Genom
Genomet , også et levende væsens eller en viruss genmateriale , er helheden af materialebærerne af arvelig information om en celle eller en viruspartikel: kromosomer , deoxyribonukleinsyre (DNA = DNA) eller ribonukleinsyre (RNA = RNA ) i RNA -vira, hvor RNA i stedet for DNA fungerer som en informationsbærer. I abstrakt forstand betyder det også helheden af arvelige oplysninger (gener) om et individ.
Udtrykket genom blev opfundet i 1920 af Hans Winkler, efter at Thomas Hunt Morgan med succes koblede [1] kromosomteorien om arv med Wilhelm Johannsens hypotese om gener som arvelige enheder. Den gren af genetik, der beskæftiger sig med studiet af genomers struktur og interaktionerne mellem gener kaldes genomics ( engelsk kaldet genomics). [2]
Grundlæggende
De oplysninger, der kræves for arv af egenskaber og karakteristika og videregivet på niveau med celler og individer, er indeholdt i DNA, nemlig i sekvensen af DNA -baserne adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin ( T). Ribonukleinsyrer bruger basen uracil (U) i stedet for thymin. Ifølge reglen i den genetiske kode betyder tre på hinanden følgende baser en aminosyre .
Der skelnes mellem kodende og ikke-kodende sektioner af DNA. Ifølge basesekvensen for de kodende sektioner ( gener ) dannes proteiner fra aminosyrer i løbet af genekspression . Men ikke-kodende områder kan også have vigtige funktioner, for eksempel i genregulering . Der findes også såkaldte pseudogener : gener, der er blevet funktionsløse på grund af mutationer og ikke længere læses af organismen.
Ud over det kromosomale DNA i cellekernen (atom -DNA, også kaldet karyoma ), har de fleste organismer andet genetisk materiale i andre dele af cellen. Eukaryoter ( dyr , planter , svampe og protister ) har deres egne små genomer i organeller :
- mitokondrierne ( mitogenomet , også chondrioma ) og delvist i deres efterkommere , hydrogenosomerne ;
- i alger og landplanter næsten altid i chloroplaster og andre plastider ( plastom ).
Prokaryoter ( bakterier og archaea ) indeholder ofte yderligere, relativt korte, selvstændige DNA-molekyler kaldet plasmider .
Organisering af genomer
Eukaryoter
I eukaryoter består atomgenomet (karyoma) af flere til mange strengformede kromosomer. Nuklear DNA er også kendt som nukleært DNA (nDNA). Antallet af kromosomer varierer afhængigt af arten og kan variere mellem to (i hestens rundorm ) og flere hundrede (i nogle bregner ). Derudover ændres antallet af kromosomer, når kernefasen ændres ( meiose og karyogami ). Karakteristisk for eukaryote genomer er en høj andel af ikke -kodende DNA (omkring 95% hos mennesker) og intron -exon -strukturen af generne.
Prokaryoter
I prokaryoter er DNA et langt, selvstændigt molekyle. Desuden kan kortere, selvstændige DNA-molekyler, såkaldte plasmider , være til stede i variable tal. Disse kan replikeres uafhængigt af hoved -DNA'et og videregives til andre prokaryote celler ( konjugering ), selv på tværs af artgrænser. Som regel indeholder de kun få gener, der f.eks. Formidler resistens over for antibiotika .
Prokaryote genomer er generelt meget mindre end eukaryote genomer. De indeholder relativt små mængder ikke-kodende (5–20%) og kun få eller slet ingen introner.
Organeller
Genomerne for mitokondrier / hydrogenosomer og plastider er - hvis de er tilgængelige - organiseret som prokaryote genomer (se endosymbiont -teorien ). 'Mitogenomer' (mere sjældent også 'chondriomer', mtDNA ) og 'plastomes' (cpDNA, mere sjældent ctDNA) indeholder kun en lille del af de gener, der kræves til funktionen af disse organeller, hvorfor disse organeller omtales som "Semi-autonom".
Vira
Virale genomer er meget små, fordi kun få proteiner er kodet i dem, og den genetiske information er også stærkt kondenseret, for eksempel ved at forskellige gener overlapper hinanden eller nogle sektioner kan fungere som gener i begge læseretninger på samme tid. Det virale genom (også kaldet et virom) kan
- består af DNA eller RNA,
- til stede i flere dele usegmenteret (monopartit) eller segmenteret (multipartit: todelt, trepartet, ...),
- segmenterne kan være lineære eller cirkulære,
- og er dobbelt- eller enkeltstrengede (i sidstnævnte tilfælde med forskellig polaritet ); i enkelte tilfælde er der også delvist dobbeltstrengede genom-segmenter.
Et særligt træk de retrovira repræsentere deres RNA-genom ved revers transkription "oversættes" til DNA, og derefter (som med mange DNA-vira) i værtsgenomet integrerer kan være. Hvis dette sker i kimlinjen i værtsorganismen, arves den endogeniserede virus. Egenskaberne ved virusgener er vigtige kriterier i deres klassificering ( virusklassificering ).
Nogle vira og især virofager (vira, der parasiterer andre vira) har mobile genetiske elementer ( transposoner , transpovironer , polintoner ). Generelt omtales deres helhed også som en mobilome. [3]
Viroider
Det genomiske RNA af viroider er mellem 241 og 401 nukleotider kort og indeholder mange komplementære regioner, som udgør dobbeltstrengede sekundære strukturer. Viroider har ingen yderligere skal og er 80 til 100 gange mindre end de mindste vira. De formerer sig inden for levende celler fra højere planter. [4]
Genom størrelser
Mængden af DNA, der er til stede i et genom, kaldes genomstørrelsen. I eukaryoter refererer disse oplysninger normalt til det haploide kromosomsæt, som også er kendt som C -værdien . Enten er antallet af tilstedeværende basepar (bp) eller massen af DNA'et i enheden pg ( picogram ) angivet. 1 pg af dobbeltstrenget DNA består af ca. 0,978 · 10 9 bp, dvs. næsten en milliard basepar. Betegnelserne kilobasepar (kbp eller kb) for 1.000 basepar og mega-basepar (Mbp eller Mb) for en million basepar er også almindelige.
Ifølge nyere undersøgelser har den sydamerikanske lungefisk ( Lepidosiren paradoxa ) det største kendte dyr genom med 80 pg (7,84 × 10 10 bp). [5] Ældre, men sandsynligvis mindre præcise undersøgelser viser endnu større genomer på omkring 133 pg, som også blev fundet i lungefisk , omend i den afrikanske art etiopiske lungefisk ( Protopterus aethiopicus ). [6] Ved 0,04 pg (mindre end 50 millioner basepar) har de cirka 2 mm store, dårligt differentierede Trichoplax adhaerens tilhørende den primitive dyrestamme Placozoa og lever på alger det mindste kendte dyr genom. [6] Antallet af basepar i tarmbakterien Escherichia coli er kun en faktor 10 mindre. Den mindste bakteriel genom kvantificeret til dato er fundet i bladet loppe - den endosymbiont Carsonella ruddii : Dens cirkulært DNA-molekyle indeholder knap 160.000 basepar, hvor alle de oplysninger, den har brug for at leve er gemt. [7]
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 i basepar 2 Antal gener pr. Million basepar |
Fra 2020 er en haploid genom i en menneskelig celle cirka 3,1 milliarder basepar i længden. [10] I et diploid genom og en længde på 0,34 nm pr. Basepar opnås således i hver cellekerne en længde på cirka to meter 2 DNA. [11]
En sammenligning af genomets størrelse med kompleksiteten og organisationsgraden af organismen afslører ikke en klar sammenhæng. [12] For eksempel har tailed padder større genomer end krybdyr , fugle og pattedyr . Lungefisk og bruskfisk har større genomer end ægte benfisk , og genomstørrelsen varierer meget inden for taxa såsom blomstrende planter eller protozoer . Dette er kendt som " paradokset for C-værdi ". Den største mængde DNA findes i simple eukaryoter, såsom nogle amøber og urbregner med omkring en billion basepar. Disse arter indeholder enkelte gener i tusinder af kopier og lange ikke-proteinkodende strækninger.
Sekventerede genomer
DNA'et for genomer fra forskellige organismer, som er relevante enten for medicinsk-farmaceutisk eller applikationsorienteret forskning eller for grundforskning , er blevet næsten fuldstændig "sekventeret" (man taler også forkert om "dekodning"), det vil sige dets basesekvens er blevet bestemt (via DNA -sekventering , i nogle tilfælde efter genomforstærkning ). Basissekvenserne leveres via Internettet af blandt andet NCBI .
- Oversigter
- Hurtigguide til sekventerede genomer (GNN) (oversigtsside, i alfabetisk rækkefølge kan du finde tidligere sekventerede organismer med billeder, kort information, institutionen der er ansvarlig for sekventering og relevant litteratur med links)
- NCBI Resources Genome
- Individuelle genomer
Pangenome
Pangenomen refererer til hele generne i en art, der repræsenterer et reproduktivt samfund. Pangenomen består af to undergrupper: kernegenomet, som omfatter de gener, der findes i hvert medlem af arten, og det variable (tilbehør) genom, som omfatter de gener, der kun er til stede i individuelle medlemmer af arten. [14] Pangenomen blev først beskrevet i bakterier, hvor en horisontal genoverførsel mellem forskellige organismer ofte forekommer. I planter blev pangenomen først påvist efter DNA -sekventering af det komplette genom af forskellige sorter af en art. Andelen af det variable genom varierer mellem 19% i grøntsagskålen ( Brassica oleracea ) og 62% i byggen ( Hordeum vulgare ). [15] Det skal bemærkes, at disse tal er påvirket af antallet af sekvenser, der er sekvenseret. En sammenligning af afgrøder med den tilsvarende vilde form viser, at gener ofte går tabt under domesticering. [16] Da disse gener kan kode for ønskede egenskaber (f.eks. Resistensgener ), er det af interesse at spore disse gener tilbage til nyttige planter (se grøn genteknologi ).
Se også
- Epigenetik
- Prik plot
- Genetisk kode
- Menneskelig genomprojekt
- mitokondrielt DNA (eller Mitogenom chondrome) og hydrogenosomalt DNA i ciliater Nyctotherus ovalis
- Chloroplast DNA
- Molekylærbiologiske databaser
- Proteome
litteratur
- Ernst Peter Fischer : Genomet . Fischer-Taschenbuch-Verlag, Frankfurt am Main 2002, ISBN 3-596-15362-X .
- Ernst-Ludwig Winnacker : Genomet . Muligheder og grænser for genetisk forskning. Eichborn, 2002, ISBN 3-8218-3931-7 .
- Martin Mahner , Michael Kary : Hvad er egentlig genomer, genotyper og fænotyper? Og hvad med fenomer? I: Journal of Theoretical Biology. Bind 186, 1997, s. 55-63. PMID 9176637 doi: 10.1006 / jtbi.1996.0335
Weblinks
Individuelle beviser
- ↑ Werner Sohn: Genom. I: Werner E. Gerabek , Bernhard D. Haage, Gundolf Keil , Wolfgang Wegner (red.): Enzyklopädie Medizingeschichte. de Gruyter, Berlin / New York 2005, ISBN 3-11-015714-4 , s. 475 f.; her: s. 475.
- ↑ National Human Genome Research Institute: Ofte stillede spørgsmål om genetisk og genomisk videnskab . Hentet 9. december 2013.
- ↑ Ed Yong: En parasitparasitter. I: Videnskabsmanden. 15. oktober 2012.
- ^ R. Flores, RA Owens: Viroider. I: Brian WJ Mahy, Marc H. van Regenmortel (red.): Encyclopedia of Virology. 3. Udgave. Bind 5, San Diego 2008, ISBN 978-0-12-373935-3 , s. 332-342.
- ^ AE Vinogradov: Genomstørrelse og kromatinkondensation hos hvirveldyr. I: Kromosom. Bind 113, 2005, s. 362-369.
- ↑ a b TR Gregory: Størrelsesdatabase for dyrs genom. 2005.
- ↑ Petra Jacoby: Spektrum for videnskab . Bind 5, Spectrum of Science Publishing Company, 2007, s. 16 f.
- ↑ BioNumber Details Page - Genomstørrelse af HIV -1 HXB2. på: bionumbers.hms.harvard.edu .
- ↑ Vandloppen og dens rekordstore indre værdier. På: Wissenschaft.de fra 4. februar 2011.
- ↑ a b Menneskelig samling og genannotation. Hentet 2. marts 2021 .
- ^ B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis et al .: Cellens molekylære biologi . 4. udgave. Garland Science, New York 2002, ISBN 0-8493-7161-9 ( online link til det tilsvarende kapitel. ).
- ↑ Se f.eks. Molekylær genetik for eukaryoter (University of Mainz, PDF; 7,9 MB), s.7.
- ^ Daniel Lang, Andreas Zimmer, Stefan Rensing, Ralf Reski: Udforskning af plantens biodiversitet: Physcomitrella -genomet og videre. I: Trends in Plant Science. Bind 13, 2008, s. 542-549. doi: 10.1016 / j.tplants.2008.07.002
- ↑ MA Brockhurst et al: The Ecology and Evolution of Pangenomes. I: Curr Biol. Bind 29, nr. 20, 2019, s. R1094-R1103. doi: 10.1016 / j.cub.2019.08.012
- ↑ GF Richard: eukaryot Pangenomes. I: H. Tettlin, D. Medini (red.): The Pangenome. Springer, Cham 2020. doi: 10.1007 / 978-3-030-38281-0_12
- ^ L. Gao et al.: Tomatpandegenomet afdækker nye gener og en sjælden allel, der regulerer frugtsmag. I: Nat Genet. Bind 51, nr. 6, 2019, s. 1044-1051. doi: 10.1038 / s41588-019-0410-2