15:20 2022-11-29
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Misterul genomic de lungă durată despre originile intronilor explicat într-un nou studiu
_ Mister genomic de lungă durată despre originile intronilor explicat într-un nou studiu
Unul dintre cele mai vechi mistere fundamentale ale biologiei înconjoară originile prost înțelese ale intronilor. Intronii sunt segmente de ADN necodificant care trebuie eliminate din codul genetic înainte de a fi traduse în procesul de fabricare a proteinelor. Intronii sunt o caracteristică străveche care se găsește în toată viața eucariotă, o gamă largă de organisme care se întinde pe toate animalele, plantele, ciupercile și protistele, dar sunt absenți în genomurile procariote, cum ar fi cele ale bacteriilor. Există o variație masivă a numărului de introni găsiți în genomul diferitelor specii, chiar și între specii strâns înrudite.
Acum, un nou studiu condus de oamenii de știință de la UC Santa Cruz și publicat în jurnalul Proceedings of the Academia Națională de Științe (PNAS) indică introneri, unul dintre câteva mecanisme propuse pentru crearea de introni descoperite în 2009, ca o explicație pentru originile majorității intronilor din specii. Cercetătorii cred că intronerii sunt singura explicație probabilă pentru evenimentele de explozie a intronilor, în care mii de introni apar într-un genom aparent toți odată și găsesc dovezi în acest sens la speciile din arborele vieții.
„[Acest studiu] oferă o explicație plauzibilă pentru marea majoritate a originilor intronilor”, a spus Russell Corbett-Detig, profesor asociat de inginerie biomoleculară și autor principal al studiului. „Există și alte mecanisme acolo, dar acesta este singurul despre care știu care ar putea genera mii și mii de introni toți odată în genom. Dacă este adevărat, acest lucru sugerează că am descoperit un proces de bază care conduce ceva cu adevărat special. despre genomii eucariote — avem acești introni, avem complexitate genomică.”
Intronii sunt importanți deoarece permit splicing alternativ, care, la rândul său, permite unei gene să codifice pentru mai multe transcrieri și, prin urmare, să servească mai multe funcții celulare complexe. . Intronii pot afecta, de asemenea, expresia genelor, rata la care genele sunt activate pentru a produce proteine și alte ARN necodificatori. Intronii au în cele din urmă un efect neutru până la ușor negativ asupra speciilor în care există, deoarece atunci când îmbinarea intronilor nu este efectuată corect, gena în care trăiesc poate fi afectată și chiar poate muri. Astfel de cazuri de splicing ratate sunt cauza unor tipuri de cancer.
Corbett-Detig și colegii săi au căutat în genomurile a 3.325 de specii eucariote - toate speciile pentru care avem acces la genomi de referință de înaltă calitate - pentru a găsi a afla cât de comuni sunt intronii derivați de la introni și în ce grupuri de specii sunt văzuți cel mai frecvent. Ei au găsit un total de 27.563 de introni derivați de introneri în genomul a 175 de specii, ceea ce înseamnă că dovezi ale intronorilor au putut fi observate la 5,2% dintre speciile chestionate.
Aceste dovezi au fost găsite la specii de toate tipurile, de la animale. la protiști unicelulari – organisme al căror ultim strămoș comun a trăit cu peste 1,7 miliarde de ani în urmă. Diversitatea speciilor în care se găsesc sugerează că intronerii sunt atât sursa fundamentală, cât și cea mai răspândită de introni în arborele vieții.
„Este divers – nu este ca și cum ar fi o bucată mică de copac. a vieții care se întâmplă asta”, a spus Corbett-Detig. „Vedeți acest lucru într-o gamă destul de mare de specii, ceea ce sugerează că este un mecanism destul de general.”
Această analiză poate detecta doar dovezi ale intronatorilor care se întorc cu câteva milioane de ani, un interval de timp relativ scurt când vine la istoria evolutivă. Este probabil ca exploziile de introni să fi avut loc la unele specii, cum ar fi oamenii, într-un moment dincolo de scopul acestei analize – ceea ce înseamnă că acest studiu probabil subestimează cu mult sfera reală a intronilor derivați de introni la toate eucariotele.
Intronerii ca paraziți genomici
În ecosistemul genomului, intronerii pot fi considerați ca un parazit cu scopul de a supraviețui și de a se reproduce. Când un introner intră într-un nou organism, acea nouă gazdă nu a văzut niciodată acel element înainte și nu are nicio modalitate de a se apăra, permițându-i să prolifereze într-o nouă specie.
„Totul în evoluție este un conflict și acestea. elementele, [inclusiv intronerii], sunt bucăți egoiste de ADN”, a spus Landen Gozashti, primul autor al lucrării care a dezvoltat metodele de analiză ale studiului ca student la UCSC și acum este student la Universitatea Harvard. „Ei vor doar să se replice și singurul motiv pentru care nu vor să-și omoare gazda este pentru că asta îi ucide.”
În momentul în care sunt separați din secvența ADN-ului înainte să aibă loc traducerea genei în proteine. , intronerii au găsit o modalitate de a avea un impact mai mic asupra aptitudinii genei gazdă, permițându-le să persistă de-a lungul generațiilor de evoluție a speciilor gazdă. Cercetătorii au descoperit că intronii derivați din introneri par să se îmbine mai bine decât alte tipuri de introni, pentru a limita efectele lor negative asupra genei, astfel încât atât intronerul, cât și gazda să poată supraviețui mai bine.
Mai mulți introneri în mare.
În timp ce toți intronerii au fost găsiți la toate tipurile de specii, rezultatele au arătat că organismele marine aveau șanse de 6,5 ori mai mari să aibă introneri decât speciile terestre.
Cercetătorii cred că acest lucru se datorează probabil faptului că un fenomen numit transfer orizontal de gene, în care genele se transferă de la o specie la alta, spre deosebire de transferul vertical tipic prin împerechere și trecerea genelor de la părinte la copil. Se știe deja că transferul de gene orizontal are loc mai frecvent în mediile marine, în special între speciile unicelulare cu ecologii complexe.
Intronerii pot călători în acest fel deoarece aparțin unei clase de elemente genomice numite elemente transpozabile, care au capacitatea de a trece dincolo de mediul celular în care trăiesc, făcându-le bine echipate mecanic pentru a călători între specii prin transferul orizontal al genelor. Pe măsură ce intronerii s-au transferat de la o specie la alta în mediile marine, ei și-au extins considerabil prezența în arborele vieții.
Având în vedere că știm că toate speciile au evoluat din organisme marine, s-ar fi putut întâmpla ca speciile terestre să câștige introni. din izbucnirile de intron cu mult înapoi în istoria lor evolutivă.
„Dacă strămoșii tăi au fost organisme marine, ceea ce au fost toți, există șanse mari ca mulți dintre intronii tăi să fie oarecum moșteniți dintr-o [explozie de introner” similară. ] eveniment de atunci”, a spus Corbett-Detig. „Acest lucru ar fi putut fi foarte important în trecutul nostru evolutiv.”
S-au găsit, de asemenea, mai mulți intronori în speciile fungice, despre care se știe, de asemenea, că au rate mai mari de transfer orizontal de gene, susținând și mai mult ideea că acest fenomen conduce câștig de itroner.
În cercetările viitoare, Corbett-Detig intenționează să caute dovezi ale transferului orizontal de gene sub formă de introneri aproape identici la două specii diferite. El a înființat conducte de extragere a datelor astfel încât, pe măsură ce comunitatea globală de cercetători în genomică contribuie cu genomul de noi specii la depozitele de date, algoritmul său va căuta intronerii fiecărui genom nou și îl va compara cu toți intronerii cunoscuți pentru a căuta asemănări.
Înțelegerea modului în care evoluează complexitatea
Acest studiu prezintă o provocare pentru una dintre teoriile generale ale evoluției genomului cu privire la ceea ce determină complexitatea genomică la eucariote. Teoria presupune, de asemenea, că, la un moment dat al evoluției, multe specii aveau populații de dimensiuni efective scăzute, ceea ce înseamnă că foarte puține organisme dintr-o specie produceau descendenți pentru a-și crea următoarea generație. Acest lucru a permis să se acumuleze în genom elemente despre care se știe că au efecte ușor negative asupra populației.
Urmând această teorie, itronerii, care sunt neutri până la ușor dăunători, ar fi observați mai frecvent în populațiile cu populații eficiente mai scăzute, dar cercetătorii au descoperit contrariul. De exemplu, ei au descoperit că Symbiodinium, un protist despre care se știe că are o dimensiune efectivă a populației mult mai mare decât oamenii, plantele terestre și alte nevertebrate, este specia care pare să câștige cei mai mulți introni dintre cei chestionați.
Dar această cercetare indică o complexitate care decurge nu dintr-o adaptare creată de genomul însuși, ci ca răspuns la conflictul cauzat de elementul transpozabil invadator, intronerul, pe măsură ce încearcă să prolifereze. Pe măsură ce intronerii și alte elemente se luptă să supraviețuiască și să persiste, acest conflict determină complexitatea genomului.
Intronerii și expresia genelor
Efectele neutre spre negative ale intronilor sunt evidențiate și de efectul lor asupra genei. expresie. Când se compară genele cu introneri inserati în ele cu genele fără, cei care au introneri au avut un nivel de expresie general mai scăzut, ceea ce înseamnă că sunt activate mai rar pentru a îndeplini funcții în organism.
Cercetătorii cred că intronerii nu cauzează neapărat în mod direct această expresie mai scăzută, dar genele care sunt exprimate mai puțin au o toleranță mai mare pentru un element care le poate afecta negativ, deoarece contează mai puțin pentru supraviețuirea speciei. Între timp, genele care sunt foarte exprimate și pot codifica funcții cheie din organism probabil că nu pot tolera introducerea de noi introni care le-ar putea determina să-și îndeplinească sarcina mai puțin eficient.
Cercetarea în curs a lui Corbett-Detig. pe acest subiect implică, de asemenea, analizarea dovezilor directe ale modului în care apariția intronilor într-un genom afectează indivizii dintr-o specie. El a identificat mai multe specii care se confruntă cu explozii de intron în curs de desfășurare și se uită la efectul intronerii asupra ADN-ului și ARN-ului celulei și modul în care acest lucru afectează capacitatea evolutivă a speciei.
Comentarii:
Adauga Comentariu