Predstavitev
Vse živali, rastline, glive in protisti - ki skupaj sestavljajo domeno življenja, imenovano evkarionti - imajo genome s posebno značilnostjo, ki je begala raziskovalce že skoraj pol stoletja: njihovi geni so razdrobljeni.
V njihovi DNK informacije o tem, kako narediti beljakovine, niso zapisane v dolgih koherentnih nizih baz. Namesto tega so geni razdeljeni na segmente z vmesnimi sekvencami ali "introni", ki razmaknejo eksone, ki kodirajo delčke proteina. Ko evkarionti izražajo svoje gene, morajo njihove celice izločiti RNK iz intronov in združiti RNK iz eksonov, da rekonstruirajo recepte za svoje proteine.
Skrivnost, zakaj se evkarionti zanašajo na ta baročni sistem, se je poglobila z odkritjem, da so se različne veje evkariontskega družinskega drevesa močno razlikovale v številčnosti svojih intronov. Geni kvasovk imajo na primer zelo malo intronov, kopenskih rastlin pa veliko. Introni sestavljajo skoraj 25 % človeške DNK. Kako se je razvila ta ogromna, enigmatična sprememba frekvence intronov, je desetletja vzbujalo razprave med znanstveniki.
Odgovori se morda končno pojavljajo v nedavnih študijah genetskih elementov, imenovanih intronerji, ki jih nekateri znanstveniki obravnavajo kot neke vrste genomskega parazita. Ti deli DNK lahko zdrsnejo v genome in se tam razmnožijo, za seboj pa pustijo množico intronov. Lani novembra so raziskovalci predstavili dokaze, da so intronerji to počeli pri različnih evkariontih skozi celotno evolucijo. Poleg tega so pokazali, da lahko intronerji pojasnijo, zakaj se zdi, da je bilo eksplozivno povečanje intronov še posebej pogosto v vodnih oblikah življenja.
Njihove ugotovitve "lahko pojasnijo veliko večino povečanja introna," je dejal Russ Corbett-Detig, višji avtor novega prispevka in raziskovalec evolucijske genomike na kalifornijski univerzi v Santa Cruzu.
Uganka evkariontskih genomov
Če bi gene evkariontov prevedli neposredno v beljakovine, bi bile nastale molekule običajno nefunkcionalne smeti zaradi pikčastih intronov na njihovi DNK. Zato so vse evkariontske celice opremljene s posebnimi genetskimi škarjami, imenovanimi spliceosomi. Ti proteinski kompleksi prepoznajo značilne sekvence, ki obdajajo intronsko RNA, in jo odstranijo iz preliminarnih RNA transkriptov aktivnih genov. Nato združijo kodirne segmente iz eksonov, da proizvedejo messenger RNA, ki se lahko prevede v delujoč protein.
(Nekateri prokarionti imajo tudi introne, vendar imajo načine, kako jih zaobiti, ki ne vključujejo spliceosomov. Na primer, nekateri njihovi introni se »samospojijo« in se samodejno odstranijo iz RNA.)
Zakaj je naravna selekcija pri evkariontih dajala prednost intronom, ki jih je bilo treba odstraniti s spliceosomi, ni znano. Toda ključno je lahko, da takšni introni omogočajo alternativno spajanje, pojav, ki dramatično poveča raznolikost produktov, ki lahko nastanejo iz enega samega gena. Ko je intronska RNA izrezana, se lahko zaporedja eksonske RNA nanizajo v novem vrstnem redu, da se naredijo nekoliko drugačne beljakovine, je pojasnil Corbett-Detig.
Kljub vplivu intronov na biologijo in genetsko kompleksnost evkariontskih organizmov je njihov evolucijski izvor ostal nejasn. Od odkritja intronov leta 1977 so raziskovalci razvili številne teorije o tem, od kod izvirajo ta vsiljiva zaporedja. Identificiranih je bilo več mehanizmov, ki bi lahko ustvarili introne, in vsi so morda prispevali nekaj intronov evkariontom. Vendar je bilo težko reči, kateri od njih bi lahko pojasnil, od kod večina intronov.
Poleg tega se skrivnost o izvoru intronov samo še poglablja v luči izjemnih variacij v tem, kje se introni ponavadi pojavijo v celotnem evkariontskem drevesu življenja. Nekatere linije so še posebej težke z njimi na načine, ki kažejo na nenadne poplave z introni med njihovo evolucijsko zgodovino. Ko preučujete drevo življenja in koliko intronov najdete na vsaki konici drevesa, je Corbett-Detig dejal, "lahko hitro ugotovite, da morajo obstajati določene veje, kjer se je naenkrat razvila absolutna tona intronov."
Ena možna razlaga za te eksplozivne infuzije intronov vključuje nenavadno vrsto genetskega elementa, znanega kot introner. Prvič opisan leta 2009 pri enoceličnih zelenih algah Micromonas, so se intronerji pozneje pojavili v genomih nekaterih drugih alg, nekaterih vrst gliv, drobnih morskih organizmov, imenovanih dinoflagelati, in preprostih nevretenčarjev, imenovanih plaščarji.
Posebnost intronerjev je, da ustvarjajo introne. Intronerji se kopirajo in prilepijo v odseke kodirne DNK, ki ponujajo ustrezno mesto za spajanje. Nato gredo naprej in za seboj pustijo specifično zaporedje intronov, obdano z mesti spajanja, ki razdelijo kodirno DNK na dva eksona. Ta proces se lahko ponavlja v velikem obsegu v celotnem genomu. Pri glivah, na primer, se zdi, da so intronerji odgovorni za večino povečanja intronov vsaj v zadnjih 100,000 letih.
Predstavitev
Kako intronerji to dosežejo, je postalo jasneje leta 2016, ko so raziskovalci ugotovili, da so intronerji v dveh vrstah alg močno podobni transpozonom DNK, članom večje družine genetskih elementov, imenovanih prenosljivi elementi ali "skakajoči geni". Transpozoni prav tako vstavijo ogromno število svojih kopij v genome.
Vzporednice med intronerji in transpozoni so močno nakazale možen odgovor na skrivnost, od kod prihaja večina intronov. Intronerji bi lahko povzročili, da bi introni izbruhnili v genomih v velikem številu, kar bi lahko pojasnilo prekinjen vzorec njihovega pojavljanja pri različnih evkariontih. Ulov je bil v tem, da je bilo znano, da intronerji obstajajo le v nekaj organizmih.
"Je kdo iskal še kje?" je vprašal Landen Gozashti, ki je raziskoval evolucijsko genomiko v Santa Cruzu, ko je prebral študijo o algah iz leta 2016. Pogled v znanstveno literaturo je pokazal, da nobena skupina ni objavila podatkov o intronerjih drugje med evkarionti. Gozashti, zdaj na univerzi Harvard, Corbett-Detig in njihovi kolegi so se odločili, da to odpravijo.
Prikriti, obilni napadalci
Skupina je sistematično skenirala več kot 3,300 genomov iz celotne širine evkariontske raznolikosti - vse od ovc do sekvoj in ciliatnih protistov. Uporabili so vrsto računalniških filtrov za identifikacijo potencialnih intronerjev, pri čemer so iskali introne z zelo podobnimi zaporedji in zmanjšali lažne pozitivne rezultate. Na koncu so našli na tisoče intronov izhajajo iz intronerjev v 175 od teh genomov, približno 5% vseh, iz 48 različnih vrst.
Pet odstotkov se morda zdi kot majhen košček evkariontske pogače. Ko pa se mutacije sčasoma kopičijo v intronerjih, se podobnosti zaporedij med kopijami slabšajo, dokler ni več mogoče reči, da prihajajo iz istega vira. Evolucijske linije mnogih danes živečih vrst so morda doživele poplave intronov, toda kakršen koli pritok, ki bi se zgodil pred več kot nekaj milijoni let, bi bil nezaznaven. 5-odstotni rezultat torej namiguje, da so intronerji morda veliko bolj vseprisotni.
Kot genomski paraziti so intronerji morda dosegli svoj uspeh s prikritostjo. Dober parazit ne more pritegniti preveč pozornosti nase. Če introner zmoti delovanje gena, v katerega se je vgradil, lahko škoduje gostiteljskemu organizmu, naravna selekcija pa bi lahko popolnoma odstranila genomskega parazita. Torej se ti elementi nenehno razvijajo, da bi bili "čim bolj nevtralni" v svojem vplivu, je dejal Valentina Peona, primerjalni genomik na Univerzi Uppsala.
Gozashti, Corbett-Detig in njihovi kolegi so ugotovili, kako spretni so intronerji pri zdrsu pod radarjem, ko so ocenili učinkovitost spajanja intronerjev, ki odraža njihovo sposobnost, da se izognejo motnjam delovanja gostiteljskih genov. "Intronerji so dejansko spojeni bolje kot drugi introni," je dejal Gozashti. "Te stvari so postale zelo dobre."
Vodna povezava
Delo Gozashtija in njegovih sodelavcev je dokazalo, da intronerji niso enakomerno porazdeljeni med evkarionte. Na primer, obstaja več kot šestkrat večja verjetnost, da se bodo intronerji pojavili v genomih vodnih organizmov kot v genomih kopenskih organizmov. Poleg tega skoraj tri četrtine genomov vodnih vrst, ki vsebujejo intronerje, gosti več družin intronerjev.
Corbett-Detig, Gozashti in njihovi kolegi menijo, da je ta vzorec mogoče razložiti s horizontalnim prenosom genov, prenosom genetskega zaporedja iz ene vrste v drugo. Ti neobičajni prenosi genov se navadno dogajajo v vodnem okolju ali v primerih tesnega povezovanja med vrstami, na primer med gostitelji in paraziti, pojasnjuje Saima Šahid, rastlinski biolog na državni univerzi Oklahoma.
Vodno okolje lahko spodbujanje horizontalnega prenosa genov ker lahko vodni medij postane juha iz nukleinskih kislin, ki jih izločajo neštete vrste. Enocelični organizmi veslajo naokoli v tej enolončnici, zato zlahka prevzamejo tujo DNK, ki bi jo lahko vključili v svojo. Toda tudi veliko bolj zapletene večcelične vrste izležejo jajčeca ali jih oplodijo v vodi, kar ustvarja možnosti za prenos DNK v njihove linije.
Predstavitev
Clément Gilbert, evolucijski genomik na univerzi Paris-Saclay, meni, da je vodna pristranskost pri intronerjih odmev tega, kar je njegova skupina našla pri dogodkih horizontalnega prenosa genov. Leta 2020 je njihovo delo odkrilo skoraj 1,000 različnih horizontalnih prenosov, ki vključujejo transpozone, ki so se zgodili v več kot 300 genomih vretenčarjev. Velika večina teh prenosov se je zgodila pri ribah teleost, je dejal Gilbert.
Če se intronerji najdejo v gostitelje predvsem s horizontalnimi prenosi genov v vodnih okoljih, bi to lahko pojasnilo nepravilne vzorce velikih pridobitev intronov pri evkariontih. Kopenski organizmi najverjetneje ne bodo imeli enakih izbruhov intronov, je dejal Corbett-Detig, saj se horizontalni prenos med njimi pojavlja veliko manj pogosto. Preneseni introni bi lahko vztrajali v genomih več milijonov let kot trajni spominki iz življenja prednikov v morju in usodni čopič s spretnim genomskim parazitom.
Intronerji, ki delujejo kot tuji, invazivni elementi v genomih, bi lahko bili tudi razlaga, zakaj bi vstavili introne tako nenadoma in eksplozivno. Obrambni mehanizmi, ki bi jih genom lahko uporabil za zatiranje svojega podedovanega bremena transpozonov, morda ne bodo delovali na neznanem genetskem elementu, ki pride s horizontalnim prenosom.
"Zdaj lahko ta element ponori po vsem genomu," je dejal Gozashti. Tudi če so intronerji sprva škodljivi, raziskovalci domnevajo, da bi jih lahko selektivni pritiski kmalu ukrotili tako, da bi jih izrezali iz RNK.
Čeprav so horizontalni prenos genov in intronerji povezani z vodnim okoljem, ugotovitve še ne kažejo dokončno, da od tod prihajajo intronerji. Toda odkritje razširjenega vpliva intronerjev izpodbija nekatere teorije o tem, kako so se razvili genomi - zlasti evkariontski genomi.
Odmevi v hosti
Razširjenost nedavnega pridobivanja intronov lahko deluje kot protiutež nekaterim idejam o razvoju genomske kompleksnosti. En primer vključuje teorijo evolucije intronov, ki jo je razvil Michael Lynch Državne univerze v Arizoni leta 2002. Modeli kažejo, da je lahko pri vrstah z majhnimi gnezdečimi populacijami naravna selekcija manj učinkovita pri odstranjevanju nekoristnih genov. Lynch je predlagal, da bodo te vrste zato težile k kopičenju kupov nefunkcionalne genetske smeti v svojih genomih. Nasprotno pa vrste z zelo velikimi gnezdečimi populacijami sploh ne bi smele pridobiti veliko intronov.
Toda Gozashti, Corbett-Detig in njihovi soavtorji so ugotovili nasprotno. Nekateri morski protisti z velikansko gnezdečo populacijo so imeli na stotine ali tisoče intronerjev. V nasprotju s tem so bili intronerji redki pri živalih in odsotni v kopenskih rastlinah - obe skupini z veliko manjšimi gnezdečimi populacijami.
Evolucijska oboroževalna tekma med vsiljivimi genetskimi elementi in gostiteljem ima morda vlogo pri ustvarjanju bolj zapletenega genoma. Parazitski elementi so v "nenehnem konfliktu" z genetskimi elementi, ki pripadajo gostitelju, je pojasnil Gozashti, ker tekmujejo za genomski prostor. "Vsi ti premikajoči se deli nenehno ženejo drug drugega k razvoju," je dejal.
To postavlja vprašanje, kaj so pridobitve intronov pomenile za funkcionalno biologijo organizmov, v katerih so se pojavile.
Cedric Feschotte, molekularni biolog na Univerzi Cornell, sumi, da bi bilo zanimivo primerjati dve tesno povezani vrsti, od katerih je le ena v nedavni evolucijski zgodovini doživela roj intronov. Primerjava bi lahko pomagala razkriti, kako lahko pritoki intronov spodbujajo pojav novih genov. "Ker vemo, da lahko vnašanje intronov olajša tudi zajemanje dodatnih eksonov - torej popolnoma novih stvari," je dejal.
Podobno Feschotte meni, da bi obilica intronov lahko pomagala pri razvoju družin genov, ki se lahko hitro spreminjajo. Ti geni, polnjeni z novimi introni, bi lahko sodelovali pri novi variabilnosti, ki jo omogoča alternativno spajanje.
Takšni hitro razvijajoči se geni so v naravi zelo razširjeni. Strupene vrste morajo na primer pogosto premešati zapletene koktajle peptidov v svojih strupih na genetski ravni, da se prilagodijo različnim plenom ali plenilcem. Sposobnost imunskega sistema, da ustvari neskončno raznolike molekularne receptorje, je odvisna tudi od genov, ki lahko hitro preurejajo in rekombinirajo.
Peona pa opozarja, da čeprav bi intronerji lahko koristili organizmu, so lahko tudi popolnoma nevtralni. Treba jih je obravnavati kot "nedolžne, dokler se jim ne dokaže krivda za funkcijo ali kar koli drugega."
"Ena od naslednjih stvari je preučevanje metagenomskih podatkov, da bi poskušali najti primer, ki je res jasen horizontalni prenos s popolnoma enakimi intronerji v dveh različnih vrstah," je dejal Corbett-Detig. Najdba tega koščka uganke bi pomagala razjasniti celotno zgodbo o tem, od kod prihaja večina intronov evkariontov.
Irina Arhipova, molekularni evolucijski genetik v morskem biološkem laboratoriju Univerze v Chicagu, želi izvedeti več o tem, kako se intronerji širijo po genomu v tako velikem obsegu. "Enostavno ne pušča sledi encima, ki je bil odgovoren za ta ogromen izbruh mobilnosti - to je skrivnost," je dejala. "V bistvu ga moraš ujeti pri dejanju, ko se še premika."
Za Gozashtija je odkritje intronerjev v tako širokem spektru evkariontov lekcija o tem, kako pristopiti k temeljnim vprašanjem o naravi evkariontskega življenja: razmišljajte širše. Študije se pogosto osredotočajo na delce biotske raznovrstnosti, ki jih predstavljajo živali in kopenske rastline. Toda da bi razumeli pomembne vzorce genomskih informacij, na katerih temelji vse življenje, »moramo zaporedje več evkariontske raznolikosti, več teh protističnih linij, kjer ne vemo ničesar o tem, kako se razvijajo,« je dejal. "Če bi samo preučevali kopenske rastline in živali, nikoli ne bi našli intronerjev."
Opomba urednika: Gozashti je podiplomski študent v laboratoriju Hopi Hoekstra, ki je član svetovalnega odbora za Quanta.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.quantamagazine.org/how-a-dna-parasite-may-have-fragmented-our-genes-20230330/
- : je
- ][str
- $GOR
- 000
- 1
- 100
- 2016
- 2020
- a
- sposobnost
- O meni
- odsoten
- absolutna
- obilje
- doseganje
- Račun
- Akumulirajte
- doseže
- čez
- Zakon
- aktivna
- dejavnost
- dejansko
- prilagodijo
- Dodatne
- svetovanje
- Svetovalni odbor
- vsi
- alternativa
- Čeprav
- med
- in
- Živali
- Še ena
- odgovor
- kdo
- kjerkoli
- zdi
- pristop
- primerno
- SE
- Arizona
- okoli
- prihod
- AS
- Združenje
- At
- pozornosti
- Avtor
- samodejno
- V bistvu
- BE
- ker
- postanejo
- zadaj
- Prednosti
- Boljše
- med
- pristranskosti
- Big
- biologija
- svet
- veje
- širina
- Predložitev
- splošno
- izgradnjo
- obremenitev
- by
- california
- se imenuje
- CAN
- zajemanje
- primeru
- wrestling
- Vzrok
- Celice
- Stoletje
- nekatere
- izziv
- spremenite
- Chicago
- jasno
- bolj jasno
- Zapri
- tesno
- Kodiranje
- KOHERENTNO
- sodelavci
- skupaj
- kako
- Skupno
- primerjate
- Primerjava
- tekmujejo
- popolnoma
- kompleksna
- kompleksnost
- zapleten
- povezava
- šteje
- nenehno
- vsebujejo
- stalno
- kontrast
- prispevali
- bi
- ustvarjajo
- Ustvarjanje
- rezanje
- datum
- Razprava
- desetletja
- Defense
- odvisno
- Izpeljano
- opisano
- razvili
- drugačen
- neposredno
- Odkritje
- izrazit
- porazdeljena
- razne
- raznolikost
- DNK
- tem
- domena
- dont
- dramatično
- pripravi
- pogon
- vožnjo
- med
- vsak
- echo
- učinkovitosti
- učinkovite
- Jajca
- element
- elementi
- drugje
- vgrajeni
- pojav
- smirkovim
- omogočena
- neskončnost
- okolje
- okolja
- enako
- opremljena
- ocenjeni
- Tudi
- dogodki
- vse
- dokazi
- evolucija
- razvijajo
- razvil
- razvija
- Primer
- izkušen
- Pojasnite
- razložiti
- Razlaga
- express
- ekstremna
- olajšati
- družine
- družina
- Feature
- Nekaj
- Slika
- Filtri
- končno
- Najdi
- iskanje
- prva
- Ribe
- Osredotočite
- za
- tuji
- Obrazci
- je pokazala,
- razdrobljeno
- frekvenca
- iz
- polno
- funkcija
- funkcionalno
- temeljna
- Gain
- pridobivanje
- zaslužek
- ustvarjajo
- ustvarjajo
- genomika
- GitHub
- Go
- dobro
- diplomiral
- veliko
- Zelen
- skupina
- Skupine
- kriv
- Pol
- strani
- se zgodi
- se je zgodilo
- Trdi
- škodljiva
- harvard
- univerza Harvard
- Imajo
- težka
- pomoč
- nasveti
- zgodovina
- drži
- Horizontalno
- gostitelj
- Gostitelji
- Kako
- Kako
- Vendar
- http
- HTTPS
- velika
- človeškega
- Stotine
- Ideje
- identificirati
- identificirati
- Imunski sistem
- Pomembno
- in
- Vključena
- Poveča
- vplivajo
- priliv
- Podatki
- na začetku
- primer
- Namesto
- zainteresirani
- Zanimivo
- intervenirajo
- vključujejo
- IT
- ITS
- sam
- Ključne
- Otrok
- Vedite
- Vedeti
- znano
- Laboratorij
- Država
- velika
- večja
- Zadnja
- odhodu
- lekcija
- Stopnja
- življenje
- light
- kot
- Verjeten
- literatura
- Long
- več
- Poglej
- si
- Večina
- Znamka
- več
- ogromen
- srednje
- člani
- Messenger
- morda
- milijonov
- milijoni
- mobilnost
- modeli
- molekularno
- več
- Poleg tega
- Najbolj
- premikanje
- premikanje
- več
- Mystery
- naravna
- Narava
- skoraj
- Nimate
- Nevtralna
- Novo
- Naslednja
- november
- številke
- številne
- zgodilo
- of
- ponudba
- Oklahoma
- on
- ONE
- Priložnosti
- Nasprotno
- Da
- Ostalo
- lastne
- Papir
- vzporednice
- zlasti
- Vzorec
- vzorci
- svojevrsten
- odstotkov
- trajna
- pojav
- kos
- kosov
- Rastline
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- Točka
- prebivalstva
- mogoče
- potencial
- predstavljeni
- precej
- v prvi vrsti
- Postopek
- proizvodnjo
- Izdelki
- spodbujanje
- predlagano
- Beljakovine
- Beljakovine
- dokazano
- dokazano
- zagotavljajo
- objavljeno
- puzzle
- Quantamagazine
- vprašanje
- vprašanja
- hitro
- Dirka
- radar
- povečuje
- območje
- hitro
- REDKO
- Preberi
- Razlog
- nedavno
- priznajo
- odseva
- povezane
- ostalo
- Remix
- odstrani
- Odstranjeno
- odstranjevanje
- ponovi
- zastopan
- Raziskave
- raziskovalec
- raziskovalci
- odgovorna
- povzroči
- rezultat
- razkrivajo
- RNA
- Je dejal
- Enako
- Božiček
- Lestvica
- luske
- znanstveno
- Znanstveniki
- MORJE
- segmentih
- izbor
- selektivno
- višji
- Zaporedje
- Serija
- služi
- nastavite
- več
- Delite s prijatelji, znanci, družino in partnerji :-)
- ovce
- shouldnt
- Prikaži
- Podoben
- podobnosti
- Enostavno
- saj
- sam
- spletna stran
- Spletna mesta
- SIX
- nekoliko drugačen
- zdrsa
- majhna
- manj
- So
- nekaj
- vir
- Vesolje
- posebna
- specifična
- po delih
- Razcepi
- širjenje
- Država
- Stealth
- Še vedno
- Zgodba
- močna
- Močno
- študent
- študiral
- Študije
- študija
- Kasneje
- uspeh
- taka
- nenadoma
- sistem
- Bodite
- skupina
- zemeljsko
- da
- O
- informacije
- njihove
- Njih
- sami
- zato
- te
- stvari
- Misli
- tisoče
- skozi
- vsej
- čas
- krat
- Nasvet
- do
- danes
- skupaj
- Ton
- tudi
- Skupaj za plačilo
- POPOLNOMA
- Trace
- prenos
- prenese
- transferji
- ogromno
- Obrnjen
- tipično
- povsod
- pod
- osnovni
- razumeli
- neznan
- univerza
- Univerza v Kaliforniji
- University of Chicago
- uporaba
- različnih
- Popravljeno
- Opozori
- Voda
- način..
- načini
- webp
- Kaj
- ki
- medtem
- WHO
- široka
- Širok spekter
- pogosto
- razširjen
- bo
- z
- delo
- deluje
- bi
- let
- Vi
- zefirnet