Genom

chloroplastowy

Chloroplast – „zielona fabryka”

węglowodanów

1

– błona zewnętrzna;

2

– przestrzeń międzybłonowa;

3

– błona

wewnętrzna;

4

– stroma;

5

– lumen;

6

– błona tylakoidu;

7

– granum;

8

– lamella;

9

– ziarno

skrobii;

10

– rybosom;

11

– genom chloroplastowy;

12

- plastoglobula

Chloroplast – „zielona fabryka”

węglowodanów

Skąd się wzięły chloroplasty?

Endosymbiotyczna

teoria ewolucji

chloroplastów

1970 r

– Lynn Margulis –

The Origin of Eukaryotic

Cells

Skąd się wzięły chloroplasty?

Dowody potwierdzające teorię endosymbiotyczną:

- genom to kolista dwuniciowa cząsteczka DNA
- brak białek histonowych związanych z DNA
- obecność maszynerii do syntezy białek
- rozpoczynanie translacji od formylmetioniny
- blokowanie translacji antybiotykami specyficznymi dla prokariontów
(np. chloramfenikol) i oporność na blokery eukariotycznych rybosomów
- rybosomy 70 S
- geny uorganizowane w operony i kodowane na obu niciach cząsteczki
DNA
- wyraźna homologia sekwencji rRNA pomiędzy plastydami a współczes-
nymi sinicami – Synechococcus lividans
- „rozmnażanie chloroplastów” przez podział amitotyczny, niezależne od
podziału komórki

Genom chloroplastowy

- odkryty w 1959 r w plastydach zielonych glonów Spirogyra –

Stocking

i Gifford
- kolista dwuniciowa cząsteczka DNA o wielkości od 35 (Eimeria

tenella)

do 400 kb (Acetabularia); u roślin wyższych średnio 115 – 165

kb

- liczba kopii w komórce: 1000 – 10 000
- przeciętny genom chloroplastowy zawiera około 110 genów
- kompletne sekwencje genomów plastydowych dostępne są

między

innymi dla tytoniu, kukurydzy, ryżu, sosny, rzodkiewnika
- DNA plastydowe może stanowić do 20% całego DNA komórki

Genom chloroplastowy

U większości roślin wyższych genom chloroplastowy

podzielony

jest na 4 segmenty:

• duży region o sekwencjach unikalnych (LSC)
• mały region o sekwencjach unikalnych (SSC)
• dwa regiony o powtórzonych sekwencjach w odwrotnej

orientacji (IR

A

i IR

B

) rozdzielające LSC i SSC; sekwencje IR

ewoluują najwolniej.

Genom chloroplastowy

Genom chloroplastowy

Wiele genów w genomach plastydowych zorganizowanych jest

w poli-

cistronowe jednostki transkrypcyjne podobnie jak operony

bakteryjne.

Geny

psbB psbT psbH petB petD

psbN

Monocistronowe mRNA

Policistronowe mRNA

Zależność pomiędzy genomem

chloroplastowym a jądrowym

- jest wynikiem transferu części genów chloroplastowych do

jądra

komórkowego
- liczba białek kodowana obecnie przez genom chloroplastowy

jest 10-

krotnie niższa w porównaniu z typowym genomem sinicowym
- badania wykazują, że 18% genów jądrowych kodujących

białka u

Arabidopsis została nabyta od cyjanobakteryjnego przodka w

wyniku

transferu
- prawdopodobny mechanizm transferu:

Zależność pomiędzy genomem

chloroplastowym a jądrowym

RUBISCO – produkt genu jądrowego kontroluje ekspresję genu
plastydowego:

Zależność pomiędzy genomem

chloroplastowym a jądrowym

Sygnały chloroplastowe

regulują

ekspresję genów jądrowych,

np:

- ROS – reaktywne formy

tlenu

Część praktyczna

1 ćwiczenia: Izolacja chloroplastów z siewek słonecznika
2 ćwiczenia: Izolacja DNA z chloroplastów

Izolacja chloroplastów:
1.

Mechaniczna dezintegracja tkanki roślinnej – homogenizacja
w moździerzu – w środowisku odpowiedniego buforu (STE)

2.

Usunięcie grubszych pozostałości tkanek

3.

Usunięcie drobnych szczątków komórek

4.

Oczyszczenie chloroplastów

5.

Zawieszenie chloroplastów w buforze do przechowywania
(ST)