Inligting

Waarom is die genoom verdeel in verskeie chromosome en nie net 'n enkele groot chromosoom nie?

Waarom is die genoom verdeel in verskeie chromosome en nie net 'n enkele groot chromosoom nie?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

In baie eukariote spesies is daar verskeie chromosome. By mense is daar byvoorbeeld 23 pare chromosome.

Hoekom is daar verskeie chromosome en nie net 'n samevoeging van alle chromosome in 'n enkele groot chromosoom nie?


Die voorste aanspraakmaker op "hoekom" in my voormalige laboratorium, is dat as 'n chromosoom te lank word, 'n sel nie die chromatied ten volle tot 'n dogtersel kan isoleer nie. Dws in 'n reuse chromosoom, die chromosoom arms spoor so ver agter sentromeer, dat die arms van twee suster chromosoom nog raak aan mekaar selfs deur die sentromeer het die teenoorgestelde pole van 'n deling sel bereik. Dit verhoed kernhervorming. Dit sou ook beteken dat die grootte van die sel die maksimum grootte van die chromosoom sal bepaal.

Tans is dit 'n hipotese. Ons het pas die metode geskep om ultra groot sintetiese chromosome te maak. Ek het verwag dat 'n antwoord 3-5 jaar is (2021-2023). Ons sê egter daar is niks besonders aan 'n chromosoomgetal nie.


Kort Antwoord: Mense reproduseer seksueel en evolusie, met 'n paar ewekansige effekte, het gelei tot 23 pare chromosome.

Verduidelik:

Reproduseer seksueel - Bakterieë het wel een groot stuk DNA. Dit werk vir bakterieë omdat hulle al hul DNA sal kopieer en die twee kopieë verdeel en twee "klone" van mekaar skep. Mense, aan die ander kant, is die helfte van die hoeveelheid genetiese materiaal in hul geslagselle (sperm en eiersel), wat, wanneer dit saam in 'n sigoot gekombineer word, die volle of normale hoeveelheid DNA optel. Dit is die rede waarom byna elke sel in die menslike liggaam 23 pare, of 46 totale chromosome, het. Om seksuele voortplanting te hê, benodig ons dus ten minste 2 chromosome in die normale of diploïede selle.

Willekeurigheid - Terwyl evolusie dikwels as 'n baie gerigte proses geleer word, is daar eintlik 'n groot mate van willekeurigheid wat uitkomste verskuif. Die beste voorbeeld is dat ape, ons geslote afstammeling 24 chromosome het. Deur mens te word, het twee van hierdie chromosmes ietwat willekeurig saamgesmelt in die menslike chromosoom 2. Alhoewel daar 'n sekere seleksievoordeel kan wees, is dit onduidelik wat dit sou wees. Net so het baie ander spesies 'n verskeidenheid chromosoomgetalle. Bioloë kon nie die oorsaak van die aantal chromosome in elke spesie regstreeks aandui nie (sien UCSB en Museum of Innovation), en het dus vasgestel dat die getal meestal op ewekansige effekte gebaseer is. 'n Goeie metafoor is dat 'n chromosoom 'n boekrak en geneboeke is, die karakter van 'n biblioteek word nie gedefinieer deur die aantal boekrakke of boeke nie, maar eerder die inhoud van die boeke.

Evolusie - Chromosome vervul verskeie belangrike rolle in 'n sel. Eerstens, tydens normale sellewe ontrafel hulle gedeeltelik en kry/verloor verskillende merkers (histonmerke), wat verskillende proteïene kan rig oor watter gene getranskribeer moet word. Tweedens, tydens mitose moet die chromosome baie kompak word en presies langs die mitotiese vlak verdeel word, en tydens meiose moet die chromosome kruis en DNA met die ander paar uitruil. Die meganika van elke gebeurtenis is inherent gebaseer op die grootte en aantal chromosoom. Vir al hierdie rolle het die aantal chromosome duidelik 'n mate van impak, hoewel die presiese verwantskap onduidelik is. Hoewel evolusie vir 'n optimale getal kan kies, is die sterkte van die seleksie waarskynlik baie swak en oorweldig deur die ewekansige effekte.


Klik hier om ons nuutste boek, A Handy Guide to Ancestry and Relationship DNA -toetse, te bestel

Hallo - ek het onlangs begin belangstel/gefassineer deur genetika, my basiese vraag is: 'hoekom' word die [menslike] genoom in aparte chromosome verdeel eerder as om 'n lang string te wees en wat bepaal [ed] watter gene gaan na watter chromosoom?

- 'n Nuuskierige volwassene uit die Verenigde Koninkryk

Jy is reg dat hierdie vrae basies is. Maar dit beteken nie dat hulle eenvoudig is nie. Soms is die eenvoudigste vrae oor biologie en genetika die moeilikste om te beantwoord.

Die aantal chromosome en watter gene op elke chromosoom is tot 'n mate moontlik as gevolg van blinde evolusionêre kans. Maar dit is nie die hele verhaal nie.

Waarom word die menslike genoom in afsonderlike chromosome verdeel eerder as om een ​​lang string te wees?

Eerstens wil ek u daaraan herinner dat ons mense 46 chromosome in elk van ons selle het. So hoekom 46 chromosome? Waarom nie een reuse nie?

Sommige van die eenvoudigste lewensvorme, soos bakterieë, hou al hul DNA in 'n enkele chromosoom. Meer komplekse wesens (soos mense!) Verdeel hul DNA in baie verskillende chromosome.

Een rede vir hierdie verskil het moontlik te doen met die manier waarop elke soort dier babas maak. Bakterieë maak nuwe bakterieë ongeslagtelik. Dit beteken dat wanneer hulle nuwe bakterieë maak, hulle net in twee verdeel, met elke helfte 'n kopie van dieselfde DNA.

Die meeste ander wesens maak seksueel nuwe nageslag. Wat dit doen, is om DNS van twee ouers te kombineer om die kind te maak.

Ons het almal twee kopieë van elke chromosoom (behalwe mans wat een X en een Y plus 22 ander pare het). Ma en pa gee vir ons afskrifte van die helfte van hul DNA - een van elke chromosoom. Aan die einde het ons almal twee kopieë van elkeen van ons chromosome, net soos ma en pa. Maar ons DNA is 'n mengsel van ma en pa s'n.

Elke eier of sperm kry 23 chromosome (die helfte van elke paar). Watter chromosoom hulle in die paar kry, is heeltemal ewekansig. Wanneer jy die wiskunde doen, kom dit uit op 10 biljoen verskillende moontlike kombinasies. As ons net een paar chromosome gehad het, daal die getal tot 4.

Natuurlik sal niks hiervan saak maak as die chromosome presies dieselfde tussen ma en pa was nie. Gelukkig is hulle nie. Trouens, daar is gemiddeld 6 miljoen verskille tussen die DNA van twee mense.

Die vermenging van DNA op hierdie manier genereer baie van hierdie verskille. Hierdie 'genetiese diversiteit' is baie belangrik vir oorlewing. Nie noodwendig die voortbestaan ​​van enige individu nie, maar vir die spesie in sy geheel.

Sê byvoorbeeld 'n nuwe dodelike siekte tref (dink aan die plaag gedurende die Middeleeue). Baie mense sou sterf, maar sommige sou lewe. Sommige van hierdie oorlewendes sou lewe omdat hulle die regte stel DNS-verskille gehad het.

En seksueel voortplanting verhoog genetiese diversiteit geweldig. Daarsonder sal ons op lukrake DNA-veranderinge moet staatmaak wat nie soveel vermenging sou veroorsaak nie. En ewekansige veranderinge kan baie probleme veroorsaak met "slegte" mutasies wat vermenging nie doen nie.

Dit spreek dus die vraag aan waarom ons nie net een lang DNA -string het nie. Ons het meer as een nodig om genetiese diversiteit te verhoog.

Maar hoekom presies 46? Hoe (of hoekom) ons presies 46 chromosome beland het, is 'n evolusionêre raaisel.

Oor die algemeen het spesies wat nou verwant is, 'n soortgelyke aantal chromosome. Byvoorbeeld, sjimpansees en ander groot ape, ons naaste evolusionêre neefs, het 48.

Met verloop van tyd breek stukke chromosome af en bly by ander chromosome. Soms bly hele chromosome by ander chromosome. Op 'n stadium in die afgelope 6-8 miljoen jaar het twee van ons chromosome saamgesmelt om ons chromosoom 2 te maak. Ons weet dit omdat ons chromosoom 2 eintlik net twee sjimpansee-chromosome is wat saamgesmelt is.

Dit is hierdie soort herrangskikking wat gehelp het om ons huidige aantal chromosome te gee. Soos u uit hierdie voorbeeld kan sien, is hierdie getal beslis nie vasgestel nie; dit kan en kan verander.

So soortgelyke spesies is geneig om 'n soortgelyke aantal chromosome te hê. Maar afgesien van hierdie algemene reël, is daar baie min rym of redes vir hoeveel chromosome 'n spesie het.

Die getal het byvoorbeeld nie te doen met hoe ingewikkeld die spesie is nie. Ons het 46 chromosome, maar 'n goudvis het 94 en 'n sekere varing (Ophioglossum reticulatum) het 1 260. En dit is veilig om te sê ons is meer kompleks as 'n varing!

Wat bepaal watter gene op watter chromosoom?

Dit is nog 'n interessante vraag waarvoor ek bang is ek het nie 'n reguit antwoord nie. In 'n mate kan dit wees watter gene op watter chromosome is die geluk van die evolusionêre trekking.

Ons weet dat chromosome verskillende gene of "stukke" van die genoom bevat. Gene is eenvoudig stukke DNA wat instruksies bevat in 'n kode van 4 letters, 64 woorde om 'n proteïen te maak.

Proteïene is die werkers in die sel. Byna enigiets wat gedoen moet word, word deur 'n proteïen gedoen. Hulle dra ons suurstof, help ons sien en selfs dink!

In bakterieë, daardie eenvoudige organismes met net een chromosoom, word die gene in groepe georganiseer gebaseer op wat die gene vir 'n lewe doen. Al die gene wat nodig is om laktose, die suiker wat in melk voorkom, te verteer, word byvoorbeeld op die chromosoom gegroepeer.

As daar laktose is, kan al die gene saam gebruik word. Ons gene het dalk net so 'n miljard jaar gelede of so begin. Maar toe begin die herrangskikkings waaroor ons vroeër gepraat het, gebeur. Ook, vir redes waarop ons nie sal ingaan nie, het virusagtige DNA gene opgetel en rondgeskuif. Die eindresultaat is dat ons gene begin skei en rondbeweeg het.

By mense word die geen vir alfa -globien, 'n deel van die hemoglobienproteïen wat suurstof in rooibloedselle vervoer, gevind op chromosoom 16. Die geen vir beta -globien, die ander deel van die hemoglobienproteïen, word egter gevind op chromosoom 11.

Ons gene is natuurlik nie net 'n deurmekaar gemors nie. Sommige dele van ons chromosome is volgens funksie georganiseer.

Die berugte Y-chromosoom bevat al die gene wat nodig is vir 'manlikheid'. Aangesien beide mans en wyfies X -chromosome het, word die gene vir 'vroulikheid' nie op die X -chromosoom gegroepeer nie, maar word dit deur die genoom versprei.

Chromosoomherrangskikkings en gene -hop kan die volgorde van ons gene minder georganiseerd maak. Maar daar is 'n ander proses aan die werk wat groepe gene maak wat meer georganiseer is op ons chromosome. Dit word 'geen duplisering' genoem.

Soos dit klink, is geenduplisering wanneer 'n DNA-gebied op 'n chromosoom wat 'n geen bevat, gekopieer word. Hierdie nuwe weergawe van die geen word deel van die genoom en leef baie naby sy ouergen op die chromosoom (tensy daar 'n herrangskikking plaasvind!).

Gene duplisering is een manier waarop nuwe gene gebore word. Met verloop van tyd bou klein veranderinge op in menslike DNA. Hierdie ewekansige veranderinge, of mutasies, kom anders voor in die DNA van elke weergawe van die geen.

Wat kan gebeur, is dat die mutasies veroorsaak dat die twee gene verskillende werksgeleenthede ontwikkel. Na 'n rukkie eindig u met 'n nuwe geen wat 'n nuwe funksie het.

Maar hierdie twee gene is naby mekaar en doen gewoonlik soortgelyke take. Dit lei tot meer organisasie aangesien gene wat soortgelyke dinge doen, naby mekaar is.

Ek hoop hierdie antwoorde help jou om 'n bietjie te verstaan ​​waarom ons gene en chromosome opgestel is soos hulle is. Soos u kan sien, begin ons wetenskaplikes self die antwoorde op hierdie baie interessante en belangrike vrae verstaan. Dankie vir die vraag!


Waarom het die meeste mense 23 pare chromosome?

U het miskien gehoor dat 137 die towergetal is, maar as u 'n genetikus vra, sal hulle vir u sê dat die ware magie in 46 is. Waarom 46? Omdat dit die totale aantal chromosome is wat in byna elke menslike sel voorkom-23 pare om presies te wees-en daardie klein draadagtige strukture bevat al die inligting oor wie u is en wat u uniek maak.

DNA en chromosome

Om te verstaan ​​wat chromosome is, moet jy eers verstaan ​​wat DNA is. Formeel bekend as deoksiribonukleïensuur, DNA is 'n komplekse molekule wat in alle plante en diere voorkom. Dit word in byna elke sel van die liggaam van 'n organisme aangetref, en bevat al die inligting wat nodig is om die organisme aan die gang te hou (en te ontwikkel en voort te plant). DNA is ook die primêre manier waarop organismes oorerflike inligting deurgee. In die voortplantingsproses word 'n gedeelte DNA van ouer na nageslag oorgedra. Kortom, DNA is die verhaal van jou totaal unieke biologie.

Soos u waarskynlik kan voorstel, moet DNA redelik lank wees om al die belangrike inligting te bevat. En dit is - as u die DNA in net een sel tot sy volle lengte rek, sou dit ongeveer 2 meter lank wees, en as u die DNA in al u selle bymekaar sit, sou u 'n ketting ongeveer twee keer die deursnee van die sonnestelsel.

Gelukkig is selle redelik slim en het hulle 'n vernuftige manier om al die inligting in pakkie-doeltreffende pakkies te verpak. Voer in: die chromosoom.

Met sy naam gewortel in die Griekse woorde vir kleur (chroma) en liggaam (soma), is die chromosoom 'n selstruktuur (of liggaam) wat wetenskaplikes onder 'n mikroskoop kan raaksien deur dit met gekleurde kleurstowwe te vlek (verstaan ​​dit?). Elke chromosoom bestaan ​​uit proteïene en - jy raai seker - DNA.

Elke chromosoom bevat presies een molekule DNA, en die lang string genetiese inligting is styf om die proteïen ('n histoon genoem) gedraai, wat soos 'n spoel werk en die lang, inligtingryke molekule doeltreffend saamvoeg tot die perfekte grootte en vorm om binne die kern van 'n sel te pas. Elke menslike sel het 23 pare chromosome vir 'n totaal van 46 (afgesien van sperm- en eierselle, wat elk bevat enigste 23 chromosome).

Waarom 23 pare?

Die magiese getal van 46 (23 pare) per sel is nie universeel onder lewende dinge nie. Eerstens is mense egter ook 'n "diploïede" spesie, wat beteken dat die meeste van ons chromosome in ooreenstemmende stelle kom wat homoloë pare genoem word (die twee lede van elke paar word homoloë genoem). Baie diere en plante is diploïed, maar nie almal het 'n totaal van 46 nie. Muskies het byvoorbeeld 'n diploïede chromosoomgetal van ses, paddas het 26 en garnale het 'n enorme 508 chromosome!

Maar waarom het mense 23 pare? Dit het gebeur tydens evolusie. Mense het 23 pare chromosome, terwyl alle ander ape (sjimpansees, bonobos, gorilla's en orangoetangs) 24 pare chromosome het, sê Belen Hurle, Ph.D., per e -pos. Hurle is 'n navorsingsgenoot by die National Human Genome Research Institute by die National Institutes of Health. "Dit is omdat in die evolusionêre geslag van die mens twee voorvaderlike aapchromosome by hul telomere [punte] saamgesmelt het, wat menslike chromosoom 2 produseer. Dus, mense het een paar chromosome minder. Dit is een van die belangrikste verskille tussen die menslike genoom en die genoom van ons naaste familielede. & Quot

Kom ons gaan nou terug na daardie sperm- en eierselkwessie — hierdie selle het net een homoloë chromosoom van elke paar en word as "haploïed beskou." Hier is hoekom: Wanneer 'n sperm en eiersel saamsmelt, kombineer hulle hul genetiese materiaal om een ​​volledige, diploïede stel van chromosome. En as u daaroor nadink, is dit heeltemal sinvol. Dit beteken elke ouer dra een homoloog by tot 'n homoloë paar chromosome in hul kind se selle.

Beskou bloedgroep as 'n duidelike voorbeeld: Mense met AB-bloedgroep het twee verskillende geenvariasies op hul twee homoloë chromosome geërf - een vir A en een vir B - wat, wanneer gekombineer, AB geproduseer het.

Te veel of te min chromosome

Nou weet u dat die handboekvoorbeeld van 'n gesonde mens 23 pare chromosome in byna elke sel van hul liggaam het, maar die lewe is nie altyd 'n handboek nie. Wat gebeur as iets meer of minder chromosome laat ontwikkel? 'N Versterking of verlies van chromosome uit die standaard 46 (genoem aneuploïdie) vind plaas tydens die vorming van voortplantingselle (sperm en eier), in die vroeë fetale ontwikkeling of in enige ander sel van die liggaam na geboorte.

Een van die meer algemene vorme van aneuploïdie is & quottrisomy, wat die teenwoordigheid van 'n ekstra chromosoom in die selle is. Een bekende gevolg van trisomie is Down-sindroom, wat 'n toestand is wat veroorsaak word deur drie kopieë van chromosoom 21 in elke sel. Hierdie ekstra chromosoom lei tot 'n totaal van 47 chromosome per sel, eerder as 46.

Die verlies van een chromosoom in 'n sel word "monosomy" genoem en beskryf 'n toestand waarin mense net een kopie van 'n spesifieke chromosoom per sel het in teenstelling met twee. Turnersindroom, waarin vroue slegs een kopie van die X -chromosoom per sel teenoor die gewone twee het, word beskou as 'n vorm van monosomie.

Daar is ook ander variasies van aneuploïdie, en in uiterste gevalle kan dit 'n persoon se lewe in gevaar stel. Boonop het kankerselle ook veranderinge in hul aantal chromosome. Anders as die variasies wat in voortplantingselle voorkom, vind hierdie veranderinge plaas in ander selle van die liggaam, sodat hulle nie geërf word nie.

Die X- en Y -chromosome is nie lukraak genoem nie - hul vorms lyk eintlik onderskeidelik die letters X en Y.


Hoeveel chromosome het mense?

Die tipiese aantal chromosome in 'n menslike sel is 46: 23 pare, met 'n geskatte totaal van 20 000 tot 25 000 gene. Een stel van 23 chromosome word geërf van die biologiese moeder (van die eier), en die ander stel is van die biologiese vader (van die sperm).

Van die 23 pare chromosome word die eerste 22 pare "outosome" genoem. Die laaste paar word die 'geslagschromosome' genoem. Geslagschromosome bepaal 'n individu se geslag: wyfies het twee X -chromosome (XX), en mans het 'n X- en 'n Y -chromosoom (XY). Die ma en pa dra elk een stel van 22 outosome en een geslagschromosoom by.

Die tipiese aantal chromosome in 'n menslike sel is 46: 23 pare, met 'n geskatte totaal van 20 000 tot 25 000 gene. Een stel van 23 chromosome word van die biologiese moeder geërf (van die eiersel), en die ander stel word van die biologiese vader (van die sperm) geërf.

Van die 23 pare chromosome word die eerste 22 pare "outosome" genoem. Die laaste paar word die "geslagschromosome" genoem. Geslagschromosome bepaal 'n individu se geslag: wyfies het twee X -chromosome (XX), en mans het 'n X- en 'n Y -chromosoom (XY). Die ma en pa dra elk een stel van 22 outosome en een geslagschromosoom by.


Die ondergang van mans?

Soos ons in 'n hoofstuk in 'n nuwe e-boek aanvoer, selfs al verdwyn die Y-chromosoom by mense, beteken dit nie noodwendig dat mans self op pad is nie. Selfs in die spesies wat eintlik hul Y-chromosome heeltemal verloor het, is mans en wyfies albei steeds nodig vir voortplanting.

In hierdie gevalle het die SRY "master switch" geen wat genetiese manlikheid bepaal, na 'n ander chromosoom beweeg, wat beteken dat hierdie spesies mannetjies produseer sonder 'n Y -chromosoom. Die nuwe geslagsbepalende chromosoom-die een waarna SRY voortgaan-moet egter weer van vooraf begin met die proses van degenerasie weens dieselfde gebrek aan rekombinasie wat hul vorige Y-chromosoom gedoem het.

Die interessante ding van mense is egter dat hoewel die Y-chromosoom nodig is vir normale menslike voortplanting, is baie van die gene wat dit dra nie nodig as jy geassisteerde voortplantingstegnieke gebruik nie. Dit beteken dat genetiese ingenieurswese binnekort moontlik die gene-funksie van die Y-chromosoom kan vervang, sodat vroulike paartjies of onvrugbare mans van dieselfde geslag swanger kan word. Selfs as dit vir almal moontlik is om op hierdie manier swanger te raak, lyk dit hoogs onwaarskynlik dat vrugbare mense net ophou om natuurlik te reproduseer.

Alhoewel dit 'n interessante en baie gedebatteerde area van genetiese navorsing is, hoef u min te bekommer. Ons weet nie eers of die Y-chromosoom enigsins sal verdwyn nie. En, soos ons getoon het, selfs al het dit die geval is, sal ons waarskynlik mans nodig hê sodat normale voortplanting kan voortgaan.

Inderdaad, die vooruitsig van 'n "plaasdier" tipe stelsel waar 'n paar "gelukkige" mannetjies gekies word om die meerderheid van ons kinders te vader, is beslis nie op die horison nie. Daar sal in elk geval baie dringender kommer wees oor die volgende 4,6 miljoen jaar.


Vergeet enkele gene: CRISPR sny en splits nou heel chromosome

Stel u 'n woordverwerker voor wat u in staat gestel het om letters of woorde te verander, maar het 'n afkeer gehad toe u hele paragrawe wou sny of herrangskik. Bioloë het dekades lank sulke probleme ondervind. Hulle kan gene in 'n sel byvoeg of deaktiveer of selfs - met die genoomredigeringstegnologie CRISPR - presiese veranderinge binne gene maak. Daardie vermoëns het gelei tot rekombinante DNA-tegnologie, geneties gemodifiseerde organismes en geenterapieë. Maar 'n lang gesoekte doelwit het buite bereik gebly: die manipulering van baie groter stukke chromosome in Escherichia coli, die werkperdbakterie. Nou meld navorsers dat hulle CRISPR aangepas het en dit gekombineer het met ander gereedskap om groot genoomfragmente met gemak te sny en te splits.

"Hierdie nuwe koerant is ongelooflik opwindend en 'n groot stap vorentoe vir sintetiese biologie," sê Anne Meyer, 'n sintetiese bioloog aan die Universiteit van Rochester in New York wat nie betrokke was by die koerant wat in hierdie week se uitgawe van gepubliseer is nie. Wetenskap. Die tegniek sal sintetiese bioloë in staat stel om "groot uitdagings" aan te pak, sê sy, soos "om inligting na DNA te skryf en dit in 'n bakteriese genoom te stoor of om nuwe hibriede bakteriese spesies te skep wat nuwe [metaboliese reaksies] vir biochemie of biochemie kan uitvoer. materiaal produksie."

Die beproefde instrumente van genetiese ingenieurswese kan eenvoudig nie lang stukke DNA hanteer nie. Beperkingsensieme, die standaardhulpmiddel vir die sny van DNA, kan stukkies genetiese materiaal sny en by die ente aansluit om klein sirkelvormige segmente te vorm wat uit een sel na 'n ander beweeg kan word. (Strekke van lineêre DNA oorleef nie lank voordat ander ensieme, genaamd endonukleas, dit vernietig nie.) Maar die sirkels kan hoogstens 'n paar honderdduisend basisse akkommodeer, en sintetiese bioloë wil dikwels groot segmente chromosome wat veelvuldige gene bevat, beweeg. wat miljoene basisse lank of meer kan wees. 'U kan nie baie groot stukke DNA in en uit selle kry nie,' sê Jason Chin, 'n sintetiese bioloog by die Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, VK.

Boonop kan die sny- en plakgereedskap nie presies geteiken word nie, en laat hulle ongewenste DNA by die splitsingsplekke - die ekwivalent van genetiese littekens. Die foute bou op namate meer veranderinge aangebring word. Nog 'n probleem is dat tradisionele redigeergereedskap nie groot segmente getrou aan mekaar kan gom nie. Hierdie kwessies kan 'n ooreenkoms wees as bioloë honderde of duisende veranderings aan die genoom van 'n organisme wil aanbring, sê Chang Liu, 'n sintetiese bioloog aan die Universiteit van Kalifornië, Irvine.

Nou, Chin en sy MRC -kollegas rapporteer dat hulle hierdie probleme opgelos het. Eerstens het die span CRISPR aangepas om lang stukke DNA presies uit te sny sonder om letsels te laat. Hulle het toe 'n ander bekende instrument verander, 'n ensiem genaamd lambda rooi rekombinase, sodat dit die punte van die oorspronklike chromosoom - minus die verwyderde gedeelte - weer aan mekaar kon vasgom, asook die punte van die verwyderde gedeelte kon smelt. Beide sirkelvormige DNA -stringe word beskerm teen endonukleas. Die tegniek kan verskillende sirkelvormige chromosoompare in ander selle skep, en navorsers kan dan chromosome na willekeur omruil en uiteindelik die stuk wat hulle kies, in die oorspronklike genoom plaas. "Nou kan ek 'n reeks veranderinge in een segment en dan 'n ander maak en dit saam kombineer. Dit is 'n groot probleem," sê Liu.

Die nuwe gereedskap versterk industriële biotegnologie deur dit makliker te maak om die proteïenvlakke wat mikrobes maak, te verander, sê Liu en ander. Hulle beloof ook 'n maklike manier om bakteriese genome in die groothandel te herskryf, voeg Meyer by. Een so 'n projek het ten doel om genome te verander sodat hulle nie net kan kodeer vir die normale 20 aminosure van proteïene nie, maar ook vir 'n groot aantal nie -natuurlike aminosure regdeur die genoom. Dit kan lei tot sintetiese lewensvorme wat molekules kan produseer wat ver buite die bereik van natuurlike organismes is.


Waarom is die genoom verdeel in verskeie chromosome en nie net 'n enkele groot chromosoom nie? - Biologie

By die vergelyking van prokariotiese selle met eukariotiese selle, is prokariote in baie van hul kenmerke baie eenvoudiger as eukariote (figuur 1). Die meeste prokariote bevat 'n enkele, sirkelvormige chromosoom wat gevind word in 'n gebied van die sitoplasma wat die nukleoïed genoem word.

Oefenvraag

Figuur 1. 'n Eukariote bevat 'n goed gedefinieerde kern, terwyl in prokariote die chromosoom in die sitoplasma lê in 'n area wat die nukleoïed genoem word.

In eukariotiese selle vind DNA- en RNA -sintese plaas in 'n aparte kompartement van proteïensintese. In prokariotiese selle vind beide prosesse saam plaas. Watter voordele kan daar wees om die prosesse te skei?

Die grootte van die genoom in een van die mees goed bestudeerde prokariote, E coli, is 4,6 miljoen basispare (ongeveer 1,1 mm, indien gesny en uitgerek). Hoe pas dit dan in 'n klein bakteriese sel? Die DNA word verdraai deur wat bekend staan ​​as supercoiling. Supercoiling beteken dat DNS óf onder-wond (minder as een draai van die heliks per 10 basispare) óf oor-wond (meer as 1 draai per 10 basispare) van sy normale ontspanne toestand is. Dit is bekend dat sommige proteïene betrokke is by die supercoiling ander proteïene en ensieme soos DNA-gyrase help om die supercoiling-struktuur te handhaaf.

Eukariote, wie se chromosome elk uit 'n lineêre DNS-molekule bestaan, gebruik 'n ander tipe verpakkingstrategie om hul DNS binne die kern te pas (Figuur 2). Op die mees basiese vlak word DNA om proteïene wat histone genoem word, toegedraai om strukture te vorm wat nukleosome genoem word. Die histone is evolusionêr bewaarde proteïene wat ryk is aan basiese aminosure en 'n oktamer vorm. Die DNS (wat negatief gelaai is as gevolg van die fosfaatgroepe) word styf om die histoonkern gedraai. Hierdie nukleosoom word aan die volgende een gekoppel met behulp van 'n koppel-DNS. Dit staan ​​ook bekend as die “krale op 'n string” struktuur. Dit word verder gekompakteer tot 'n 30 nm-vesel, wat die deursnee van die struktuur is. In die metafase-stadium is die chromosome op hul mees kompak, is ongeveer 700 nm in breedte, en word gevind in assosiasie met steierproteïene.

In interfase het eukariotiese chromosome twee afsonderlike streke wat deur kleuring onderskei kan word. Die dig verpakte gebied staan ​​bekend as heterochromatien, en die minder digte gebied staan ​​bekend as euchromatin. Heterochromatien bevat gewoonlik gene wat nie uitgedruk word nie, en word aangetref in die streke van die sentromeer en telomere. Die euchromatien bevat gewoonlik gene wat getranskribeer word, met DNA wat rondom nukleosome verpak is, maar nie verder gekompakteer word nie.

Figuur 2. Hierdie figure illustreer die verdigting van die eukariotiese chromosoom.


Afsluiting

Baie grootskaalse studies met groot Hi-C-data het ons belangrike insigte gegee in moontlike meganismes van lusvorming, daaropvolgende hoër-orde chromatienorganisasie, en funksionele betekenis van domeinvorming en chromosomale interaksies in verskillende prosesse, insluitend transkripsionele regulering. Gegewe dat hierdie waarnemings 'n verskuiwing in perspektief oor hoe aanmoedig 3D Die organisasie van die genoom het 'n impak op biologiese prosesse, dit is baie interessant om die onderliggende meganistiese reëls wat die oorsaak van die gevoude argitektuur bepaal, te verstaan. Alhoewel kohesie en CTCF by die vorming van chromosomale lusse geïmpliseer is, is hierdie proteïene afwesig in 'n fraksie van luslokusse (

10–14%) wat 'n rol voorstel van ander faktore in die bepaling van hoe chromosomale interaksies ontstaan ​​en hoe dit bydra tot spesifieke sellulêre en konteksspesifieke funksies.


Affiliasies

Departement Veeartsenykunde, Universiteit van Cambridge, Madingleyweg, Cambridge, CB3 OES, VK

Willem Rens, Patricia CM O'Brien, Oliver Clarke, Daria Graphodatskaya, Vladimir A Trifonov, Helen Skelton, Mary C Wallis, Frederic Veyrunes & Malcolm A Ferguson-Smith

Skool vir Molekulêre en Biomediese Wetenskap, Die Universiteit van Adelaide, Adelaide, 5005, SA, Australië

Frank Grützner en Enkhjargal Tsend-Ayush

Institute of Cytology and Genetics, Russian Academy of Sciences, Siberian Department, 630090, Novosobirsk, Rusland

Skool vir Dierewetenskappe, Currumbin Sanctuary, Queensland Universiteit, Brisbane, QLD, 4072, Australië

Research School of Biological Sciences, The Australian National University, Canberra, ACT, 2601, Australië


KONSTRUKSIE REËLS VIR CHROMOSOME

Invoeging van enkele gene of selfs geengroepe in bestaande genome sal oor die algemeen geduld word en die nuwigheid in die onderskeie chromosome behoue ​​bly. Dit geld veral vir bakterieë omdat hulle natuurlik bereid is om vreemde DNA in hul genome op te neem en te integreer. Horisontale geenoordrag is 'n winsgewende onderneming in die mikrobiese wêreld. As u dink aan 'n sintetiese chromosoom wat bestaan ​​uit boustene van baie verskillende organismes of uit heeltemal nuwe sintetiese rye, ontstaan ​​daar baie vrae. Tot op hede neig die meeste wetenskaplikes na 'n geengesentreerde siening van sintetiese chromosome. Vrae wat gereeld gevra word, is: Wat is 'n minimale stel gene nodig, of watter kenmerk van die nuwe organisme moet ek kodeer? Chromosome is egter veel meer as eenvoudige geen -skikkings. Hulle moet ook al die nodige inligting dra vir die direkte herhaling, ordelike vouing en segregasie. Sulke prosesse word gesamentlik na verwys as chromosoominstandhouding. Kennis van chromosoomonderhoudstelsels het vinnig opgehoop in onlangse jare en ons stel voor om hierdie kennis te gebruik om konstruksiereëls vir sintetiese chromosome te formuleer. Hieronder sal ons twee hoofaspekte uiteensit wat ons as belangrik beskou.

Chromosoomonderhoudstelsels

Baie stelsels wat bakteriese chromosome handhaaf, bestaan ​​uit 'n DNA -motief en onderskeie proteïene wat hierdie motief herken. Interessant genoeg is die chromosomale verspreiding van sulke motiewe dikwels nie lukraak nie en hou dit dikwels verband met die funksie van die onderskeie stelsel (Fig. 7 Touzain et al. 2011 Messerschmidt en Waldminghaus 2014). Een voorbeeld is die Ter -terreine wat verantwoordelik is vir die beëindiging van die replikasievurk E coli of B. subtilis (Bussiere en Bastia 1999). Sulke terreine kom voor op posisies teenoor die repliseringsoorsprong en is gerig op die dif -plek. Die dif-plek is belangrik vir chromosoom dimeer resolusie deur die plek-spesifieke rekombinase XerCD (Blakely en Sherratt 1994). Vir hierdie nukleas om die dif-plek te vind, is 'n ander chromosoomonderhoudstelsel nodig, bestaande uit die DNA-translokase FtsK en sogenaamde FtsK-orienterende polêre rye (KOPS). Hierdie webwerwe is van die replikasie -oorsprong na die eindpunt georiënteer en word deur FtsK erken as pyle wat in die verskillende rigting wys (Bigot et al. 2005 Ptacin et al. 2008). Deur slegs hierdie Ter- en KOPS-stelsels in ag te neem, illustreer die behoefte aan 'n slim chromosoomontwerp (Fig. 8). 'N Chromosoom wat gekonstrueer is sonder om KOPS -oriëntasie in ag te neem, sal die FtsK DNA -translokas mislei en die resolusie van die chromosoom dimeer verbied. Alhoewel dit dalk nie oor die algemeen dodelik is nie, lei dit tot 'n onstabiele situasie, en 'n deel van selle in 'n populasie sal verlore gaan (Liu, Draper en Donachie 1998 Bigot et al. 2005). Ernstiger effekte word verwag in chromosoomontwerpe met Ter-plekke in die verkeerde oriëntasie. Terreine blokkeer die repliseringsmasjinerie in die een rigting, maar laat dit in die ander rigting toe (Mulcair et al. 2006 Duggin en Bell 2009). Gevolglik kan 'n chromosoom moontlik nie 'n lewensvatbare sel vorm as Ter-terreine by die nie-permissiewe oriëntasie op verkeerde plekke ingesluit is nie (Fig. 8).

Chromosoom onderhoud DNA motiewe en hul verspreiding op die E coli chromosoom.


Kyk die video: 4. Om die Here jou God liefte hê - DEUTERONÓMIUM. Die Boek van die Verbond (September 2022).