Видове и характеристики на транспозициите



на транспозони или преносими елементи са фрагменти от ДНК, които могат да променят своето местоположение в генома. Събитието на преместване се нарича транспониране и може да го направи от една позиция в друга, в рамките на една и съща хромозома или да промени хромозомата. Те присъстват във всички геноми и в значителна степен. Те са широко изследвани при бактерии, в дрожди, в Drosophila и в царевицата.

Тези елементи са разделени на две групи, като се взема предвид механизмът на транспониране на елемента. Следователно, имаме ретротранспозони, които използват RNA междинно съединение (рибонуклеинова киселина), докато втората група използва ДНК междинно съединение. Последната група са транспозоните sensus stricto.

По-нова и подробна класификация използва общата структура на елементите, наличието на подобни мотиви и идентичността и приликите на ДНК и аминокиселини. По този начин се дефинират подкласове, суперсемейства, семейства и подсемейства на преносими елементи.

индекс

  • 1 Историческа перспектива
  • 2 Общи характеристики
    • 2.1 Изобилие
  • 3 Видове транспозони
    • 3.1 Елементи от клас 1
    • 3.2 Елементи от клас 2
  • 4 Как транспонирането влияе на хоста?
    • 4.1 Генетични ефекти
  • 5 Функции на транспонируемите елементи
    • 5.1 Роля в еволюцията на геномите
    • 5.2 Примери
  • 6 Препратки

Историческа перспектива

Благодарение на изследванията, проведени в царевица (Zea maysот Барбара МакКлинток в средата на 40-те години на миналия век е възможно да се промени традиционното схващане, че всеки ген има фиксирано място в определена хромозома и фиксиран в генома.

Тези експерименти показват, че някои елементи имат способността да променят позицията си, от една хромозома към друга.

Първоначално McClintock въвежда термина "контролиращи елементи", тъй като те контролират експресията на гена, където са вмъкнати. След това елементите бяха наречени скокове гени, мобилни гени, мобилни генетични елементи и транспозони.

Дълго време това явление не беше прието от всички биолози и беше лекувано с някакъв скептицизъм. Днес мобилните елементи са напълно приети.

Исторически, транспозоните се считат за сегменти на "егоистична" ДНК. След 80-те години тази перспектива започва да се променя, тъй като е възможно да се идентифицират взаимодействията и въздействието на транспозоните в генома от структурна и функционална гледна точка..

Поради тези причини, въпреки че мобилността на елемента може да бъде вредна в някои случаи, може да е полезно за популации от организми - аналогично на "полезен паразит"..

Общи характеристики

Транспозоните са дискретни фрагменти от ДНК, които имат способността да се движат в рамките на генома (наречен "хомеен" геном), като обикновено създават свои копия по време на процеса на мобилизация. Разбирането на транспозоните, техните характеристики и тяхната роля в генома се е променило през годините.

Някои автори смятат, че "транспонируем елемент" е общ термин, който обозначава серия от гени с различни характеристики. Повечето от тях имат само необходимата последователност за тяхното транспониране.

Въпреки че всички споделят характеристиката да могат да се движат през генома, някои могат да оставят копие от себе си в оригиналния сайт, което води до увеличаване на транспонируемите елементи в генома..

изобилие

Последователността на различни организми (микроорганизми, растения, животни, между другото) показва, че транспонируемите елементи съществуват на практика във всички живи същества.

Транспозоните са изобилни. В геномите на гръбначните животни те заемат от 4 до 60% от целия генетичен материал на организма, а при земноводните и в определена група риби транспозоните са изключително разнообразни. Има екстремни случаи, като царевица, където транспозоните съставляват повече от 80% от генома на тези растения.

При хората преносимите елементи се считат за най-разпространените компоненти в генома, с изобилие от почти 50%. Въпреки забележителното си изобилие, ролята, която играят на генетичното ниво, не е напълно изяснена.

За да направим тази сравнителна цифра, нека вземем под внимание кодиращите ДНК последователности. Те се транскрибират в информационна РНК, която най-накрая се трансформира в протеин. При примати кодиращата ДНК покрива само 2% от генома.

Видове транспозони

Като цяло, транспонируемите елементи се класифицират според начина, по който те се мобилизират от генома. По този начин имаме две категории: елементите от клас 1 и тези от клас 2. \ t.

Елементи от клас 1

Те също така се наричат ​​РНК елементи, тъй като ДНК елементът в генома се транскрибира в копие на РНК. След това, РНК копието се превръща обратно в друга ДНК, която се вмъква в целевия сайт на генома на гостоприемника.

Те са известни също като ретро-елементи, тъй като тяхното движение се дава от обратния поток на генетична информация, от РНК към ДНК.

Броят на този тип елементи в генома е огромен. Например, последователностите алуминий в човешкия геном.

Транспонирането е от репликативен тип, т.е. последователността остава непокътната след явлението.

Елементи от клас 2

Елементите от клас 2 са известни като ДНК елементи. В тази категория идват транспозоните, които се движат сами от едно място на друго, без да е необходимо посредник.

Транспонирането може да бъде от репликативен тип, както в случая с елементите от клас I, или може да бъде консервативно: елементът е разделен в случая, така че броят на транспонируемите елементи не се увеличава. Артикулите, открити от Барбара МакКлинток, принадлежат към клас 2.

Как транспонирането влияе на хоста?

Както споменахме, транспозоните са елементи, които могат да се движат в рамките на една и съща хромозома, или да прескачат към друга. Трябва обаче да се запитаме как фитнес на лицето поради събитието за транспониране. Това зависи основно от региона, в който елементът е транспониран.

По този начин, мобилизацията може да повлияе положително или отрицателно на гостоприемника, или чрез инактивиране на ген, модулиране на генната експресия или предизвикване на нелегитимна рекомбинация.

Ако фитнес на гостоприемника се намалява драстично, този факт ще има ефект върху транспозона, тъй като оцеляването на организма е от решаващо значение за запазването му.

Поради тази причина в хоста и транспозона са идентифицирани някои стратегии, които спомагат за намаляване на негативния ефект от транспонирането, постигане на баланс.

Например, някои транспозони трябва да бъдат включени в области, които не са от съществено значение в генома. По този начин влиянието на серията вероятно е минимално, както в хетерохроматиновите области.

От страна на гостоприемника, стратегиите включват ДНК метилиране, което намалява експресията на транспонируемия елемент. В допълнение, някои намесени РНК могат да допринесат за тази работа.

Генетични ефекти

Транспонирането води до два основни генетични ефекта. Първо, те предизвикват мутации. Например, 10% от всички генетични мутации в мишката са резултат от преместване на ретроелементи, много от които са кодиращи или регулаторни области..

Второ, транспозоните насърчават събития от нелегитимни рекомбинации, което води до преконфигуриране на гени или цели хромозоми, които обикновено носят със себе си делеции на генетичния материал. Смята се, че 0,3% от генетичните нарушения при хора (като наследствени левкемии) са възникнали по този начин.

Смята се, че намаляването на фитнес на приемника поради вредни мутации е основната причина, поради която транспонируемите елементи не са по-изобилни, отколкото те вече са.

Функции на транспонируемите елементи

Първоначално се смяташе, че транспозоните са геноми на паразити, които нямат никаква функция в техните домакини. Днес, благодарение на наличието на геномни данни, повече внимание се обръща на възможните му функции и на ролята на транспозоните в еволюцията на геномите..

Някои предполагаеми регулаторни последователности са получени от транспонируеми елементи и са запазени в няколко линии на гръбначни животни, както и че са отговорни за няколко еволюционни нововъведения..

Роля в еволюцията на геномите

Според последните проучвания транспозоните имат значително въздействие върху архитектурата и еволюцията на геномите на органичните същества.

В малък мащаб транспозоните са способни да медиират промени в групите на свързване, въпреки че те могат да имат и по-значими ефекти, като значителни структурни промени в геномните вариации, като заличавания, дублирания, инверсии, дупликации и транслокации..

Смята се, че транспозоните са били много важни фактори, които са оформили размера на геномите и техния състав в еукариотните организми. В действителност, съществува линейна зависимост между размера на генома и съдържанието на транспонируемите елементи.

Примери

Транспозоните също могат да доведат до адаптивна еволюция. Най-ясните примери за приноса на транспозоните е еволюцията на имунната система и транскрипционната регулация чрез некодиращи елементи в плацентата и в мозъка на мозъка.

В имунната система на гръбначни, всеки от големия брой антитела се произвежда с помощта на ген с три последователности (V, D и J). Тези секвенции са физически разделени в генома, но те се събират по време на имунния отговор чрез механизъм, известен като VDJ рекомбинация.

В края на 90-те години група изследователи откриват, че протеините, отговорни за свързването с VDJ, са кодирани с гените RAG1 и RAG2. Те нямаха интрони и можеха да причинят транспониране на специфични последователности в ДНК мишени.

Липсата на интрони е обща черта на гените, получени чрез ретротранспозиция на информационната РНК. Авторите на това проучване предполагат, че имунната система на гръбначните животни възниква благодарение на транспозоните, които съдържат предка на гените RAG1 и RAG2.

Изчислено е, че в линията на бозайниците са включени около 200 000 вмъквания.

препратки

  1. Ayarpadikannan, S., & Kim, H. S. (2014). Влиянието на преносимите елементи в еволюцията на генома и генетичната нестабилност и техните последствия при различни заболявания. Геномика и информатика, 12(3), 98-104.
  2. Finnegan, D.J. (1989). Еукариотни транспонируеми елементи и еволюция на генома. Тенденции в генетиката, 5, 103-107.
  3. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Въведение в генетичния анализ. Macmillan.
  4. Kidwell, М. G., & Lisch, D. R. (2000). Транспозируеми елементи и еволюция на генома на гостоприемника. Тенденции в екологията и еволюцията, 15(3), 95-99.
  5. Kidwell, М. G., & Lisch, D. R. (2001). Перспектива: транспозируеми елементи, паразитна ДНК и еволюция на генома. еволюция, 55(1), 1-24.
  6. Kim, Y.J., Lee, J., & Han, K. (2012). Транспозируеми елементи: няма повече "нежелана ДНК". Геномика и информатика, 10(4), 226-33.
  7. Muñoz-López, M., & García-Pérez, J.L. (2010). ДНК транспозони: природа и приложения в геномиката. Текуща геномика, 11(2), 115-28.
  8. Sotero-Caio, C.G., Platt, R.N., Suh, A., & Ray, D.A. (2017). Еволюция и многообразие на транспонируемите елементи в гръбначните геноми. Биология и еволюция на генома, 9(1), 161-177.