Jenis Transposon dan ciri-ciri



The transposon atau unsur transposable adalah serpihan DNA yang boleh mengubah lokasi mereka dalam genom. Acara bergerak dipanggil transposisi dan boleh melakukannya dari satu kedudukan ke tempat lain, dalam kromosom yang sama, atau menukar kromosom. Mereka hadir dalam semua genom, dan dalam jumlah yang besar. Mereka telah banyak dikaji dalam bakteria, dalam ragi, dalam Drosophila dan dalam jagung.

Unsur-unsur ini dibahagikan kepada dua kumpulan, dengan mengambil kira mekanisme transposisi unsur tersebut. Oleh itu, kita mempunyai retrotransposon yang menggunakan RNA perantaraan (asid ribonukleik), manakala kumpulan kedua menggunakan perantaraan DNA. Kumpulan terakhir ini adalah transposon sensus stricto.

Klasifikasi yang lebih baru dan terperinci menggunakan struktur umum unsur-unsur, kewujudan motif yang sama dan identiti dan kesamaan DNA dan asid amino. Dengan cara ini, subclass, superfamili, keluarga dan subfamili unsur transposable ditakrifkan.

Indeks

  • 1 Perspektif sejarah
  • 2 Ciri umum
    • 2.1 Abundansi
  • 3 Jenis transposon
    • 3.1 Unsur kelas 1
    • 3.2 Unsur kelas 2
  • 4 Bagaimana transposisi menjejaskan tuan rumah?
    • 4.1 Kesan genetik
  • 5 Fungsi unsur-unsur transposable
    • 5.1 Peranan dalam evolusi genom
    • 5.2 Contoh
  • 6 Rujukan

Perspektif sejarah

Terima kasih kepada penyelidikan yang dijalankan dalam jagung (Zea mays) oleh Barbara McClintock pada pertengahan tahun 1940-an, mungkin untuk mengubah pandangan tradisional bahawa setiap gen mempunyai tempat tetap dalam kromosom tertentu, dan tetap dalam genom.

Eksperimen-eksperimen ini menjelaskan bahawa elemen-elemen tertentu mempunyai keupayaan untuk menukar kedudukan, dari satu kromosom ke yang lain.

Pada mulanya, McClintock membentuk istilah "unsur kawalan," kerana mereka mengawal ungkapan gen di mana mereka dimasukkan. Kemudian, unsur-unsur itu dipanggil gen melompat, gen mudah alih, unsur genetik bergerak dan transposon.

Untuk masa yang lama, fenomena ini tidak diterima oleh semua ahli biologi, dan diperlakukan dengan keraguan. Pada masa kini, unsur mudah alih diterima sepenuhnya.

Secara bersejarah, transposons dianggap segmen DNA "egois". Selepas tahun 80-an, perspektif ini mula berubah, kerana mungkin untuk mengenal pasti interaksi dan kesan transposon dalam genom, dari sudut pandangan struktur dan fungsional.

Atas sebab-sebab ini, walaupun pergerakan unsur mungkin merosakkan dalam beberapa kes, ia mungkin berfaedah untuk populasi organisma - serupa dengan "parasit berguna"..

Ciri umum

Transposon adalah serpihan diskret DNA yang mempunyai keupayaan untuk bergerak dalam genom (dipanggil genom "tuan rumah"), secara amnya mencipta salinan sendiri semasa proses penggerak. Pengertian transposon, ciri-ciri mereka dan peranan mereka dalam genom, telah berubah sejak bertahun-tahun.

Sesetengah penulis menganggap bahawa "elemen boleh dipindahkan" adalah istilah payung untuk menamakan satu siri gen dengan ciri-ciri yang berbeza. Kebanyakannya hanya mempunyai urutan yang diperlukan untuk transposisi mereka.

Walaupun semua berkongsi ciri-ciri yang mampu bergerak melalui genom, ada yang dapat meninggalkan salinan diri mereka di tapak asal, yang membawa kepada peningkatan unsur-unsur transposable dalam genom..

Kelimpahan

Susunan organisma yang berlainan (mikroorganisma, tumbuhan, haiwan, antara lain) telah menunjukkan bahawa unsur-unsur transposable wujud hampir di semua makhluk hidup.

Transposon adalah banyak. Dalam genom vertebrata, mereka menduduki 4 hingga 60% daripada semua bahan genetik organisma, dan di amfibia dan dalam kumpulan ikan tertentu, transposon sangat pelbagai. Terdapat kes-kes yang melampau, seperti jagung, di mana transposon membentuk lebih daripada 80% daripada genom tumbuhan ini.

Pada manusia, unsur-unsur transposable dianggap komponen yang paling banyak dalam genom, dengan banyaknya hampir 50%. Walaupun kelimpahannya yang luar biasa, peranan mereka bermain di peringkat genetik belum sepenuhnya dijelaskan.

Untuk membuat angka perbandingan ini, mari kita perhatikan urutan kod pengekodan. Ini ditranskripsikan kepada RNA utusan yang akhirnya diterjemahkan ke dalam protein. Dalam primata, DNA pengekodan merangkumi hanya 2% daripada genom.

Jenis transposon

Secara amnya, unsur-unsur transposable diklasifikasikan mengikut cara di mana mereka digerakkan oleh genom. Dengan cara ini, kita mempunyai dua kategori: unsur kelas 1 dan kelas 2.

Unsur kelas 1

Mereka juga dipanggil unsur RNA, kerana unsur DNA dalam genom ditranskripsikan dalam satu salinan RNA. Kemudian, salinan RNA ditukar kembali ke DNA lain yang dimasukkan ke dalam tapak sasaran genom tuan rumah.

Mereka juga dikenali sebagai elemen retro, kerana pergerakan mereka diberikan oleh aliran maklumat genetik yang terbalik, dari RNA ke DNA.

Bilangan elemen jenis ini dalam genom adalah sangat besar. Contohnya, urutannya Alu dalam genom manusia.

Transposisi adalah jenis replicative, iaitu urutan itu tetap utuh selepas fenomena tersebut.

Unsur kelas 2

Unsur-unsur kelas 2 dikenali sebagai unsur DNA. Dalam kategori ini datanglah transposon yang bergerak sendiri dari satu tempat ke tempat lain, tanpa memerlukan perantara.

Transposisi boleh menjadi jenis replika, seperti dalam hal unsur-unsur kelas I, atau ia boleh menjadi konservatif: unsur itu berpecah dalam kejadian itu, jadi bilangan unsur-unsur transposable tidak meningkat. Item yang ditemui oleh Barbara McClintock adalah milik kelas 2.

Bagaimana transposisi menjejaskan tuan rumah?

Seperti yang telah kami nyatakan, transposon adalah elemen yang boleh bergerak dalam kromosom yang sama, atau melompat ke yang lain. Walau bagaimanapun, kita mesti bertanya kepada diri sendiri bagaimana kecergasan individu disebabkan peristiwa transposisi. Ini bergantung pada asas di mana elemen tersebut dipindahkan.

Oleh itu, penggerak boleh memberi kesan positif atau negatif kepada tuan rumah, sama ada dengan menindas gen, merumuskan ungkapan gen atau mendorong pengambilan semula yang tidak sah.

Sekiranya kecergasan daripada tuan rumah dikurangkan secara drastik, fakta ini akan mempunyai kesan ke atas transposon, kerana kelangsungan hidup organisma adalah penting untuk mengekalkannya.

Atas sebab ini, strategi tertentu telah dikenalpasti di dalam tuan rumah dan di transposon yang membantu mengurangkan kesan negatif transposisi, mencapai keseimbangan.

Sebagai contoh, beberapa transposon perlu dimasukkan ke dalam kawasan yang tidak penting dalam genom. Oleh itu, kesan siri mungkin sedikit, seperti di kawasan heterochromatin.

Di pihak tuan rumah, strategi termasuk metilasi DNA, yang mengurangkan ungkapan unsur transposable. Di samping itu, beberapa RNA yang mengganggu dapat menyumbang kepada kerja ini.

Kesan genetik

Transposisi membawa kepada dua kesan genetik asas. Pertama, mereka menyebabkan mutasi. Sebagai contoh, 10% daripada semua mutasi genetik dalam tetikus adalah hasil transposisi retroelements, kebanyakannya adalah kod pengekodan atau pengawalseliaan.

Kedua, transposon menggalakkan peristiwa rekombinan yang tidak sah, yang mengakibatkan konfigurasi semula gen atau keseluruhan kromosom, yang biasanya membawa mereka penghapusan bahan genetik. Dianggarkan bahawa 0.3% gangguan genetik pada manusia (seperti leukemias keturunan) timbul dengan cara ini.

Adalah dipercayai bahawa pengurangan kecergasan daripada tuan rumah kerana mutasi yang merosakkan adalah sebab utama mengapa unsur-unsur transposable tidak lebih banyak daripada yang sudah.

Fungsi elemen transposable

Pada asalnya ia dianggap bahawa transposon adalah parasit genom yang tidak mempunyai sebarang fungsi dalam tuan rumah mereka. Kini, terima kasih kepada ketersediaan data genom, lebih banyak perhatian telah diberikan kepada fungsi yang mungkin dan peranan transposon dalam evolusi genom..

Sesetengah urutan pengawalseliaan putative telah diperoleh dari unsur-unsur transposable dan telah dipelihara dalam beberapa garis keturunan vertebrata, serta bertanggungjawab untuk beberapa barang baru evolusi.

Peranan dalam evolusi genom

Menurut penyelidikan baru-baru ini, transposon mempunyai kesan yang signifikan terhadap seni bina dan evolusi genom makhluk organik.

Pada skala kecil, transposon mampu menengahi perubahan dalam kumpulan hubungan, walaupun mereka juga mungkin mempunyai lebih banyak kesan yang relevan seperti perubahan struktur yang cukup dalam variasi genomik, seperti penghapusan, duplikasi, inversi, duplikasi dan perpindahan.

Ia dianggap bahawa transposon telah menjadi faktor yang sangat penting yang telah membentuk saiz genom dan komposisinya dalam organisma eukariotik. Malah, terdapat korelasi linear antara saiz genom dan kandungan unsur-unsur transposable.

Contohnya

Transposon juga boleh membawa kepada evolusi adaptif. Contoh-contoh yang jelas tentang sumbangan transposon adalah evolusi sistem kekebalan tubuh dan peraturan transkripasi melalui unsur-unsur non-pengkodean dalam plasenta dan dalam otak mamalia.

Dalam sistem ketahanan vertebrata, setiap jumlah besar antibodi dihasilkan melalui gen dengan tiga urutan (V, D dan J). Urutan ini dipisahkan secara fizikal dalam genom, tetapi mereka bersama semasa respon imun melalui mekanisme yang dikenali sebagai gabungan semula VDJ.

Pada akhir 1990-an, sekumpulan penyelidik mendapati bahawa protein yang bertanggungjawab untuk pengikatan VDJ dikodkan dengan gen RAG1 dan RAG2. Ini introns yang kekurangan dan boleh menyebabkan transposisi urutan tertentu dalam sasaran DNA.

Kekurangan introns adalah ciri umum gen yang diperolehi oleh retrotransisi RNA messenger. Penulis kajian ini mencadangkan bahawa sistem kekebalan vertebrata timbul berkat transposon yang mengandungi nenek moyang gen RAG1 dan RAG2.

Dianggarkan bahawa kira-kira 200,000 penyisipan telah dimasukkan dalam keturunan mamalia.

Rujukan

  1. Ayarpadikannan, S., & Kim, H. S. (2014). Kesan unsur transposable dalam evolusi genom dan ketidakstabilan genetik dan implikasinya dalam pelbagai penyakit. Genomics & informatics, 12(3), 98-104.
  2. Finnegan, D. J. (1989). Unsur-unsur transponder Eukariotik dan evolusi genom. Trend dalam genetik, 5, 103-107.
  3. Griffiths, A.J., Wessler, S.R., Lewontin, R.C., Gelbart, W.M., Suzuki, D.T., & Miller, J.H. (2005). Pengenalan kepada analisis genetik. Macmillan.
  4. Kidwell, M. G., & Lisch, D. R. (2000). Unsur-unsur transposable dan evolusi genom tuan rumah. Trend dalam Ekologi & Evolusi, 15(3), 95-99.
  5. Kidwell, M. G., & Lisch, D. R. (2001). Perspektif: elemen transposable, DNA parasit, dan evolusi genom. Evolusi, 55(1), 1-24.
  6. Kim, Y. J., Lee, J., & Han, K. (2012). Elemen Transposable: Tiada Lagi 'Junk DNA'. Genomics & informatics, 10(4), 226-33.
  7. Muñoz-López, M., & García-Pérez, J. L. (2010). Transposon DNA: sifat dan aplikasi dalam genomik. Genomik semasa, 11(2), 115-28.
  8. Sotero-Caio, C.G., Platt, R.N., Suh, A., & Ray, D.A. (2017). Evolusi dan Kepelbagaian Elemen Transposable dalam Genom Vertebrate. Biologi genom dan evolusi, 9(1), 161-177.