• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • O ewolucji życia wielokomórkowego

    12.07.2010. 20:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wyniki nowych badań sugerują, że ewolucja życia wielokomórkowego mogła nie wymagać tak znacznej modyfikacji genetycznej, jak dotychczas sądzono. W artykule opublikowanym w magazynie Science międzynarodowy zespół naukowców wyjaśnia sposób porównania genomów dwóch blisko spokrewnionych gatunków alg, tj. wielokomórkowej Volvox carteri i jednokomórkowej Chlamydomonas reinhardtii.

    Życie wielokomórkowe powstało wśród zwierząt, roślin, grzybów oraz krasnorostów i brunatnic więcej niż raz. Niemniej w większości przypadków miało to miejsce tak dawno temu, że prześledzenie zmian genetycznych stojących za przełączeniem się z jednokomórkowego na wielokomórkowy sposób życia jest wyjątkowo trudne.

    Zielone eugleniny volvocina stanowią istotny wyjątek, ponieważ V. carteri i C. reinhardtii oddzieliły się od wspólnego, jednokomórkowego przodka mniej niż 200 milionów lat temu. V. carteri składa się z dwóch typów komórek. Około 2.000 małych komórek jest osadzonych w sferycznej macierzy zewnątrzkomórkowej, a każda z nich jest wyposażona w dwie wici, których V. carteri używa do poruszania się. Natomiast tuż pod tą warstwą leży 16 komórek rozrodczych.

    Zdaniem naukowców poziom dywergencji między dwoma genomami alg jest porównywalny z dywergencją między genomami człowieka i kury.

    "Spodziewaliśmy się większych różnic w rozmiarze genomu, liczbie genów czy rozmiarach rodzin genów między glonem Volvox a glonem Chlamydomonas" - zauważa profesor James Umen z Instytutu Salka w USA. "Zasadniczo okazało się, że jest inaczej."

    Wyszło w sumie na to, że dwa genomy są do siebie niezwykle podobne. To sugeruje, że glon Volvox nie musiał wynajdywać nowych białek, aby przełączyć się na wielokomórkowy sposób życia, tylko czerpał z już posiadanych zasobów genetycznych.

    "To było nieco nieoczekiwane, gdyż do tej pory sądzono, że innowacja na poziomie domeny odgrywa rolę w ewolucji wielokomórkowości w rodzinach roślin i zwierząt" - podkreśla profesor Umen.

    "Gdyby porównać białka do klocków Lego, to glon Chlamydomonas już miał duży zestaw Lego. Glon Volvox nie musiał kupować nowego i mógł eksperymentować z tym, co odziedziczył po swoich przodkach."

    Niemniej analiza pozwoliła na odkrycie pewnych różnic między genomami tych dwóch gatunków. Glon Volvox na przykład ma znacznie więcej genów macierzy zewnątrzkomórkowej. Macierz zewnątrzkomórkowa glonu Volvox jest spokrewniona ze ścianą komórkową glonu Chlamydomonas, a różnicę w rozmiarze i złożoności tych dwóch struktur odzwierciedla liczba i różnorodność genów białek macierzy zewnątrzkomórkowej glonu Volvox.

    Ponadto w przypadku glonu Volvox więcej białek bierze udział w podziale komórkowym i wydaje się, że przystosował on niektóre ze swoich genów do pełnienia nowych funkcji. Na przykład niektóre podtypy w rodzinie genów, biorące udział w budowie macierzy zewnątrzkomórkowej, przekształciły się w hormonalne wyzwalacze różnicowania seksualnego.

    "Przeprowadzone przez nas porównanie glonów Volvox i Chlamydomonas pokazało, że... innowacje rozwojowe rodu Volvox nie obejmują większych zmian w rodowym repertuarze białek" - napisali naukowcy. "Jest to spójne z wcześniejszymi obserwacjami, które wskazywały koopcję genów rodowych w nowych procesach rozwojowych."

    Wybiegając w przyszłość zespół planuje zbadanie regulacji genetycznej glonu Volvox. Naukowcy mają nadzieję, że rzuci to nowe światło na czynniki decydujące o rozwoju wielokomórkowości w tych organizmach.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej, kolagenazy, matryksyny (ang. matrix metalloproteinases, MMPs) – grupa zależnych od cynku enzymów proteolitycznych, należących do endopeptydaz, których podstawową funkcją jest uczestniczenie w fizjologicznych i patologicznych procesach przebudowy składników macierzy zewnątrzkomórkowej i degradowanie ich (remodeling). Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA. Nadrodzina immunoglobulin (synonim: białka immunoglobulinopodobne, ang. immunoglobulin superfamily, IgSF) – grupa białek wyodrębniona na podstawie istnienia w ich strukturze tzw. splotu immunoglobulinowego. Większość członków tej rodziny to białka o masie cząsteczkowej 70-100 kDa. Nadrodzina immunoglobulin jest uznawana za największą grupę białek o podobnej budowie. Na podstawie analizy genomu człowieka zidentyfikowano 756 genów, których produkty białkowe zawierają domenę immunoglobulinową . Białka immunoglobulinopodobne spotykane są również u bakterii, a ich analiza wskazuje, że pochodzą one od genów eukariotycznych i zostały nabyte w trakcie ewolucji na drodze poziomego transferu genów .

    Amelogenina – termin określający grupę ściśle spokrewnionych białek, które są zaangażowane w amelogenezę, czyli rozwój szkliwa zębów. Są one typem białek macierzy zewnątrzkomórkowej, które, wraz z ameloblastyną, enameliną i tufteliną bezpośrednio mineralizują szkliwo do wysoko zorganizowanej macierzy zbudowanej z pryzmatów, szkliwa międzypryzmatycznego i białka. Chociaż dokładna rola amelogenin w regulacji procesu mineralizacji szkliwa jest nieznana, wiadomym jest, że obecne są ich znaczne ilości podczas amelogenezy. Rozwijające się ludzkie szkliwo zawiera 30% białka, z czego 90% stanowią amelogeniny. Kinazy aktywowane mitogenami (kinazy MAP, MAPK, ang. mitogen-activated protein kinases, EC 2.7.11.24) – grupa kinaz białkowych serynowo-treoninowych, odgrywających rolę w regulacji odpowiedzi na sygnały zewnętrzne dochodzące do komórki (mitogeny). Mają one zatem wpływ na ekspresję genów, podziały, różnicowanie, ruch i apoptozę komórek.

    Chromosom 5 – jeden z 23 parzystych chromosomów człowieka. DNA chromosomu 5 liczy około 181 milionów par nukleotydów, co stanowi około 6% materiału genetycznego ludzkiej komórki. Chromosom 5 jest jednym z największych ludzkich chromosomów, ale stosunkowo mało genów ma swoje locus na tym chromosomie; chromosom 5 ma więc niską tzw. gęstość genów. Ma to swój wyraz w dużej liczbie niekodujących i powtarzających się sekwencji. Liczbę genów chromosomu 5 szacuje się na 900-1 300. Transkryptom jest to zestaw cząsteczek mRNA lub ogólniej transkryptów obecny w określonym momencie w komórce, grupie komórek lub organizmie. Transkryptom w przeciwieństwie do genomu jest tworem bardzo dynamicznym. Komórki w odpowiedzi na różne czynniki uruchamiają i wyłączają transkrypcję genów, zmieniając w ten sposób swój transkryptom. Często już kilka minut po zadziałaniu jakiegoś czynnika (np. stresu) na komórki można obserwować powstawanie transkryptów genów reakcji na ten czynnik.

    Poziomy transfer genów, horyzontalny transfer genów (HTG), lateralny transfer genów (LTG) - zjawisko przechodzenie genów między organizmami różnych gatunków, najczęściej pozostającymi ze sobą w ścisłej relacji ekologicznej. Zjawisko jest odpowiedzialne za istnienie 10-20% genów w komórkach prokariotycznych i takie krytyczne dla ewolucji cechy jak oporność na antybiotyki, wirulencja, zdolność przeprowadzania fotosyntezy oraz asymilacji azotu atmosferycznego. W komórkach eukariotycznych proces zachodzi rzadziej, jednak prawdopodobnie był powszechny w początkowym etapie ewolucji eukariontów. Geny, będące wynikiem HGT, w tej domenie stanowią poniżej 1%. Kladogeneza – ewolucja dywergentna. Na poziomie gatunkowym jest wynikiem jednego z mechanizmów specjacji skutkującego powstaniem co najmniej dwóch gatunków potomnych z jednego gatunku macierzystego. Dywergencja może zachodzić również w obrębie gatunku, prowadząc do tworzenia np. odmian geograficznych, jednak wówczas nie jest ona przykładem kladogenezy ze względu na zachodzący pomiędzy tymi oddzielonymi populacjami przepływ genów. Sytuacja, w której z grupy macierzystej ewoluują więcej niż dwie grupy potomne, nazywana jest politomią.

    Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia.

    Klaster – określenie dla grupy blisko leżących genów, które kodują blisko spokrewnione białka. Jeżeli klaster genów jest kontrolowany przez operator to wówczas mówimy o operonie. Nazwa została wprowadzona przez M. Demereca i P. Hartmana w 1959 roku.

    Dodano: 12.07.2010. 20:12  


    Najnowsze