Genom

In der modernen molekularen Biologie und Genetik ist das Genom die Gesamtheit einer erblichen Information eines Organismus. Es wird entweder in der DNA oder für viele Typen des Virus in der RNS verschlüsselt. Das Genom schließt sowohl die Gene als auch die Nichtcodierfolgen der DNA/RNS ein.

Ursprung des Begriffes

Der Begriff wurde 1920 von Hans Winkler, Professor der Botanik an der Universität Hamburgs, Deutschland angepasst. In Griechisch bedeutet das Wortgenom (), dass "Ich werde, bin ich geboren, um zu entstehen". Das englische Wörterbuch von Oxford deutet den Namen an, eine Mischung des Wortgens und Chromosoms zu sein. Einige haben sich bezogen-ome Wörter haben bereits, wie biome und Rhizom bestanden, ein Vokabular bildend, in das Genom systematisch passt.

Übersicht

Einige Organismen haben vielfache Kopien von Chromosomen, diploid, triploid, tetraploid und so weiter. In der klassischen Genetik in einem sich sexuell vermehrenden Organismus (normalerweise eukarya) hat die Geschlechtszelle Hälfte der Zahl von Chromosomen der somatischen Zelle, und das Genom ist ein voller Satz von Chromosomen in einer Geschlechtszelle. In haploid Organismen, einschließlich Zellen von Bakterien, setzen archaea, und in organelles einschließlich mitochondria und Chloroplasten oder Viren, die ähnlich Gene, die Single oder den Satz von kreisförmigen und/oder geradlinigen Ketten der DNA (oder RNS für einige Viren) ebenfalls enthalten, das Genom ein. Der Begriff Genom kann spezifisch angewandt werden, um zu bedeuten, dass auf einem ganzen Satz der Kern-DNA (d. h., das "Kerngenom") versorgt hat, aber auch darauf angewandt werden kann, das innerhalb von organelles versorgt ist, die ihre eigene DNA, als mit "mitochondrial Genom" oder das "Chloroplast-Genom" enthalten. Zusätzlich kann das Genom nichtchromosomale genetische Elemente wie Viren, plasmids, und transposable Elemente umfassen.

Wenn Leute sagen, dass das Genom einer sich sexuell vermehrenden Art "sequenced" gewesen ist, normalerweise beziehen sie sich auf einen Entschluss von den Folgen eines Satzes von autosomes und einen jedes Typs des Sexualchromosoms, die zusammen beide der möglichen Geschlechter vertreten. Sogar in Arten, die in nur einem Geschlecht bestehen, was als "eine Genom-Folge" beschrieben wird, kann eine von den Chromosomen von verschiedenen Personen gelesene Zusammensetzung sein. Im allgemeinen Gebrauch wird der Ausdruck "genetisches Make-Up" manchmal gesprächig verwendet, um das Genom einer besonderen Person oder Organismus zu bedeuten. Die Studie der globalen Eigenschaften von Genomen von zusammenhängenden Organismen wird gewöhnlich genomics genannt, der sie von der Genetik unterscheidet, die allgemein die Eigenschaften von einzelnen Genen oder Gruppen von Genen studiert.

Sowohl die Zahl von Grundpaaren als auch die Zahl von Genen ändern sich weit von einer Art bis einen anderen, und es gibt nur eine raue Korrelation zwischen den zwei (eine Beobachtung, die als das C-Wertparadox bekannt ist). Zurzeit ist die höchste bekannte Zahl von Genen ungefähr 60,000 für das Protozoon, das trichomoniasis verursacht (sieh Liste von sequenced eukaryotic Genome), fast dreimal so viel wie im menschlichen Erbgut.

Eine Analogie zum auf der DNA versorgten menschlichen Erbgut ist die von in einem Buch versorgten Instruktionen:

  • Das Buch (Genom) würde 23 Kapitel (Chromosomen) enthalten;
  • jedes Kapitel enthält 48 bis 250 Millionen Briefe (A, C, G, T) ohne Räume;
  • Folglich enthält das Buch mehr als 3.2 Milliarden ganze Briefe;
  • Das Buch baut einen Zellkern die Größe einer Nadelspitze ein;
  • Mindestens eine Kopie des Buches (alle 23 Kapitel) wird in den meisten Zellen unseres Körpers enthalten. Die einzige Ausnahme in Menschen wird in reifen roten Blutzellen gefunden, die enucleated während der Entwicklung werden und deshalb an einem Genom Mangel haben.

Sequencing und kartografisch darzustellen

1976 war Walter Fiers an der Universität Gents (Belgien) erst, um die ganze nucleotide Folge eines Viren-RNS-Genoms (bacteriophage MS2) zu gründen. Im nächsten Jahr ist Phage Φ-X174, mit nur 5386 Grundpaaren, das erste Projekt des DNA-GENOMS geworden, von Fred Sanger vollendet zu werden. Die ersten ganzen Genom-Folgen für Vertreter von allen 3 Gebieten des Lebens wurden innerhalb einer kurzen Periode während der Mitte der 1990er Jahre veröffentlicht. Das erste Bakteriengenom, um sequenced zu sein, war das von Haemophilus influenzae, die von einer Mannschaft am Institut für die Genomic Forschung 1995 vollendet sind. Ein paar Monate später wurde das erste eukaryotic Genom, mit den 16 Chromosomen der knospenden Hefe Saccharomyces cerevisiae vollendet, der als das Ergebnis einer Europäer-geführten Mitte der 1980er Jahre begonnenen Anstrengung wird veröffentlicht. Kurz später, 1996, wurde die erste Genom-Folge für einen archaeon, Methanococcus jannaschii, wieder vom Institut für die Genomic Forschung vollendet.

Die Entwicklung von neuen Technologien hat es drastisch leichter und preiswerter gemacht, um sequencing zu tun, und die Zahl von ganzen Genom-Folgen wächst schnell. Die Nationalen US-Institute für die Gesundheit erhalten eine von mehreren umfassenden Datenbanken der genomic Information aufrecht. Unter den Tausenden vom vollendeten Genom sequencing Projekte schließen diejenigen für die Maus, den Reis, das Werk Arabidopsis thaliana, der Puffer-Fisch und die Bakterien wie E. coli ein.

Neue sequencing Technologien haben auch die Aussicht des persönlichen Genoms sequencing als ein wichtiges diagnostisches Werkzeug geöffnet. Ein Hauptschritt zu dieser Absicht war die Vollziehung 2007 des vollen Genoms von James D. Watson, einen der Co-Entdecker der Struktur der DNA.

Wohingegen eine Genom-Folge die Ordnung jeder DNA-Basis in einem Genom verzeichnet, identifiziert eine Genom-Karte die Grenzsteine. Eine Genom-Karte ist weniger ausführlich als eine Genom-Folge und Hilfe im Steuern um das Genom. Das Humangenomprojekt wurde organisiert, um kartografisch darzustellen, und zur Folge das menschliche Erbgut. Ein grundsätzlicher Schritt im Humangenomprojekt war die Ausgabe einer ausführlichen Genomic-Karte durch Jean Weissenbach und seine Mannschaft an Genoscope in Paris.

Genom-Zusammensetzungen

Genom-Zusammensetzung wird verwendet, um das Zusammensetzen aus dem Inhalt eines haploid Genoms zu beschreiben, das Genom-Größe, Verhältnisse der nichtwiederholenden DNA und wiederholenden DNA in Details einschließen sollte. Durch das Vergleichen von Genom-Zusammensetzungen zwischen Genomen hilft es Leuten, die besser Evolutionsgeschichte des Genoms verstehen.

Wenn

man über die Genom-Zusammensetzung spricht, sollte man zwischen prokaryotes und eukaryotes als die großen Unterschiede auf der Inhalt-Struktur unterscheiden, die sie haben. In prokaryotes ist der grösste Teil des Genoms (85-90 %) nichtwiederholende DNA, was bedeutet, DNA zu codieren, hauptsächlich bildet es, während das Nichtcodieren von Gebieten nur einen kleinen Teil nimmt. Im Gegenteil haben eukaryotes die Eigenschaft der exon-intron Organisation von Protein-Codiergenen; die Schwankung des wiederholenden DNA-Inhalts in eukaryotes ist auch äußerst hoch. Wenn sich auf mammalians und Werke beziehen, wird der Hauptteil des Genoms durch die wiederholende DNA zusammengesetzt.

Die meisten biologischen Entitäten, die komplizierter sind als ein Virus manchmal oder immer zusätzliches genetisches Material außer dem tragen, was in ihren Chromosomen wohnt. In einigen Zusammenhängen, wie sequencing das Genom einer pathogenen Mikrobe, wird "Genom" gemeint, um Information einzuschließen, die auf diesem Hilfsmaterial versorgt ist, das in plasmids getragen wird. In solchen Verhältnissen dann beschreibt "Genom" alle Gene und Information über das Nichtcodieren der DNA, die das Potenzial haben, um da zu sein.

In eukaryotes wie Werke, protozoa und Tiere, jedoch, trägt "Genom" die typische Konnotation nur der Information über die chromosomale DNA. So, obwohl diese Organismen Chloroplasten und/oder mitochondria enthalten, die ihre eigene DNA haben, wird die genetische Information, die durch die DNA innerhalb dieser organelles enthalten ist, als ein Teil des Genoms nicht betrachtet. Tatsächlich, wie man manchmal sagt, haben mitochondria ihr eigenes Genom, das häufig auf als "mitochondrial Genom" verwiesen ist. Die innerhalb des Chloroplasten gefundene DNA kann den "plastome" genannt werden.

Genom-Größe

Genom-Größe ist die Gesamtzahl von DNA-Grundpaaren in einer Kopie eines haploid Genoms. Die Genom-Größe wird mit der morphologischen Kompliziertheit unter prokaryotes und tiefer eukaryotes positiv aufeinander bezogen; jedoch, nach Weichtieren und alle ander höher eukaryotes oben, ist diese Korrelation nicht mehr wirksam. Dieses Phänomen zeigt auch an, dass der mächtige Einfluss, der aus der wiederholenden DNA kommt, den Genomen folgt.

Da Genome sehr kompliziert sind, ist eine Forschungsstrategie, die Anzahl von Genen in einem Genom zum bloßen Minimum zu vermindern und noch den fraglichen Organismus zu haben, überleben. Es gibt experimentelle Arbeit, die auf minimalen Genomen für einzelne Zellorganismen sowie minimalen Genomen für Mehrzellorganismen wird tut (sieh Entwicklungsbiologie). Die Arbeit ist sowohl in vivo als auch in silico.

Verhältnis der nichtwiederholenden DNA

Das Verhältnis der nichtwiederholenden DNA wird durch das Verwenden der Länge der nichtwiederholenden DNA berechnet teilen sich durch die Genom-Größe. Protein codierende Gene und RNS codierende Gene sind allgemein nichtwiederholende DNA. Größeres Genom bedeutet mehr Gene und das Verhältnis von nichtwiederholenden DNA-Abnahmen zusammen mit der Zunahme der Genom-Größe in höher eukaryotes nicht.

Es war gefunden worden, dass sich das Verhältnis der nichtwiederholenden DNA sehr zwischen Arten ändern kann. Einige E. coli als prokaryotes haben nur nichtwiederholende DNA, senken eukaryotes wie C.elegans und Taufliege, besitzen noch mehr nichtwiederholende DNA als wiederholende DNA. Höher neigen eukaryotes dazu, mehr wiederholende DNA zu haben, als nichtwiederholende. In einigen Werken und Amphibien ist das Verhältnis der nichtwiederholenden DNA nicht mehr als 20 %, ein Minderheitsbestandteil werdend.

Verhältnis der wiederholenden DNA

Das Verhältnis der wiederholenden DNA wird durch das Verwenden der Länge der wiederholenden DNA berechnet teilen sich durch die Genom-Größe. Es gibt zwei Kategorien der wiederholenden DNA im Genom: Tandem wiederholt sich und eingestreute Wiederholungen.

Tandem-Wiederholungen

Tandem-Wiederholungen werden gewöhnlich durch die Schlüpfrigkeit während der Erwiderung, des ungleichen Hinübergehens und der Genkonvertierung verursacht, Satelliten-DNA und Mikrosatelliten sind Formen von Tandem-Wiederholungen im Genom. Obwohl Tandem-Wiederholungen ein bedeutendes Verhältnis im Genom wert sind, ist das größte Verhältnis im Säugetier-der andere Typ, eingestreute Wiederholungen.

Eingestreute Wiederholungen

Eingestreute Wiederholungen werden von transposable Elementen (TEs) hauptsächlich gekommen, er schließt auch ein Protein ein, das Genfamilien und Pseudogene codiert. Elemente von Transposable sind im Stande, ins Genom an einer anderen Seite innerhalb der Zelle zu integrieren. Es wird geglaubt, dass TEs eine wichtige treibende Kraft auf der Genom-Evolution höher eukaryotes ist. TEs kann in zwei Kategorien, Klasse 1 (retrotransposons) und Klasse 2 (DNA transposons) eingeteilt werden.

Retrotransposons

Retrotransposons kann in die RNS abgeschrieben werden, die dann an einer anderen Seite ins Genom kopiert hat. Es kann sein teilen sich in Endwiederholungen von Long (LTRs) und Nichtlange Endwiederholungen (Non-LTR).

Langes Terminal wiederholt

LTRs sind retroviruses ähnlich, die sowohl Knebel als auch pol Gene haben, um cDNA von der RNS und den Proteinen zu machen, um ins Genom einzufügen, aber LTR kann nur innerhalb der Zelle handeln, weil sie an env Gen in retroviruses Mangel haben. Es war berichtet worden, dass LTR größter Bruchteil im grössten Teil des Pflanzengenoms bestehen und für die riesige Schwankung in der Genom-Größe verantwortlich sein könnten.

Nichtlange Endwiederholungen (Non-LTRs)

Non-LTR kann in lange eingestreute Elemente (LINIEN), kurze eingestreute Elemente (SINUS) und Penelope ähnliche Elemente geteilt werden. In Dictyostelium discoideum gibt es einen anderen DIRS ähnliche Elemente gehören Non-LTRs. Non-LTR wird in eukaryotic Genomen weit ausgebreitet.

Lange sind eingestreute Elemente (LINIEN) im Stande, zwei Offene Lesen-Rahmen (ORFs) zu verschlüsseln, um transcriptase und endonuclease zu erzeugen, die in retrotransposition notwendig sind. Menschliches Erbgut hat ungefähr 500,000 LINIEN, 17 % des Genoms nehmend.

Kurze eingestreute Elemente (SINUS) sind gewöhnlich weniger als 500 Grundpaare und müssen mit der LINIEN-Maschinerie hinzuwählen, um als nichtautonomer retrotransposons zu fungieren. Element von Alu ist die allgemeinsten SINUS, die in Primaten, es Länge ungefähr 350 Grundpaare gefunden sind, und nehmen Sie 11 % des menschlichen Erbgutes, zählt ungefähr 1,500,000 Kopien auf.

DNA transposons

DNA transposons bewegt sich allgemein durch die "Kürzung und den Teig" im Genom, aber Verdoppelung ist auch beobachtet worden. Klasse 2 verwenden TEs RNS als Zwischenglied nicht und sind in Bakterien in metazoan populär, der es auch gefunden worden ist.

Genom-Evolution

Genome sind mehr als die Summe Gene eines Organismus und haben Charakterzüge, die gemessen und ohne Berücksichtigung der Details irgendwelcher besonderen Gene und ihrer Produkte studiert werden können. Forscher vergleichen Charakterzüge wie Chromosom-Zahl (karyotype), Genom-Größe, Genordnung, codon Gebrauch-Neigung und GC-Inhalt, um zu bestimmen, welche Mechanismen die große Vielfalt von Genomen erzeugt haben könnten, die heute bestehen (für neue Übersichten, sieh Brown 2002; Saccone und Pesole 2003; Benfey und Protopapas 2004; Gibson und Muse 2004; Reese 2004; Gregory 2005).

Verdoppelungen spielen eine Hauptrolle im Formen des Genoms. Verdoppelungen können sich von der Erweiterung von kurzen Tandem-Wiederholungen, zur Verdoppelung einer Traube von Genen, und den ganzen Weg zu Verdoppelungen von kompletten Chromosomen oder sogar kompletten Genomen erstrecken. Solche Verdoppelungen sind wahrscheinlich für die Entwicklung der genetischen Neuheit grundsätzlich.

Horizontale Genübertragung wird angerufen, um zu erklären, wie es häufig äußerste Ähnlichkeit zwischen kleinen Teilen der Genome von zwei Organismen gibt, die sonst sehr entfernt verbunden werden. Horizontale Genübertragung scheint, unter vielen Mikroben üblich zu sein. Außerdem scheinen Eukaryotic-Zellen, eine Übertragung von einem genetischen Material von ihrem Chloroplasten und mitochondrial Genomen zu ihren Kernchromosomen erfahren zu haben.

Siehe auch

Volles Genom sequencing

Weiterführende Literatur

Außenverbindungen


Goldenes Verhältnis / Grislibär
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