Genom

Alexandr Sember

Definice:

Původní: úplný soubor veškeré genetické informace organismu

Novější, přesnější: celková sekvence NK (DNA/RNA), která má informační hodnotu a je charakteristická pro daný organismus

Genom

Struktura genomu obecně:Lineární/kružnicová DNASegmentovaná/nesegmentovanáDNA/RNAss (single-stranded)/ds (double-stranded)

Struktura genomuStruktura genomu konkrétně:

Prokaryota: obvykle 1 kružnicová (nebo lineární) molekula (nukleoid) volně v cytoplazmě + plazmidy (kružnicové nebo lineární)

Eukaryota: genom segmentovaný na jednotlivé chromozomy, jádro odděleno od cytoplazmy + v cytoplazmě mitochondriální DNA (kružnicová) + někdy chloroplastová DNA (lineární!!) + někdy plazmidy (př. u kvasinek)

Archae: cirkulární dsDNA rozdělené u řady zástupců do více molekul, chybí jaderná membrána

Struktura genomu virůSegmentovaný x nesegmentovaný; DNA x RNA; lineární x kružnicový

+ ssRNA viry (hepatitida A, dětská obrna, klíšťová encenfalitida, SARS, zarděnky…)- ssRNA viry (chřipka, spalničky, příušnice, vzteklina…)dsRNA viry (Reoviridae)…případně viroidy, virusoidy (nejsou viry)Retroviry (ssRNA do dsDNA, reverzní transkripce; př. HIV) + DNA retroviry (př. hepadnaviry – př. hepatitida B)ssDNA viry (parvoviry – onemocnění zvířat, př. psů a koček, někteří bakteriofágové – M13, ΦX170)

dsDNA viry (papillomaviry – bradavice; většina bakteriofágů; adenoviry – onemocnění dýchacích cest; herpesviry – plané neštovice, pásový opar)

Virus vztekliny

Počet genů:3 – nejmenší RNA viry (bakteriofág MS2)9-11 – nejmenší DNA viry (ΦX174)cca 150 – největší DNA viry (bakteriofág T2)

PB2

PB1

PA

HA

NP

NA

M

NS

Influenza (Orthomyxoviridae) – virus chřipky – minus ssRNA, 8 segmentů, 8 genů, 10 proteinů

HIV (Human Immunodeficiency Virus, Lentiviridae) – retrovirus, 2 plus ssRNA, 9 genů (nejen gag, pol, env), 15 proteinů

RNA viry rychle mutují!!! – RNA polymeráza nemá korekční aktivitu

Struktura genomu prokaryotNukleoid svinutý do 30-100 smyček okolo středu; RNA drží smyčky u sebe, proteiny drží nadšroubovicové závity, neutralizace náboje DNA: H1, Hu proteiny, kationty, polyaminy…

E. coli: DNA 1,5 mm, průměr buňky 1 um

Plazmidy – obvykle neesenciální geny, rezistence na ATB, pro konjugaci (F plazmid), syntéza toxinů zabíjejících bakterie (Col plazmidy), patogenita (Ti plazmid u Argobacterium tumefaciens, transgenoze).Borrelia burgdorferi (hlavní lineární genom + 17 lineárních nebo cirkulárních plazmidů, nesou i esenciální geny) X Treponema pallidum (příbuzný druh, ne)Vibrio cholerae – 2 cirkulární chromozomy; A. tumefaciens – 3 cirk. + 1 lineární

Genom do 5 Mbp, 2500 – 3500 genů, málo nekódujících sekvencí

Struktura genomu eukaryot

Člověk: DNA dlouhá 2 metry (3 x 109 bp x 2 pro diploidní genom x 0,34 nm vzdálenost mezi bp) se musí vejít do buňky velké 10-15 um – nutnost mnohonásobné spiralizace; 2n = 46 chromozomů; záporný náboj DNA odstíněn histony (bazické proteiny); řada dalších komponent chromatinu…

Genom lineární, segmentovaný na chromozomy Myrmecia pilosula (♀2n=2/♂1n)

Ophioglossum reticulatum (2n=96x=1440)

Nejméně chromozomů

Nejvíce chromoz.

Srovnání prokaryota/eukaryotaProkaryota: -Malé, kompaktní genomy, téměř samé geny

-Vyjímečně mají introny v genech (v rRNA, tRNA genech, př. 23S rRNA u Salmonella typhimurium)

-Nukleoid neoddělen od cytoplazmy membránou – translace přímo navazuje na transkripci-1 replikační počátek/genom-Haploidní genom

Eukaryota: -Větší genomy, nižší hustota genů (klastry genů a genové pouště)-Velké procento genu tvoří introny (kombinace exonů, rekombinace, snížení rizika mutací)-Rozsáhlé intergenové oblasti (unikátní/repetice), větší počet regulačních sekvencí-Jaderná membrána, posttranskripční úpravy pre-mRNA (hnRNA) a teprve poté přesun do cytosolu-Více replikačních počátků/genom-Diploidní/polyploidní genom

Genová denzita - srovnání

Velikost genomůVelikost vybraných haploidních genomů

OrganismusVelikost

(bp)Rok

přečteníPrvní osekvenovaný

genom…

       

bakteriofág MS2 3 569 1975 ssRNA viru

bakteriofág ΦX-174 5 386 1977 ssDNA viru

bakterie Haemophilus inluenzae 1,83 .106 1995 prokaryotického org.

kvasinka Saccharomyces cerevisiae 12,1 .106 1997 eukyraotického org.

hlístice Caenorhabditis elegans 98 .106 1999 vícebuněčného org.

rostlina Arabidopsis thaliana 157 .106 2000 rostliny

člověk Homo sapiens sapiens 3,2 .109 2004 savce

měňavka Amoeba dubia 67 .1010  největší známý genom

(dosud nepřečtený)

Paradox C hodnotyC-hodnota = obsah DNA v haploidním genomu (bp, pg)

Paradox C-hodnoty = neexistuje jednoduchý přímý vztah mezi velikostí genomu a biologickou(genetickou) komplexitou organizmu

Totéž platí i pro G-hodnotu (počet genů)

Nejmenší genom: Mycoplasma genitalium 500kb

Největší genomy: např. mloci, nebo liliovité rostliny (velikost zhruba 100x lidský genom)

Osekvenované genomy

Rostliny: rýže (Oryza sativa, 2002), huseníček rolní (Arabidopsis thaliana, 2000), kukuřice setá (Zea mays), topol chlupatoplodý (Populus trichocarpa, 2006), mech Physcomitrella patens (2008), vinná réva (Vitis vinifera, 2007) , papája (Carica papaya, 2008), čirok (Sorghum bicolor, 2009)

Prokaryota: E.coli

Viry: SARS

Hmyz: D. melanogaster (2000), komár Anopheles, včela medonosná (2004), bourec morušový (91% v 2004)

Savci: myš (2002), prase (2005), šimpanz (2005), pes (boxer)

Ryby: zebřička (Danio rerio), čtverzubec fugu (Takifugu rubripes, 2002), čtverzubec černozelený (Tetraodon nigroviridis, 2004)

Obojživelnící: drápatka Xenopus tropicalis

Ptáci: kur bankivský (Gallus gallus, 2004)

Další příklady osekvenovaných genomů:

Osekvenované genomy

Sekvenování= Stanovení sekvence nukleotidů v molekulách NK

Dideoxy – metoda terminace řetězce (Sanger a Barell, 1977)Metoda chemického štěpení (Maxam a Gilbert, 1977)Next generation sequencing: 454 pyrosekvenování, SOLiD, Solexa, Helicos, Ion-Torrent…  Sekvenování dvou

lidských genomů (automatické sekvenátory) celková cena 300 milionů dolarů, každý chromozom se sekvenoval několik týdnů x pyrosekvenovaný genom J. Watsona byl celý hotový za 2-3 týdny, celková cena 100 tisíc dolarů

SekvenováníDideoxy – metoda terminace řetězce (Sanger a Barell, 1977) 

+

-

SekvenováníDideoxy – metoda terminace řetězce - současnost 

Automatické sekvenátory 

Lidský genomLidský jaderný genom (projekt HUGO = Human Genome Organization, založen 1990)Publikace 2001, zpřesnění 2004, 2006, shotgun metoda

25,2 % geny (1,2% exony, 24% introny); 22 287 genů kódujících proteiny

(odhad z roku 2004; dnes okolo 21 000 genů)

21-22% mezigenová DNA (heterochromatin, regulační sekvence, pseudogeny, genové fragmenty)

50% genomu jsou repetitivní sekvence (tandemové x disperzní; vysoce x středně repetitivní)

Tandemové: centromery – satelitní DNA, telomery, mikrosatelity, minisatelity, rDNA klastry…)Disperzní: většina transponovatelných elementů - 45% genomu!!!!! Mezinárodní

Konsorcium, 2001

Celera Genomics (Venter), 2001

Lidský genomLidský mitochondriální genom16,6 kbp, 37 genů22 genů pro rRNA, 2 pro tRNA, 13 pro proteiny dýchacího řetězce (ty jsou syntetizovány na mitochondriálních ribozomech, zbytek je kódován v jádře, syntetizován na ribozomech v cytosolu a pak exportován do mitochondrií)- Původ mitochnondrií z α – proteobakterií (Ricketsia) - endosymbióza 

Lidský genom Dnes podle ENSEMBL: http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Info/StatsTable?db=core

Databáze sekvencí DNA1)GenBank (USA)– dnes provozována Národním centrem pro biotechnologické informace (NCBI = National Center for Biotechnology Information), která je součástí Národní lékařské knihovny (NLM = National Library of Medicine); www.ncbi.nih.gov 2)EMBL (European Molecular Biology Laboratory)3)DDBJ (DNA DataBank of Japan)

Dnes propojeny dohromady všechny; v databázích se dají hledat sekvence podobné zadaným sekvencím (BLAST = Basic Local Alignment Search Tool)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genomes/

Genomika= Studium celých genomů (včetně vývoje metod potřebných pro toto studium)

Oblasti genomiky1) strukturní: studium struktury genomu; konstrukce genomových sekvencí, identifikace a lokalizace genů, tvorba map (sekvenování…)

2) srovnávací: studium evoluce genomu; srovnávání genových sekvencí mezi různými genomy (shody a rozdíly, syntenní mapy) → stanovení evolučních vztahů mezi organismy, studium evoluce chromozómů, identifikace genů, regulačních sekvencí, určení funkce genových produktů, lokalizace genů

3) funkční: studium biologické funkce genů, jejich produktů, a jejich regulace; analýza transkriptomu a proteomu; z toho pak vznik transkriptomiky (microarrays, chromatinová immunoprecipitace, real-time PCR, PCR s reverzní transkripcí, RACE, SAGE…) a proteomiky (hmotnostní spektrometrie, krystalografie, dvouhybridová analýza, lokalizace proteinů pomocí GFP apod..)

Třídění sekvencí v genomuUnikátní (jedinečné) sekvence: 1-10 kopií/haploidní genom (geny, regulační oblasti, pseudogeny)

Repetitivní sekvence: >10 kopií/ haploidní genomrozlišení na základě kinetiky DNA renaturace v 60. let. 20. st. – R. Britten, D. Kohne

Repetitivní sekvenceVysoce repetitivní sekvence – více než 100 tisíc kopií / nSatelitní DNA (samostatný pruh při hustotní centrifugaci v gradientu CsCl), obvykle se nacházejí v tandemu (za sebou)

Repetitivní sekvenceVysoce repetitivní sekvence – Satelitní DNA

α - Satelitní DNA – shluky na 1/několika málo místech genomu (alfa-satelit v lidských centromerách – 171 nt motiv)

Minisatelitní DNA = VNTR (variable number of tandem repeats), 10-100bp motiv, několik desítek – stovek kopií za sebou; hodně v subtelomerických oblastech; patří sem i telomery

Mikrosatelitní DNA= STR (short tandem repeats), 2-10bp motiv, několik tisíc kopií v tandemu za sebou, nejčastěji dinukleotidové (př. CACACACACACACA…) – ještě více polymorfní než VNTR (slippage DNA polymerázy nebo nerovnoměrný crossing over – vznik nových alel); vyjímečně i v genech – př. (CAG)n u Huntingtonovy chorey, expanze tri-nukleotid. repetic

Využití repetitivních sekvencí ve forenzní genetice a v molekulární taxonomii (mikrosatelity, RAPD, RFLP).

* Mikrosatelity a minisatelity někdy brány jako středně repetitivní

Forenzní genetika- Usvědčení pachatele trestného činu- Identifikace mrtvých osob - Příbuzenské vztahy (paternita)- Paleogenetika

STR profil-16 STR lokusů (nekódující oblasti DNA)-Polymorfní-Každý člověk má individuální sestavu různých alel STR-Již 10 lokusů by stačilo na odhalení 1 osoby z populace 10 miliard lidí

STR – vznik nových alel1) Nerovnoměrný crossing - over 2) Sklouznutí (slippage) DNA

polymerázy během replikace

Slippage: může být dopředu/dozadu; vytvoří se vlásenka - vyboulí se staré/nové vlákno DNA; nejdříve dojde k disociaci nového řetězce od templátu, při zpětné reasociaci nastává problém…

Repetitivní sekvenceStředně repetitivní sekvence: 10 - 100 tisíc kopií / n-Obvykle disperzní (rozptýlené) repetice

1)většina transponovatelných elementů (TEs) - disperzní

2)Multikopiové genové rodiny = geny pro ribozomální proteiny, aktin a myosin, histony, rRNA geny – jsou potřebné ve velkém množství – tandemové uspořádání

Erythrinus erythrinus (Bertolo et al. 2010)

Transponovatelné elementyTEs = úseky DNA, které se mohou přemisťovat (přeskakovat) z jedné pozice hostitelského genomu do jiné (transpozice)

Dle způsobu transpozice:Class I = RetrotranspozonyClass II = DNA transpozony

Unikátní sekvenceGeny, regulační sekvence, pseudogeny, nefunkční mutované geny, fragmenty, endogenní retroviry, počátky replikace …

GEN = organizovaný úsek nukleové kyseliny projevující se a přenášející se jako základní jednotka dědičné (genetické) informace. Strukturní gen - kóduje polypeptid

Gen kódující funkční RNA - kóduje tRNA, rRNA a řadu dalších RNA Gen jako regulační nebo strukturní oblast - promotory, enhancery, centromery, telomery ... Gen jako dědičná variabilní oblast nukleové kyseliny - satelitní polymorfní DNA (alely STR)...

Přesná definice genu neexistuje…

Vývoj pojetí genu1) J.G. Mendel (1866): gen je „jednotkový faktor“, který řídí specifický fenotypový znak jako např. barva květů hrachu (znovuobjevení roku 1900)

2) Zákon o čistotě a náhodné segregaci alel do gametU heterozygota se dvě alely v průběhu tvorby gamet od sebe oddělují, segregují se (meióza); nestejnorodost F2 generace s fenotypovým štěpným poměrem 3:1; znovuobjevení recesivního fenotypu 

3) Zákon o volné kombinovatelnosti alel Vlohy pro jednotlivé znaky jsou na sobě nezávislé

Mendelovy zákony:1) Zákon o uniformitě hybridů F1 generace po křížení homozygotních rodičů a identitě reciprokých kříženíKřížíme-li dominantního homozygota s homozygotem recesívním, jsou jejich potomci F1 generace v sledovaném znaku všichni stejní. Nezáleží, zda je vloha zděděna od otce či od matky. 

Vývoj pojetí genuCo Mendel nevěděl:

neúplná dominancemnohotný alelismusintergenové interakceletalita (neživotaschopnost některých zygot)znaky vázané na pohlavní chromozomymimojaderná dědičnost (mitochondrie – matroklinita); (u pohlavních chromozomů a mimojaderné dědičnosti neplatí identita reciprokých křížení)genová vazba (neplatí zákon o volné kombinovatelnosti alel)dědičnost kvantitativních znakůmeiotický tah a genová konverze (porušují zákon o segregaci alel)epigenetická dědičnost, genomický imprintinghorizontální přenos (alela není ani u jednoho z rodičů)

Vývoj pojetí genu2) A. Garrod (1909): 1 mutantní gen = 1 metabolický blok -monogenní choroby u člověka (alkaptonurie, albinismus)-některé lidské choroby jsou způsobené „vrozenými chybami metabolismu“ jako výsledek ztráty určitého enzymu

3) Thomas Hunt Morgan (1915)- Polytenní chromozomy Drosophilla melanogaster (2n=8)- geny jsou striktně lineárně uspořádány za sebou-geny jsou lokalizovány na chromozomech -geny, které jsou spolu na jednom chromozomu, nesegregují nezávisle na sobě (genová vazba)

Vývoj pojetí genu4) G.L. Beadle, E.L. Tatum (1940): 1 gen = 1 enzym -Auxotrofní mutanty plísně Neurospora crassa (RTG nebo UV)-každá enzymově katalyzovaná chemická reakce je v organismu řízena jedním genem

5) L. Pauling, J.V. Neel, J.A. Beet (1949): 1 gen = 1 protein- studium srpkovité anémie, hemoglobiny se liší svými chemickými vlastnostmi (HbA, HbS); geny tedy nedeterminují jen enzymy

6) V. M. Ingram (1954-1957) 1 gen – 1 polypeptid- prokázal, že změna HbS je v globinu a ne v hemu - Proteinové komplexy z více podjednotek; enzymy složené z více polypeptidů kódovaných různými geny

Další vývoj představ o koncepci genu:7) geny někdy kódují pouze RNA (tRNA, rRNA); 1 gen = 1 transkript

8) eukaryotické geny jsou přerušované introny + mají regulační sekvence (enhancery, silencery)

9) alternativní sestřih jeden gen může kódovat více polypeptidů (proteinové izoformy), jiná kombinace exonů/intronů nebo jejich částí

Vývoj pojetí genu

- součet AMK z proteinů fága je 2300, ale dle genetického kódu 5386/3 má fág kapacitu jen na 1795 AMK! – jak to může kódovat? - Po sekvenování genomu odhaleno:

10) Genové segmenty u V(D)J rekombinace protilátek – variabilita protilátek, stavebnice segmentů

11) Geny uvnitř genů, překrývající se geny (viry) - genom fága ΦX174 (ssDNA, 5386nt; Φ = fí) kóduje 11 proteinů, které se ale nevejdou svou informací do celkové DNA viru

Překrývající se geny - odlišné čtecí rámce téže molekuly DNA kódují různé proteiny, výjimka z nepřekryvnosti genetického kódu (možnost programovaného frameshiftu)

Uspořádání genů v genomuProkaryota• Operony – geny jedné biosyntetické dráhy regulovány z jedné cis-regulační oblasti (operátoru) sousedící s promotorem; geny se přepisují dohromady (polycistronní transkript); pořadí genů = posloupnost biosyntetické dráhy

Jacob a Monod – operonová teorie (1961) – laktózový (Lac) operon

Tryptofanový(Trp) operon

Uspořádání genů v genomuEukaryota• Každý gen má svoji vlastní regulační oblast – více možností regulace; monocistronní transkripty (ale C. elegans – 25% genomu dicistronní)

Promotor: sekvence DNA, která určuje polohu transkripčního startu a směr transkripce, před genem; místo nasednutí RNA polymerázy

Terminace transkripce: polyadenylační signál (u mRNA)

Uspořádání genů možná není zcela náhodné - shluky genů s podobnými expresními profily

HOX geny• specifický případ uspořádaného klastru genů eukaryot-Transkripční faktory, které řídí základní rozvržení těla během vývoje živočišných embryí podél ocaso-hlavní osy-regulovaný vznik struktur těla ve správném čase na správném místě-Každý obsahuje homeobox (homeodoména – vazba na DNA)-v roce 1923 Bridges a Morgan popsali mutaci bithorax u drozofily

Mutace v genu Antennapedia – nohy místo tykadel; nesprávná exprese genu Antennapedia v hlavičce

Normální moucha Mutace v genu bithorax – nadbytečný pár křídel místo končetin zvaných haltery (kyvadélka)

HOX geny

Prostorové uspořádání HOX genů odpovídá tomu, v jakém pořadí budou exprimovány. Většina z nich je exprimovaná vysoce jen v některém stádiu (tmavší barva), později už tolik ne, jindy vůbec. U obratlovců jsou 4 HOX komplexy, každý na jiném chromozomu, ale když se přenesou do mouchy, tak částečně nahradí její HOX komplex. 4 HOX komplexy zřejmě vznikly duplikací hmyzích dvou klastrů.

Typy genůEsenciální geny – nutné pro život (u člověka 5% genů, u E.coli 50%)

Housekeeping geny (udržovací geny) - patří mezi esenciální geny, exprimují se v každé buňce bez rozdílu- Kódují proteiny pro běžný provoz buňky - geny pro tRNA, rRNA, ribozomální proteiny, histony, polymerázy, některé enzymy aj.

Tkáňově-specifické geny-Exprese jen ve specifických tkáních, v jiných buňkách umlčeny

Průměrně velký lidský gen 27000 bp, ale pouze 1300 bp skutečně kóduje průměrně velký protein (430 aminokyselin u člověka)

RekordyNejmenší genyMicrocin C7 -bakteriální antibiotikum microcin C7-oligopeptid sestávající ze 7 AK -nesen plazmidem E. coli, má 27 nt a je přepisován spolu s dalším microcinovým genem, má samostatné vazebné místo na ribozóm umístěné před kodonem pro fMet  Největší genDystrofin-2.5 Mb dlouhý (0.1% genomu), 14kb mRNA -79 exonů-78 intronů (99,4% délky genu)-sestřihnutá mRNA = 14 000 nt-8 promotorů-exprese ve svalech a mozku-poloha Xp21-delece: Duchenneova muskulární dystrofie (1:3500 u mužů) nebo Beckerova MD (slabší příznaky, př. delece bez posunu čtecího rámce)

Lidský genomOdhady počtu protein kódujících genů u člověka 1997: ~100 0002000: ~ 60 0002001: 30 000 - 40 0002004: 20 000 - 25 000, tj. ~ 1,2% genomu (když bereme v úvahu jenom exony)

Resume: původní odhady zkresleny, nepočítalo se s alternativním sestřihem, alternativními promotory, alternativními poly-A signály atd.. 

Počty protein kódujících genů u jiných organismů myš 23 000Drosophila 14 000C. elegans 20 000Arabidopsis 25 000

Resume: Člověk zhruba stejný počet genů jako C. elegans, alevyšší počet alternativních transkriptů a post-translačních modifikací - vzniká až 5 x více různých proteinů u člověka  

Lidský genom

Šokující zjištění!!Zatímco, protein kódující geny tvoří u člověka jen asi 1,2% jaderného genomu, transkribováno je až 90% lidského genomu!

- rRNA, tRNA, snRNA, snoRNA, miRNA, siRNA, piRNA- Alternativní transkripty- Antisense transkripty(>50% kódujících genů má antisense transkript)• Dlouhé nekódující RNA (např. Xist).• Transkribované pseudogeny

PseudogenyPseudogeny = nefunkční kopie genů. Sekvenční homologie se známými geny (ale rychle mutují). Mohou být transkribovány, mohou mít regulační fci? (antisense orientace – siRNA)

Neupravené pseudogeny: vznik duplikacemi a následnými mutacemi genů, nebo reverzní transkripcí pre-mRNA a inzercí DNA kopie pre-mRNA do genomu (reverzní transkriptáza retrotranspozonů nebo retrovirů),také jako činnost Helitronů

Upravené pseudogeny: vznik reverzní transkripcí mRNA bez intronů +inzerce cDNA do genomu, chybí regulační sekvence v DNA

Vyřazené pseudogeny: vznik mutacemi v genech; předčasné stop kodony v mRNA apod.

Pro započetí reverzní transkripce stačí poly-A –konec a ten má téměř jakákoliv mRNA

Evoluce genů1) Evoluce genovou duplikací (Ohno, 1970)Duplikace části genu, celého genu (genová rodina), klastru genů, celého genomu  (polyploidizace)- Po duplikaci genu si 1 kopie zachová původní funkci, druhá získá novou funkci (neofununkcionalizace) nebo (většinou) se stane pseudogenem

2) Exon shuffling – kombinace exonů, chimérické geny, činnost transponovatelných elementů (př. Helitrony3) Horizontální přenos  - př. u bakterií přenos genů rezistence na ATB pomocí plazmidů), přenos genů z endosymbiotické bakterie Wolbachia na hostitelské druhy hmyzu; gen syncitin u člověka (z genu env endogenního retroviru; úloha při formaci placenty); využití Ti plazmidu (tumor-inducing) z A. tumefaciens – schopnost včlenění do genomu rostliny (T-DNA) - transgenoze, Bt-kukuřice (protein z Bacillus thuringiensis – odolnost vůči škůdci)

4) Vnitrobuněčný přenos – z plastidů, mitochondrií

Homology genůHomolog (z řec. homos = stejný) - dá ještě dále třídit na:ortholog - homologické geny u různých druhů mající společného předka a většinou plní podobné funkce - odraz evoluce; př. hemoglobin člověka a krávy

paralog - homolog odvozený genovou duplikací a následnou diverzifikací v rámci jednoho druhu; často mají odlišnou funkci – př. myoglobin, -hemoglobin, -hemoglobin u člověka

xenolog - homolog získaný horizontálním přenosem - řada genů pro rezistenci k antibiotikům, ATPasy vakuolárního / archealniho typu u Gram+ bakterií, archealní lysyl-tRNA synthetasa u Borrellia burgdorferi)

synolog - homolog v jednom organismu získaný po fúzi dvou nepříbuzných organismů - mitochondrie, chloroplasty v eukaryontní buňce)

Genové rodiny = skupiny genů, které se během evoluce vyvinuly z jednoho společného předka a zachovaly si vysoký stupeň sekvenční podobnosti (stejné/různé funkce); pouze 76/2 200 genových rodin společných pro všechny organismy; člověk má 15 000 genů v genových rodinách

Příklad konvergenceVznik genu pro nemrznoucí glykoprotein AFGP (antifreeze glycoprotein) u ryb žijících v polárních oblastech (odlišná forma v Antarktidě a Arktidě).-AFGP gen vznikl před 2,5 miliony let -přestože obě formy genů vznikly z různých genů, oba obsahují dlouhé úseky kódující tripeptid Thr-Ala-Ala-Antarktický gen vznikl z genu pro trypsinogen amplifikací tripeptidové sekvence-Vznik arktického AFGP nemá nic společného s genem pro trypsinogen -Konvergentní evoluce – vznik u nepříbuzných organismů nezávisle na sobě, evoluce je dovedla v podobných prostředích k podobnému výsledku.

Zvětšování genomů1) Duplikace- polyploidizace (duplikace celého genomu); zejména u rostlin (ale u savců př. osmáci jsou oktaploidní) - segmentální duplikace (duplikace chromozomových segmentů)- tandemové duplikace (duplikované geny / segmenty řazeny za sebou na stejném chromozómu)- genové (ektopické) duplikace (duplikované geny / menší skupiny genů nejsou řazeny za sebou) 2) Akumulace transponovatelných elementů – 80% genomu u kukuřice, 50% genomu rýže…

3) Inzerce cizorodých sekvencí

Zmenšování genomůPř. homologická rekombinace mezi různými kopiemi retroelementů v rámci jednoho řetězce DNA → musí to být rekombinace mezi přímými repeticemi!!, vyštěpí se kus chromozomu a je ztracen (nemá centromeru) markerem po deleci jsou solo LTR sekvence

Děkuji za pozornost..

Prezentace částečně vychází z přednášek: Genetika (Holá, Kočová), Evoluční genetika (Munclinger, Reifová), Forenzní genetika (Vaněk, Šimková), Základy molekulární biologie (Pospíšek), Virologie (Forstová), Genetika rostlin (Holá, Kočová, Rothová)