Gen i prokaryoter: Split Genes, Overlappende Gener, Pseudo Gener
Læs denne artikel for at lære om generne i prokaryoter som Split gener, Overlappende gener, Pseudo Genes!
I prokaryoter er de kodende sekvenser af gener kontinuerlige, dvs. uafbrudte, med meget få undtagelser.
Derudover er generne organiseret i grupper; hver sådan gruppe danner en enkelt transkriptionsenhed, dvs. operon. Hver operon har sine regulerende sekvenser, nemlig regulator, operatør- og promotorgener. Generelt forekommer de forskellige gener som diskrete enheder adskilt fra hinanden, men nogle prokaryote gener kan overlappe hinanden. Næsten alle de prokaryote gener er funktionelle enheder. Men eukaryotiske gener frembyder nogle interessante organisationer som splittede gener, overlappende gener, pseudogener osv.
Split gener eller afbrudte gener:
De kodende regioner, der indeholder faktisk information af generne (exoner) af de fleste eukaryote gener, afbrydes af få til flere ikke-kodende sekvenser kaldet introner (fra intervenerende sekvenser), som splejses ud efter transkription. Sådanne gener kaldes splitgener, da deres kodende sekvenser er opdelt i flere dele på grund af intronerne. Men nogle gener af eukaryoter er ikke opdelt, f.eks. Histon-gener af søpindsvin.
Det første splittede gen, der skal beskrives i 1977 af Pierre Chambon og hans kolleger, var ovalbuminegenene af kylling, der koder for ægets 386 aminosyre lange ovalbuminprotein.
Vigtige træk ved afbrudte gener:
1. Hvert afbrudt gen begynder 'med en exon og ender med en exon.
2. Eksoner forekommer i samme præcise rækkefølge i mRNA'et, hvori de forekommer i genet.
3. Den samme afbrudte genorganisation er konsekvent til stede i alle væv af organismer.
4. De fleste introner er blokeret i alle læserammer, dvs. termineringskodoner forekommer ofte i deres tre læserammer. Derfor synes de fleste introner ikke at have kodende funktioner.
Betydningen af Split Genes:
Betydningen af splittet organisering af eukaryotiske gener er ikke klart.
1. I nogle tilfælde er forskellige exoner af en genkode for forskellige aktive regioner af proteinmolekylet, fx i tilfælde af antistoffer. Det er således blevet foreslået, at introner er relikvier af evolutionære processer, der bragte forskellige forfædre gener sammen for at danne nye større gener. Det er også muligt, at nogle introner er blevet introduceret inden for visse exoner under udvikling.
2. Introns kan også tilvejebringe forøgede rekombinationshastigheder mellem exoner af et gen og kan således have en vis betydning i genetisk variation.
3. Introns er kendt for at kode for enzymer involveret i behandlingen af hn RNA (heterogen RNA).
Overlappende gener:
Bestemmelsen af nukleotidsekvenser af nogle virale genomer som bakteriofag (ɸx174 har tydeligt vist, at i det mindste nogle gener deler deres nukleotidsekvenser enten delvis eller fuldt ud, sådanne gener kaldes overlappende gener. Overlappende gener er blevet fundet i følgende virus; MS2 ( enkeltstrenget RNA), SV40 (dobbeltstrenget DNA) og fag k (dobbeltstrenget DNA). Det er også blevet opdaget i tryptophan mRNA fra E. coli.
I lyset af den brede forekomst af overlappende gener synes det at dette fænomen er en økonomisk enhed til bedre udnyttelse af genetisk materiale ved pakning af mere genetisk information i lader DNA.
Det vides ikke, om overlappende gener forekommer i andre prokaryoter og i eukaryoter, eller hvis de er begrænset til virus. Overlappende gener kan ikke undergå mutation i 'uafhængigt af hinanden, dvs. de vil mutere sammen, selvom degeneration af kode kan tillade en vis grad af uafhængighed. Derfor vil en enkelt mutation i den overlappende region af sådanne gener ofte resultere i tab af aktiviteter af to genprodukter, hvilket således frembringer pleiotropi.
pseudogener:
I multicellulære organismer findes en bred vifte af DNA-sekvenser, som ikke har nogen åbenbar anvendelse. Nogle af disse sekvenser er defekte kopier af funktionelle gener og kaldes derfor pseudogener. Deres generelle organisation ligner dem af afbrudte gener, da de har sekvenser svarende til introner og exoner.
De er ikke-funktionelle på grund af mutationer, som forhindrer en eller flere, ofte flere af følgende: transkription, RNA-splejsning og translation (på grund af hyppig forekomst af termineringskodoner). Pseudogenerne er fælles træk ved genklynger og forekommer med deres funktionelle modparter. Disse pseudogener er blevet rapporteret hos mennesker, mus og Drosophila. De mest populære eksempler på disse pseudogener omfatter følgende.
(i) Human a-globin og β-globin pseudogenes (Ψ) fundet i hver af de to globinklynger.
(ii) I mus er der få a-globin pseudogener (Ψ), en af dem (Ψα3) er forskellig fra andre pseudogener, da den ikke har introner, som er til stede i a-globingener såvel som i andre pseudogener.
(iii) UsnRNA-serien af pseudogener hos mennesker omfatter U 1 U 2 og U 3 sn RNA pseudogener.
(iv) I Drosophila er histone pseudogener blevet opdaget.
Flere pseudogener mangler introner og ligner modne mRNA-transkripter af deres aktive modstykker, de kaldes forarbejdede pseudogener. Disse pseudogener menes at være omvendte transkripter af modne mRNA'er, som bliver indsat i genomet. Sådanne gener flankeres af direkte gentagelser på 6-21 bp og er placeret hvor som helst i genomet uanset placeringen af de pågældende funktionelle gener. For eksempel muse Ta 3-globin-genet i mus.
Genfamilier:
En genfamilie består af alle de gener, der har beslægtede sekvenser, og antages at have oprindelse danner et fælles stamfund gen ved gent duplikation og efterfølgende mutationelle variation. Medlemmerne af en genfamilie kan være grupperet sammen eller dispergeret på forskellige kromosomer.
Nogle genfamilier består af identiske medlemmer; sådanne gener forekommer altid i klynger og har to (på lavere ekstreme) til hundredvis af identiske gener i tandem. Omfattende tandemrepetition af et gen opstår normalt, når genproduktet er nødvendigt i usædvanligt store mængder, fx gener til rRNA, histon-gener osv.
Medlemmerne af en genfamilie har som regel relaterede funktioner. Når relaterede gener forekommer på flere steder, menes de at være opstået gennem translokation af medlemmer placeret i en klynge. Generne bliver som regel divergerende efter at de bliver spredt. Nogle gange er alle medlemmer af en genfamilie funktionel, men ofte er nogle medlemmer ikke-funktionelle pseudogener.
Det voksne humane hæmoglobin er sammensat af to lignende polypeptider, a- og p-kæderne, kodet af to adskilte gener; generne for a-globin ligger i en klynge på kromosom 16, medens de for P-globin er placeret i kromosom 11.
P-klyngen har fem funktionelle gener (ε, Gy, Ay, δ og β) og en pseudogen (Ψβ1), mens a-klyngen har fire funktionelle gener (ε 2, a 2, a 1 og θ, funktionen af θ er ukendt) og tre pseudogener (yel, vya2, yal). En lignende organisation findes i andre hvirveldyr globin-genklynger.
Medlemmerne af en genfamilie postuleres til at være derivater af et enkelt forfædre gen. Det forfædre gen ville have gennemgået dobbeltarbejde for at give anledning til to kopier af genet. Et af disse gener kunne akkumulere mutationer uden tab af den pågældende funktion.
Dette ville medføre divergens mellem de to genkopier. Disse genkopier kunne gennemgå yderligere overlapninger, hvilket vil give yderligere muligheder for divergens. Dette ville give anledning til en genklynge med medlemmer af en genfamilie.
En genklynge kan udvide eller indgå ved ulige overgang. Ujævnt krydsning er ansvarlig for mange thalassemier; det genererer også Hb Lepore 'og' lib anti-Lepore 'hæmoglobinerne. Overlapning og ulige overgang fører til en løbende omorganisering af genklynger, der fører til deres udvikling.
Nogle gener er organiseret i store klynger, der indeholder mange kopier af et gen i tandem gentagelser. Sådanne gener forekommer i gentagende enheder, som hver består af transkriptionsenheden og den ikke-transkriberede afstandsekvens. En tandem-genklynge behøver ikke nødvendigvis at kode for et enkelt produkt. De gentagende enheder kan indeholde mere end en transkriptionsenhed og ikke-transkriberet afstandsstykke.
Histon-gener, der koder for histonerne H1, H2A, H2B, H3 og H4, er et godt eksempel på en sådan gentagelsesenhed; Antallet af gentagende enheder er 10 i kylling, ~ 22 i mand og op til ~ 100 i D. melanogaster. Histongenerne mangler introner. Histonerne syntetiseres under S-fasen, når DNA'et bliver replikeret, således at nyligt syntetiseret DNA umiddelbart bliver associeret med histoner.
I søpindsvin er de fem histongener arrangeret i en klynge, der danner en gentagende enhed; hvert gen adskilles fra sin nabo ved et ikke-transkriberet spacerområde. Histongenerne danner to brede klasser i søpindsvinet: (1) tidligt (udtrykt i de tidlige faser af embryogenese) og (2) sent (udtrykt senere i embryonisk udvikling).
Den tidlige gruppe har ~ 300 eksemplarer / genom, mens den sene gruppe kun har 10 eksemplarer. De tidlige histongener er organiseret i de gentagende enheder som skitseret i figur. Men de sente histon-gener, der koder for små variantformer af histonerne, dispergeres; de forekommer normalt individuelt eller i løst forbundne (> 10 kb fra hinanden) par.
D. melanogaster histon-generne er arrangeret i gentagende enheder, men generne ligger i forskellig rækkefølge end det, der findes i søpindsvin. I Xenopus laevis er generne organiseret i klynge, men der er heterogenitet i deres organisation. Kyllinggenomet er en klynge af histongener, men generne ligger i en række ordrer "og der er ingen tandem gentagelser. Men hos pattedyr ligger histongenerne normalt i mindre grupper eller endda som individuelle gener.