19. Porównaj genomy podstawowych organizmów modelowych: bakterii, drożdży, owadów i kręgowców.
Organizm modelowy musi być dobrym obiektem pozwalającym na poznanie i zrozumienie specyficznych procesów zachodzących w organizmie.
Gatunek wybrany na organizm modelowy musi spełniać kilka warunków:
- małe rozmiary (hodowla nie wymaga dużo miejsca)
- nieskomplikowane wymagania pokarmowe ( hodowla łatwa i tania w utrzymaniu)
- duża liczba potomstwa ( wiarygodna analiza statystyczna wzorów dziedziczenia )
- krótki cykl życiowy ( obserwacja wzorów dziedziczenia w kolejnych pokoleniach)
- mały genom, duże chromosomy ( mała ilośc DNA do analizy, łatwiej badać chromosomy w mikroskopie świetlnym)
- złożony rozwój ( analiza złożonych procesów rozwojowych)
- dostępność informacji i technik badawczych ( wiele genetycznych mutantów jest dostępnych do analiz, opracowane są już protokoły badań)
Organizmem modelowym z królestwa Procariota jest Escherichia coli. Hodowla tej bakterii jest bardzo tania, liczba bakterii rośnie bardzo szybko i na niewielkiej powierzchni. E. coli posiada kolisty chromosom a jej genom został już szczegółowo zbadany. Wielkośc genomu najczęściej badanego szczepu jakim jest K-12 wynosi około 4,72 Mpz a liczbę genów szacuje się na 2 tysiące. Badania prowadzone na E.coli pozwoliły na zrozumienie m.in.: mechanizmu replikacji DNA, regulacji transkrypcji, mechanizmy translacji.
Kolejny organizm modelowy to Saccharomyces cerevisiae (Drożdże piekarnicze) to prosty jednokomórkowy organizm eukariotyczny, wykorzystywany do produkcji chleba, piwa i wina. Genom tych organizmów składa się z nieco ponad 13 Mpz, rozmieszczonych w 16 chromosomach, zawiera około 5800 genów. Już w latach 80 ubiegłego wieku skonstruowano mapy fizyczne oraz genetyczne wszystkich chromosomów drożdży a w roku 1997 został zsekwencjonowany całkowicie genom dzięki czemu drożdże były pierwszym organizmem eukariotycznym z całkowicie zsekwencjonowanym genomem. Małe rozmiary genomu tego organizmu ułatwiły badanie takich procesów jak: replikacja DNA oraz rekombinacja i segregacja mejotyczna, które są wspólne dla organizmów eukariotycznych, także dla człowieka.
Drosophila melanogaster popularnie zwana muszką owocową jest modelowym organizmem badań genetycznych od czasów przełomowych prac Tomasza Morgana w latach 20 XX wieku. Taksonomicznie nie należy do prawdziwych much owocowych ponieważ nie rozmnaża się w owocach rosnących na drzewie ale na owocach opadających i gnijących.
Genom drozofili został zsekwencjonowany w 2000 r. liczy przeszło 160 Mpz, czyli mniej więcej tyle ile znajduje się w średniej długości chromosomie człowieka. Liczbe genów szacuje się na 15 000. Muszka owocowa zawiera 4 pary chromosomów, dwie pary dużych autosomów i jedną małych oraz chromosomy płci. Około 25 % każdego chromosomu stanowi heterochromatyna zlokalizowana w telomerach i części centralnej. Takie ułożenie chromatyny było elementem ułatwiającym mapowanie, gdyż zdecydowana większość genów zlokalizowana jest w euchromatynie i tym samym większość markerów genetycznych, konstruowanych dawniej na podstawie znanych sekwencji regionów kodujących, rozrzucona jest aż w 75% genomu. Innymi argumentami przemawiającymi na korzyść D. melanogaster w trakcie wyboru jej na ogranizm modelowy są : istnienie bogatej bazy danych dotyczących sekwencji wielu poznanych genów, licznych mutacji objawiających się fenotypowo i obecność chormosomów politenicznych . Są to chromosomy interfazowe powstające w wyniku endomitozy czyli replikacji DNA bez podziału jądra komórkowego. Są one 100 razy większe od normalnych i występują w gruczołach śliniankowych larw owadów dwuskrzydłych.
Modelowym organizmem dla ssaków jest mysz (Mus). Argumentami przemawiającymi na jej korzyść są: małe rozmiary ciała, łatwość hodowli, krótki okres osiągania zdolności do rozmnażania, duża liczba potomstwa w jednym miocie i znaczne podobieństwo genomu myszy do genomu człowieka. Genom myszy wynosi ok 2900 Mpz i zawiera około 30000 genów, komórki somatyczne mają 40 akrocentrycznych chromosomów Około 75% genów jest identyczna genami ludzkimi. Myszy są modelem do badań ludzkich chorób uwarunkowanych genetycznie np: anemii, nowotworów, cukrzycy, astmy, chorób autoimmunologicznych itd. Otrzymano wiele mysich mutantów. zidentyfikowano ponad 900 mutacji (podobne znaleziono w ludzkich genach) odpowiedzialnych za zmiany fenotypowe. Mysie geny homologiczne do ludzkich, po skolonowaniu i zsekwencjonowaniu, mogą posłużyć do lokalizacji genu na chromosomach człowieka, a w przyszłości mogą pomóc w opracowaniu odpowiednich metod terapii.