GENOM

- całość informacji genetycznej danego gatunku

1pz (ang. 1 bp, base pair)

1000 pz = 1 kpz (ang. 1 kb, kilobase)

1mln pz = 1 Mpz (ang. 1 Mb, megabase)

J. Craig Venter
Celera Genomics

Francis Collins
Human Genome Project

http://mercury.bio.uaf.edu/~kevin_mccracken/genetics/lectures/chapter_08-09.ppt#331,28,Slajd 28

haploidalny genom jądrowy
24 chromosomy
3200 Mbp; ~25 000 genów

genom mitochondrialny

16,6 kb; 37 genów

genom człowieka =

genom jądrowy + genom mitochondrialny

Chromosomy, prążki, izochory, geny

izochory

- długie (>300 kb) regiony o podobnej zawartości

par GC; wyróżnia się rodziny izochor L1-2, H1-4

H.sapiens średnia zawartość CG - 41%

chr. 4 & 13 - 38%
chr. 19

- 49%

rozkład izochor
u różnych gatunków

rozkład izochor w prążkach
chromosomowych:

G: trypsynizacja, Giemsa

R: denaturacja cieplna, Giemsa

T: denaturacja cieplna +Giemsa

rozmieszczenie genów

:

izochory H

, zwłaszcza H3, są

bogate

w geny

rozmieszczenie genów:

istnieją chromosomy

bogate

(11, 17,19) i

ubogie

w geny (18)

Wielkość genomów

Prokariota

-

od

0,6 Mb

(niektóre obligatoryjne
wewnątrzkomórkowe
pasożyty) do

10 Mb

(niektóre sinice)

liczba genów 500 - 8 000

Eukariota - duża rozpiętość

wartość C

- całkowita

długość haploidalnego

genomu

paradoks wartości C

brak korelacji pomiędzy

wielkością genomu

a poziomem złożoności

eukariotycznego

gatunku

Ohno S (1970) Evolution by gene duplication. London: George Allen and Unwin. 160 p.

http://www.gmu.edu/departments/mmb/baranova/pages/ppt/LEC5-organizationOfHumanGenome.ppt#279,17,Slajd 17

POWTÓRZENIA!!!

tylko 5-10% typowego genomu
kręgowców jest kodujące,
co najmniej 20% stanowią

sekwencje powtórzone

Nonrepetitive

Repetitive

DNA DNA

100

83

17

70

30

64

36

54 46

30

70

E. coli
(bacterium)

G

e

n

o

m

e

s

iz

e

(

b

p

)

10

10

10

9

10

8

10

7

10

6

10

5

C. elegans

(nematode worm)

D. melanogaster

(fruit fly)

M. musculus

(mouse)

X. laevis

(toad)

N. tabacum

(tobacco)

HUMAN GENOME

Genes and gene-

related sequences

Extragenic

DNA

Nuclear genome

3000 Mb

30-40000 genes?

Mitochondrial genome

16.6 kb

37 genes

Coding

DNA

Noncoding

DNA

Unique or

low copy

number

Moderate to

highly

repetitive

Pseudogenes

Gene

fragments

Introns,

untranslated

sequences, etc.

Tandemly

repeated

or clustered

repeats

Interspersed

repeat s

Unique or moderately repetitive

Two rRNA

genes

22 tRNA

genes

13 polypeptide-

encoding genes

~30%

~70%

~10%

~90%

80%

20%

powtórzenia

tandemowe (satelitarne)

rozproszone (LINE, SINE)

zduplikowane geny i pseudogeny

mini

- i

mikro

satelity umożliwiają

identyfikację ludzi w badaniu
genetycznych odcisków palców
(ang. DNA fingerprinting)

powt.

satelitarne:

centromerowe, heterochromatynowe

wlk. powtórzenia 5-200 pz, ilość powtórzeń >1000

powt.

minisatelitarne (30 000 loci u człowieka)

wlk. powtórzenia 15-50 pz, ilość powtórzeń do 1000

[np. sekwencje telomerowe (TTAGGG)

n

stabilizujące chromosomy

i ulegające skróceniu z każdym cyklem komórkowym]

powt.

mikrosatelitarne

(200 000 loci u człowieka)

wlk. powtórzenia 2-6 pz, ilość powtórzeń 10-100

loci rozproszone, powstające w wyniku poślizgu replika-
cyjnego lub nierównego c-o

powt.

specyficzne dla chromosomu

– malowanie chromosomów

powt. rozproszone -

elem. ruchome, transpozony

stanowią 20-40% genomu, czasem >60%
rozproszone między genami, wewnątrz intronów, UTRów i

sekwencji kodujących

klasa I - retro(trans)pozony - przeniesienie wymaga

transkrypcji + odwrotnej transkrypcji + integracji
tak powstałej kopii

(kopiuj poprzez RNA i cDNA & wklej)

SINEs (short interspersed elements)

rodzina Alu - ~ 300 bp x >10

6

kopii w genomie człowieka

rodzina Alphoid - heterochromatyna centromerowa, 170bp x ~10

3

kopii

LINEs (long interspersed elements)

rodzina LI – 6400 bp x 10

4

kopii

ε

G

γ

A

γ

δ

β

ψβ

2

ψβ

1

Alu

repeats

LINEs

10 kb

elem.

Alu

i

LINE

w regionie

genów

ß-globiny

na chromosomie 11 człowieka

powtórzone elementy rozproszone w lokus genu retinoblastomy

powt. rozproszone -

elem. ruchome, transpozony

stanowią 20-40% genomu, czasem >60%
rozproszone między genami, wewnątrz intronów, UTRów i

sekwencji kodujących

klasa I - retro(trans)pozony - przeniesienie wymaga

transkrypcji + odwrotnej transkrypcji + integracji
tak powstałej kopii

(kopiuj poprzez RNA i cDNA & wklej)

SINEs (short interspersed elements)

rodzina Alu - 200 ~ 300 bp x >10

6

kopii w genomie człowieka

rodzina Alphoid - heterochromatyna centromerowa, 170bp x ~10

3

kopii

LINEs (long interspersed elements)

rodzina LI – 6400 bp x 10

4

kopii

klasa II - transpozony DNA – przeniesienie wymaga

(i) wycięcia z dotychczasowego locus + integracji w nowym miejscu

(wytnij & wklej)

lub (ii) replikacji + integracji kopii w nowym miejscu (kopiuj & wklej)

duplikacje

genów prowadzą do powstawania:

rodzin genów

- rodzin wariantów genów

zróżnicowanych w procesie ewolucji,
rozproszonych lub zgrupowanych
w klastery

pseudogenów

- niefunkcjonalnych kopii genów lub fragmentów genów

powstałych podczas ekspansji rodziny genowej lub retrotranspozycji;
mogą być pozbawione intronów; zawierają insercje, delecje, mutacje
nonsens, zwykle nie są transkrybowane

geny i pseudogeny w klasterze genów HLA klasy I

ortologi

– homologiczne

geny występujące

u różnych gatunków

o dużym stopniu

homologii świadczącym

o wspólnym genowym

pochodzeniu,

rozdzielone na skutek

specjacji

paralogi

- homologiczne

geny w tym samym

genomie, pochodzące

od wspólnego przodka,

rozdzielone w wyniku

duplikacji genu

http://angel.elte.hu/~fij/homepage/okt/gbi/kieg/img/ncbi-homolog-ortholog-paralog.gif

porównanie rodzin paralogicznych genów α- i β-globiny
człowieka sugeruje, że są one strukturalnie różne pod
wieloma względami, różnice mogą wpływać na:
transkrypcję, naprawę DNA, rekombinację i replikację

Higgs 2004 Hematology Am Soc Hematol Educ Program 1: 1-13

Chromosomal distribution of the human histone gene family. Eleven clusters comprising a
total of about 60 histone genes are distributed over seven human chromosomes. The two
clusters on 6p contain the great majority of histone genes. Other clusters contain only one
or two of the histone gene subtypes.

Note

that identical histones can be specified by genes

on different chromosomes.

Strachan & Read 1999 Human molecular genetics 2

John Wiley & Sons, Inc., BIOS Scientific Publishers Ltd