гените за образуване на главата са разположени в левия край, докато тези за лизис са разположени в десния край. Регулаторният регион се намира между региона за рекомбинация и региона за репликация. Гените, присъстващи в регулаторния регион, са отговорни за определянето дали X ще влезе в лизогенна връзка със своя гостоприемник или ще следва литичния път.

Регулаторните гени са групирани и фланкирани от гени за рекомбинация от лявата им страна и тези за репликация от дясната страна (фиг. 5.25). Гените N (анти-терминатор) и ера (анти-репресор) са разположени в регулаторния регион. Тези гени се наричат ​​“непосредствени ранни гени” те се транскрибират от РНК-полимеразата на гостоприемника.

При наличието на антитерминационен фактор (p N), транскрипцията на двата гена (N и ера) продължава. Тези два гена се транскрибират от различни нишки на ДНК в обратна посока, като генът N се транскрибира вляво, докато ерата се транскрибира вдясно.

Транскрипцията се простира до друга област на генома за различни функции (фиг. 5.25). При липса на cl репресор протеин, РНК полимеразата на гостоприемника се свързва с РLL сайтове, така че транскрипцията на “латните гени ” се инициира в резултат на това се произвеждат фагови частици и клетката се лизира.

Регулаторният регион съдържа cl гена, който е отговорен за лизогенния път. Мутация в този регион кара фага да претърпи литичен цикъл.

Генът cl се транскрибира, за да произведе иРНК, ензимът, участващ в транскрипцията, е РНК полимераза, която се свързва с промотора за поддържане на репресор (РRM). Транскрипцията се случва отдясно наляво. Тази cl иРНК се транслира за получаване на репресорния мономер (фиг. 5.25).

Образуват се репресорни димери, които се свързват с РLР и ПLL места, като по този начин предотвратява свързването на РНК полимеразата с тези промотори. Това води до инхибиране на транскрипцията на N и cro гени. По-късно Х хромозомата се интегрира в бактериалната хромозома, нейните забавени ранни гени не се експресират и фагът остава като “provirus”. Забавените ранни гени са гените за рекомбинация, репликация и Q (анти-терминатор). Късните гени са опашката, главата и лизисните гени.

Когато cl репресорът е свързан с 0L и 0Р места, РНК полимеразата инициира транскрипция на cl гена и синтезът на репресорен протеин продължава. Но при липса на репресор, РНК полимеразата се свързва с РLL и Пrr сайтове и започва транскрипция на N и cro гени.

По този начин наличието на самия cl репресор е необходимо за неговия синтез. Непрекъснатото производство на cl репресор е необходимо за поддържане на лизогенията. През този период OL и ОР сайтовете винаги са обвързани с репресор.

Когато лизогенизираната клетка е заразена от друг фаг X, cl репресорният протеин, произведен от “профага ”, незабавно се свързва с OL и 0Р места на заразяващия X геном. По този начин функцията на инфектиращите X гени се инхибира и клетката остава имунизирана срещу X инфекция.


  • Кратка част от РНК, наречена праймер, идва и се свързва с края на водещата верига. Този праймер действа като отправна точка за синтеза на ДНК.
  • Много праймери са направени от ензим примаза, който се свързва в различни точки по изоставащата нишка.
  • ДНК полимеразата се свързва с водещата верига и помага при добавянето на новите комплементарни нуклеотидни бази към веригата на ДНК в посока 5 ’до 3’.
  • Фрагменти на Оказаки (парчета ДНК) след това се добавят към изоставащата верига в посока 5’ до 3’.
  • Това е непрекъсната репликация.
  • Това не е непрекъсната репликация, тъй като фрагментите на Okazaki ще трябва да бъдат съединени по -късно.
  • След съпоставяне на всички бази, т.е. A – T и C – G, ензимът, наречен екзонуклеаза, отстранява праймера и тези празнини се запълват с комплементарни нуклеотиди.
  • Новообразуваната верига се коригира, за да се гарантира, че няма грешка в секвенирането на ДНК.
  • В крайна сметка ДНК лигазата уплътнява последователността на ДНК в две непрекъснати двойни нишки. Резултатът от тази ДНК репликация е генерирането на две ДНК молекули, състоящи се от една нова и една стара верига от нуклеотиди. Тази схема се нарича полуконсервативна репликация на ДНК.

Определение за транскрипция

"Процесът на копиране на генетична информация от една верига на ДНК в РНК се нарича транскрипция."

Процесът на транскрипция се управлява от принципа на комплементарност, с изключение на аденозин, който образува базова двойка с урацил, а не с тимин. За разлика от процеса на репликация, при който общата ДНК се дублира, в случай на транскрипция, само сегмент от ДНК и само една верига се копират в РНК.

Транскрипционната единица в ДНК се дефинира основно от три региона в ДНК –

Следващата диаграма показва процеса на транскрипция-

Преглед на транскрипцията

Това е първата стъпка от генната експресия. На тази стъпка информацията от ген се използва за образуване на функционален продукт, наречен протеин. Основната цел на транскрипцията е да се направи копие на РНК от ДНК последователността на гена. В случай на ген, кодиращ протеин, транскриптът или копието на РНК носят информацията, необходима за образуване на полипептид.

Следващата фигура показва процеса на транскрипция и превод. По-рано РНК прави копие на ДНК секвенцията и този транскрипт носи информацията, необходима за образуване на полипептид.

Това е основният ензим, участващ в процеса на транскрипция. Той използва едноверижен ДНК шаблон за образуване на комплементарна верига на РНК. За да бъдем конкретни, РНК полимеразата образува РНК верига в посока 5’ до 3’, като добавя всеки нов нуклеотид към 3’ края на веригата.

Следващите диаграми показват РНК полимераза, както е обсъдено в горния параграф -

Етапи на транскрипция

Транскрипцията на ген се извършва на три етапа, т.е. иницииране, удължаване и терминиране.

  • Иницииране - РНК полимеразата се свързва с последователността на ДНК (нарича се промотор) that is found near the beginning of a gene. Each gene has its own promoter and once bound, DNA strands gets separated from RNA polymerase providing the single stranded template required for transcription.

Following diagram shows the initiation stage in detail whereby, we can see the formation of single – stranded template .

  • Elongation – The template strand act as a template for RNA polymerase and as it refer this template, the polymerase build a RNA molecule out of complementary nucleotides, forming a chain which grows from 5’ to 3’. The same information is carried by RNA transcript in the form of non – template strand of DNA, with the bases Uracil (U) in spite of Thymine (T).

Following diagram explains the elongation stage in detail, as discussed-


Termination – Terminators signals after the completion of RNA and once the sequences are transcribed, they result in releasing of transcript from RNA polymerase.

Following diagram demonstrates the termination stage, which includes formation of a hairpin in the RNA –


Researchers report reference genome for maize B chromosome

Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain

Three groups recently reported a reference sequence for the supernumerary B chromosome in maize in a study published online in PNAS. Dr. James Birchler's group from University of Missouri, Dr. Jan Barto's group from Institute of Experimental Botany of the Czech Academy of Sciences and Dr. Han Fangpu's group from the Institute of Genetics and Developmental Biology of the Chinese Academy of Sciences worked collaboratively on the study.

Supernumerary B chromosomes persist in thousands of plant and animal genomes despite being nonessential. They are maintained in populations by mechanisms of "drive" that make them inherited at higher than typical Mendelian rates. Key properties such as its origin, evolution, and the molecular mechanism for its accumulation in maize have remained unclear even though such chromosomes have been a potent tool for studying maize genetics.

The researchers used a well-established set of sequencing and mapping tools, including chromosome flow-sorting, Illumina sequencing, Bionano optical mapping, and chromatin conformation capture (Hi-C).

The rich availability of deletion derivatives ensured strong scaffolding and vetting of assembly. In addition, 758 protein-coding genes were identified from the 125.9-Mb of chromosome sequence, of which at least 88 are expressed.

The scientists discovered that the current gene content is a result of continuous transfer from the A chromosomal complement over an extended evolutionary period. This process has been accompanied by subsequent degradation even though selection for maintenance of this nonvital chromosome has also continued.

The annotation results demonstrate that transposable elements in the B chromosome are shared with the standard A chromosome set. However, the failure of multiple lines of evidence to reveal a syntenic region in the B chromosome with any A chromosome indicates that this chromosome has been present in the evolutionary lineage for millions of years, since any such synteny has disintegrated.

Sequence and deletion analysis reveals that a specific DNA repeat is located in and around the centromere that is involved with its drive mechanism, consisting of nondisjunction at the second pollen mitosis and preferential fertilization of the egg by the B-containing sperm.

This analysis cleverly combines comparisons among a variety of translocation and B-deletion stocks along with many years of genetic analysis. This approach provides a unique view of the sequence of this chromosome, as well as characterization of potentially functional elements within it.


Принадлежности

Institut Pasteur, Unité Régulation Spatiale des Génomes, CNRS, UMR 3525, C3BI USR 3756, F-75015, Paris, France

Lyam Baudry, Nadège Guiglielmoni, Hervé Marie-Nelly, Martial Marbouty & Romain Koszul

Sorbonne Université, Collège Doctoral, F-75005, Paris, France

Lyam Baudry & Hervé Marie-Nelly

Evolutionary Biology & Ecology, Université Libre de Bruxelles, 1050, Brussels, Belgium

Sorbonne Université, Laboratory of Integrative Biology of Marine Models, Algal Genetics, UMR 8227, Roscoff, France

Alexandre Cormier, Komlan Avia, Olivier Godfroy, J. Mark Cock & Susana M. Coelho

Present Address: Université de Strasbourg, INRA, SVQV UMR-A 1131, Colmar, France

Institut Pasteur, Center of Bioinformatics, Biostatistics and Integrative Biology (C3BI), USR3756, CNRS, Paris, France

Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University, B-9052 Ghent, Ghent, Belgium

VIB Center for Plant Systems Biology, Technologiepark 927, B-9052, Ghent, Belgium

Institut Pasteur, Imaging and Modeling Unit, CNRS, UMR 3691, C3BI USR 3756, F-75015, Paris, France

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

Authors’ contributions

LB rewrote and updated the GRAAL program originally designed by HMN, CZ, and RK. MM and AC performed the experiments. LB and NG performed and ran the scaffoldings. LB, NG, and RK analyzed the assemblies, with contributions from AC, KA, LS, JMC, and SMC. LM and RK wrote the manuscript, with contributions from NG, MM, JMC, MC, and SMC. LB, MM, SMC, and RK conceived the study. The authors read and approved the final manuscript.

Authors’ information

Twitter handle: @rkoszul (Romain Koszul).

Съответстващи автори


Researchers Sequence Genome of Basenji Dog

An international team of scientists has sequenced and assembled the genome of the Basenji dog (Canis lupus familiaris), an ancient dog breed of central African origins that still lives and hunts with tribesmen in Congo. The genome of the Basenji, which sits at the base of the dog breed family tree, makes an excellent unbiased reference for future comparisons between dog breeds and evolutionary analysis of dogs.

The Basenji dog (Canis lupus familiaris).

Dogs were the first animals to be domesticated by humans some 30,000 years ago and exhibit exceptional levels of breed variation as a result of extensive artificial trait selection.

It is not clear whether they were domesticated once or several times, though the weight of accumulating evidence suggests multiple events.

By establishing genome resources for more ancient dog breeds, scientists can explore genetic adaptations perhaps unique to the modern dog breeds.

The Basenji dog is an ancient breed that sits at the base of the currently accepted dog family tree.

Basenji-like dogs are depicted in drawings and models dating back to the 12th dynasty of Egypt and they share many unique traits with pariah dog types.

Like dingoes and New Guinea singing dogs, Basenjis come into oestrus annually — as compared to most other dog breeds, which have two or more breeding seasons every year. These three breeds are prone to howls, yodels, and other vocalizations over the characteristic bark of modern breeds.

Nicknamed the barkless dog, Basenjis were originally indigenous to central Africa, wherever there was tropical forest. Primarily, what is now the DRC Congo, Southern Sudan, Central African Republic and the small countries on the central Atlantic coast.

Today their territory has shrunk to the more remote parts of central Africa.

The Basenjis probably made their debut in the Western world in around 1843. In a painting of three dogs belonging to Queen Victoria and Prince Albert entitled ‘Esquimaux, Niger and Neptune,’ Niger is clearly a Basenji.

“The dog was probably the first animal to be domesticated by humans and has subsequently been artificially selected by humans into a great diversity of dog breeds of different sizes and shapes,” said Dr. Richard Edwards, a researcher in the School of Biotechnology and Biomolecular Sciences at the University of New South Wales.

“Before this paper, it was difficult to interpret differences between the dog reference genomes and non-domesticated dogs, such as dingoes, jackals, coyotes, wolves and foxes.”

“Big changes could be the result of recent artificial selection during creation of the specific reference breed.”

“By adding such a high-quality genome at the base of the domestic dog family tree, we have provided an anchor point for studies that can help establish the timing and direction of genetic changes during domestication and subsequent breeding.”

“As Basenjis are a very old breed, they provide the perfect comparison to more modern breeds to explore how breeds were developed, the process of domestication and assist in studies looking for disease genes,” said Dr. Kylie Cairns, a researcher in the School of Biological, Earth and Environmental Sciences at the University of New South Wales.

“This genome will also be critical in comparisons to wolves, dingoes and village dogs as an example of an ancient domestic breed.”

The researchers sequenced the genomes of two Basenjis: a female, China, and a male, Wags.

“Over 99% of the final genome assembly can be found in the 39 pieces that represent the 39 dog chromosomes,” Dr. Edwards said.

“These chromosomes only have one hundred regions of unresolved sequence, which is the fewest of any published dog genome so far.”

“This makes it one of the highest-quality dog genomes produced to date.”

The scientists also conducted pairwise comparisons and analyzed structural variations between assembled genomes of three dog breeds: Basenji, Boxer and German shepherd dog.

“The Basenji genome sequence is different to the traditional dog reference genome, CanFam, which is of a highly-derived breed, the Boxer,” Dr. Edwards said.

“The choice of dog reference genome can affect the results of future dog genetics studies looking at genetic variants.”

“The Basenji genome may allow scientists to more fully unravel the evolutionary history of early dogs and how humans have shaped the first dogs into the companions and breeds we have today,” Dr. Cairns added.

“Many people wouldn’t realize that most dog breeds arose in the last 200-300 years.”

“So having access to a high quality reference genome from an ancient breed such as the Basenji gives insight into early breed development and how domestic dogs have been shaped by humans in the last few thousand years.”

“We will also be able to tackle lingering questions about the evolutionary history of dingoes and their relatives in New Guinea, with the Basenji acting as a halfway point between non-domesticated dingoes and truly modern dog breeds like pugs, kelpies and poodles.”

The results were published March 2021 in the journal BMC Genomics.