Митохондриальный геном лиственницы оказался самым большим в мире
Ученые из России проанализировали митохондриальный геном (митогеном) лиственницы. Оказалось, что он самый большой среди всех известных живых организмов. Митогеном находится в митохондриях — своего рода «энергетических станциях» клеток. Он представлен митохондриальной ДНК (мтДНК), которая содержит несколько десятков генов белков, необходимых в выработке энергии. Тем не менее вопрос, почему у лиственницы такой большой митогеном, остается открытым. Исследование опубликовано в журнале BMC Genomics.
Относительно недавно науке стало известно, что у растений размеры митогенома намного больше, чем у людей и животных. К примеру, у всех млекопитающих около 16 тысяч пар нуклеотидов (п. н.), а репчатый лук содержит приблизительно 316 тысяч п. н. В то же время секвенированный митогеном сибирской лиственницы насчитывает 11,7 миллиона нуклеотидов. Причины этих существенных различий до сих пор полностью не изучены. Возможно, подобные особенности лежат в основе свойств, которые отличают растения от животных. К примеру, хвойные растения обладают рекордной продолжительностью жизни и повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам окружающей среды. Изучение геномов данных растений может раскрыть механизмы этих особенностей и их дальнейшее применение, например в селекции и биомедицине.
Выбор исследователей не случайно пал на сибирскую лиственницу. Она — ключевой лесообразующий вид экосистем Сибири. Ученые из лаборатории генетической инженерии растений Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН под руководством Юрия Константинова выделили неповрежденные митохондрии и получили ДНК, обогащенную митохондриальной фракцией. После этого исследователи из лаборатории лесной геномики СФУ под руководством профессора Константина Крутовского использовали новейшие технологии секвенирования для расшифровки последовательности нуклеотидов этой ДНК и затем с помощью сложного биоинформатического анализа совместно с исследователями центра высокопроизводительных вычислений СФУ под руководством доцента Дмитрия Кузьмина сумели собрать эти последовательности в единый митогеном и определить его генный состав: кодирующие и некодирующие части.
«На первом этапе, используя высокопроизводительный секвенатор, мы получили огромное количество коротких прочтений мелких фрагментов генома, которые потом необходимо было собрать вместе правильным образом в исходную последовательность генома, для чего мы использовали специальные компьютерные алгоритмы. Кроме этого, мы выделили высококачественную высокомолекулярную фракцию ДНК и использовали новейший секвенатор последнего поколения на основе технологии нанопорового секвенирования, что позволило нам получить очень длинные прочтения нуклеотидных последовательностей митогенома и сильно облегчило его сборку. Используя эти два подхода, мы смогли собрать митогеном общей длиной 11 662 539 нуклеотидов. Кроме того, мы определили 40 генов, кодирующих белки, 34 гена тРНК и 3 рРНК — примерно такое же количество генов содержится и в митогеномах многих других растений», — рассказывает руководитель проекта Константин Крутовский.
Остается загадкой, почему у лиственницы такой большой митохондриальный геном. По словам ученых, на размер митогенома растений могут влиять мобильные генетические элементы и плазмиды — фрагменты ДНК, способные «встраиваться» и перемещаться внутри генома.
«Однако маловероятно, что плазмиды внесли большой вклад, поскольку обнаружено относительно мало плазмидоподобных вставок: 0,11% от всего митогенома. К мобильным генетическим элементам же можно отнести около 11,14% всего митохондриального генома. С другой стороны, хотя и принято считать, что гены митохондрий эволюционируют медленнее, чем пластидные или ядерные, есть сообщения о том, что скорость, с которой митогеномы растений накапливают замены, может существенно различаться как между генами, так и между видами», — объясняет участница исследования и соавтор статьи, аспирантка кафедры геномики и биоинформатики СФУ Евгения Бондар.
«В России нет других лабораторий, специализирующихся на секвенировании и сборке геномов, которые длиннее человеческого. А у хвойных растений геном в 5–10 раз больше нашего. Кроме того, митогеномы растений уникальны своими размерами и непохожестью у разных видов, и их изучение может помочь человечеству понять особенности эволюции растений, в частности хвойных, и генетические механизмы их уникального долголетия и устойчивости к экстремальным погодным условиям, таким, например, как засуха и низкие температуры», — заключает другая участница исследования и ведущий автор статьи, отрудница кафедры биофизики СФУ Юлия Путинцева.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.
Источник
Митохондриальная днк растений размер
- Домой
- Пропедевтика внутренних болезней
- Гистология
- Учебное видео
- Библиотека медицинская
- Акушерство
- Анатомия для хирурга
- Гинекология
- Дерматология
- Диагностика болезней
- Кардиология
- Неврология
- Онкология
- Отоларингология
- Патофизиология
- Стоматология
- Психология
- Общая реабилиталогия
- Травматология
- Фармация
- Хирургические болезни
- Торакальная хирургия
- Общая эпидемиология
Митохондрии. Митохондриальный геном.
Митохондрии — это цитоплазм этические органеллы в клетках животных и растений. Функция митохондрий как энергетической фабрики клетки заключается в синтезе АТР. Синтез этой молекулы осуществляется в процессах транспорта электронов и окислительного фосфорилирования. В митохондриях происходит окисление молекулярным кислородом пирувата и жирных кислот до С02 и Н2О.
Это энергетически выгодный процесс, поскольку на одну молекулу окисляемой глюкозы образуется 36 молекул АТР, а не две, как при гликолизе глюкозы. Снижение энергетического обеспечения клеток особенно тяжело сказывается на тех тканях и органах, в которых происходят энергоемкие процессы. Так у человека мутации в молекуле мтДНК приводят к тяжелым болезням, от которых в большей степени страдают нервная система, мышцы, органы зрения и сердце.
У простейших (парамеции и трипаносомы) размер митохондриального генома составляет 22 т.п.н., у животных- 16-19 т.п.н., а у растений на 1-2 порядка больше (150-2 500 т.п.н.). У животных в одной митохондрии может быть от 2 до 50 молекул ДНК. Что касается числа митохондрий в клетке, то оно значительно варьирует: от нескольких десятков у дрожжей, до 1000 в печени крысы и миллионов — в яйцеклетке лягушки. Таким образом, копийность митохондриального генома измеряется в десятках и тысячах молекул ДН К на клетку. Разницу в этих цифрах можно объяснить функциональной различной значимостью митохондрий для разного типа клеток.
Митохондрии находятся в цитоплазме эукариотических клеток, как животных, так и растений. Эти клеточные органеллы имеют наружную и внутреннюю мембрану, образующую многочисленные складки — кристы. Наружная мембрана содержит белок порин, образующий каналы в липидном бислое. В состав внутренней мембраны входят транспортные белки, ферментный комплекс АТР-синтетаза, а также комплексы ферментов, участвующих в переносе электронов и окислительном фосфорилировании. В матриксе митохондрий находятся копии ДНК, рибосомы, тРНК и ферменты, превращающие пируват и жирные кислоты в ацетил-СоА, окисляемый в цикле лимонной кислоты. Белковые субъединицы, синтезированные на рибосомах цитоплазмы, поступают в митохондрии и соединяются с митохондриальными белками при образовании олигомерных комплексов.
Митохондрии, как поставщики энергии, присутствуют как в эукариотических, так и в прокариотических клетках. У растений хлоропласты в ночное время прекращают синтез молекул АТР, в это время суток эти высокоэнергетические молекулы синтезируются в митохондриях. Форма митохондриальной ДНК, как правило, кольцевая. Однако некоторые виды одноклеточной водоросли хламидомонады (С. reinhardii, С. smithi) имеют линейную форму мтДНК.
Размер мтДНК у растений измеряется в сотнях и тысячах п.н. Так у дикой редьки размер мтДНК —218, кукурузы — 367 т.п.н. Большая часть митохондриального генома растений имеет различные некодирующие последовательности, включая длинные повторы, создающие возможность внутримолекулярной рекомбинации. Эта особенность отличает митохондриальный геном растений от мтДНК животных и человека, у которых, за редким исключением, отсутствуют такие последовательности как повторы и интроны. В отличие от хлоропластов в митохондриях растений (кукурузы, сорго, фасоли, подсолнечника) встречаются кольцевые и линейные плазмиды.
Линейные плазмиды кукурузы имеют инвертированные повторы — TIR; такие же повторы есть в мтДНК, что увеличивает вероятность процесса рекомбинации и внедрения плазмид в мтДНК.
Митохондриальный геном растений невелик, он кодирует.
• рибосомные РНК;
• некоторые рибосомные белки (у высших растений);
• от4до30тРНК;
• 9 субъединиц NADH-дегидрогеназы, катализирующих окислительно-восстановительные реакции;
• 5 белков, участвующих в биогенезе цитохрома с — переносчика электронов от комплекса III к комплексу IV;
• 3 субъединицы цитохромоксидазы (комплекс IV);
• 4 субъединицы АТРазы, которая использует поток протонов для синтеза АТР из ADP и Pi.
Однако большая часть рибосомных белков и белков, обеспечивающих процесс окислительного фосфорилирования, кодируется ядерными генами.
— Вернуться в оглавление раздела «Генетика.»
Источник