Zmienność genomów a ewolucja
UZUPEA
NIENIE
UZUPEA
NIENIE
Maria Wędzony
2009
Geny wędrują tak\
e pomiędzy
gatunkami
Mówiliśmy wcześniej o autopoliploidalności 
duplikowaniu własnego genomu, co mo\
e
prowadzić do dywergencji genów i ich ewolucji.
Wspomniałam tak\
e o mo\
liwości pozyskania
Wspomniałam tak\
e o mo\
liwości pozyskania
genów od innych gatunków. Taki mechanizm jest
dobrze opisany u roślin, gdzie allopoliploidalność
 synteza w jednym genomie dwóch zespołów
chromosomów ró\
nych gatunków, ale najczęściej
spokrewnionych jest zjawiskiem stosunkowo
częstym.
Allopoliploidalność  ewolucja pszenicy
Pszenica uprawna jest allo-heksa-ploidem.
Allo- oznacza, \
e genomy składowe pochodzą od
ró\
nych rodziców.
Hexa  oznacza, \
e genom pszenicy jest 6 razy
większy ni\
genom haploidalny podstawowy dla tej
grupy systematycznej.
Trwa dyskusja nad rodowodem pszenicy. Na
schemacie jedna z wersji: Triticum dicoccum
(n=x=7 genom A) i dzika pszenica Aegilops
squarrosa (Triticum squarrosa) (n=x=7 genom B)
były rodzicami pszenicy tetraploidalnej podobnej
do Triticum turgidum (n=2x=14, genom AB).
Następny krok to krzy\
owanie z dziką pszenicą
Triticum tauschii (n=x=7, genom D). Pszenica
uprawna ma genom n=3x=21 i jej genom
oznaczamy symbolem ABD.
Allopoliploidalność  ewolucja pszenicy
Tetraploidalne Pszenica
Haploidalni
pszenice  niektóre do heksaploidalna
przodkowie
dziś uprawiane
Haploidalny
przodek
n=7 n=7 n=14 n=7 n=21
A B AB D ABD
Allopoliploidalność  ewolucja pszenicy
n=7
n=7
n=14
A
AB
Kłosy dzikiej pszenicy haploidalnej (z lewej) i pszenice tetraploidalne (dwa
zdjęcia z prawej), forma dzika i formy uprawne.
Niektóre pszenice tetraploidalne są uprawiane: mają du\
o białka w ziarnie.
Pszenica twarda (T. durum i T. turgidum) dobre na makarony, i pszenica
 orkisz dodawana do chleba dla wartości od\
ywczych.
Allopoliploidalność  pszenica hexaploidalna
n=21
ABD
Jeszcze w XIX wieku pszenica przypominała
\
yto: miała niekiedy ości i była długosłoma.
Współczesna pszenica jest najczęściej bezostna
i preferowane są odmiany o krótszych łodygach.
Allopoliploidalność  pszen\
yto, dzieło człowieka
Pszenica śyto
Triticum aestivum Secale cereale
AABBDD RR
Genom D pszenicy ulega
spontanicznej eliminacji w
Pszen\
yto
trakcie hodowli. Niekiedy
xTriticale
jego fragmenty obecne są
AABBRR
jako translokacje.
Allopoliploidalność  pszen\
yto
Pszen\
yto  zbo\
e otrzymane przez człowieka z
krzy\
owania pomiędzy pszenicami tetra- i
heksaploidalnymi i \
ytem.
A
ączy wiele zalet rodziców:
" Plenność i jakość ziarna od pszenicy
" Odporność na złe warunki środowiska od \
yta
" Ogromne mo\
liwości udoskonalania odmian
poprzez krzy\
owania zarówno z pszenicami jak i
z \
ytami.
Podejmuje się próby otrzymywania innych
Pszen\
yto mieszańców: owsa i kukurydzy, drzew
cytrusowych, śliwki z brzoskwinią (nektarynka)
xTriticale
itp. Techniki in vitro dają du\
e mo\
liwości.
AABBRR
Poliploidyzacja =>dywergencja genów => wtórna
diploidyzacja
Analizując genom modelowej rośliny
Arabidopsis thaliana stwierdzamy, \
e ma
po dwa prawie identyczne komplety
wa\
niejszych grup genów porozrzucane
po genomie. Prawdopodobnie w swojej
ewolucji przeszła etap poliploidyzacji,
ewolucji przeszła etap poliploidyzacji,
następnie geny zró\
nicowały się i
zmieniły swoje lokalizacje (translokacje,
delecje, inwersje) oraz mutowały.
Ostatecznie genom zachowuje się jak
genom diploidalny i do niedawna
Arabidopsis uwa\
ano za modelową
roślinę diploidalną.
Tak mały genom, a jednak poliploidyzacja!
Arabidopsis thaliana, modelowa roślina z rodziny
kapustnych (Brassicaceae) (dawniej krzy\
owe,
Cruciferae)
Cechy szczególne:
" Mały genom, 4 pary chromosomów
" Krótki cykl wegetacyjny: od kiełkowania do
wydania nasion mija ok. 6 tygodni.
wydania nasion mija ok. 6 tygodni.
Pierwsza roślina, której genom został
zsekwencjonowany  to znaczy poznano kolejność
zasad w całym genomie. Znana jest funkcja
zaledwie 10% tych sekwencji. Trwają intensywne
prace zmierzające do poznania funkcji pozostałych
partii genomu. Badania prowadzi się z pomocą
mutantów, oraz badając białka pojawiające się w
ró\
nych organach i w ró\
nych stadiach
rozwojowych (proteomika).
Geny wędrują tak\
e dzięki wirusom
Wirusy mają ró\
ne
formy i infekują
wszystkie rodzaje
Na schemacie porównanie
komórek zarówno u
wielkości lepiej poznanych
Procaryota jak i
wirusów z bakterią
Eucaryota. Escherichia coli.
Geny wędrują tak\
e dzięki wirusom
Protochlorococcus nie potrafi
bezpośrednio wymieniać
plazmidów między sobą.
Udowodniono, \
e bakterie
\
yjące w oceanie i ich fagi
tworzą jedną pulę genową.
tworzą jedną pulę genową.
Morska bakteria
planktonowa:
Protochlorococcus
Geny wędrują tak\
e dzięki wirusom
Cykl \
yciowy retrowirusa:
1. Infekcja.
3
2. Odwrotna transkryptaza
2
produkuje DNA.
3. DNA jest wbudowywane
do genomu gospodarza.
1
1
4
4
4. Gospodarz produkuje
komponenty wirusa i je ze
sobą składa.
5. Nowe wirusy uwalniane są
z komórki.
A gdyby tak nowy wirus
zabierał ze sobą tak\
e
5
fragment genomu
gospodarza?
Terapia genowa
Nie ma na razie dowodów na to,
\
e geny wędrowały pomiędzy
gatunkami i rodzajami
organizmów wy\
szych za
pośrednictwem wirusów, ale
taka teoretyczna mo\
liwość
Produkowane
DNA kodujące
istnieje. Potwierdza ją udana
jest nowe białko
po\
ądany gen
terapia genowa
przeprowadzona przez
człowieka za pomocą wirusa.
człowieka za pomocą wirusa.
Gen dodawany jest
do genów wirusa
Doprowadza
się do infekcji