1977m. Fred Sanger su kolegomis nuskaitė (sekvenavo) pirmąjį DNR
genomą. Jis priklausė bakteriofagui φX174 ir buvo tik 5386 nukleotidų
ilgio. Vėliau (ypač Žmogaus Genomo Projekto metu) metodai buvo
automatizuoti, rezultatų analizė kompiuterizuota, tai leido greitai
nuskaityti didelius genomus (bakterijų genomai ~100X didesni už
virusų, o eukariotų ~100X didesni už bakterijų). Šiuo metu jau
sekvenuota ~2000 virusų, 940 bakterijų, 48 archėjų ir 162 eukariotų
genomai. Mokslininkai stengiasi atrinkti kandidatus sekvenavimui iš
kuo įvairesnių (filogenetiškai tolimų) taksonų, pvz., eukariotų
sekvenuotų genomų medis:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/genom_tree.cgi .
2008 02 14d. žurnale Nature paskelbtas straipsnis apie pirmuonio
Monosiga brevicollis (priklauso Choanoflagellata (apykaklinių
žiuželinių?) klasei
http://en.wikipedia.org/wiki/Choanoflagellate )
sekvenuotą genomą. Ši klasė mokslininkus domino jau seniai dėl jų
panašumo į pinčių "mitybines ląsteles" - choanocitus ir galimo artimo
giminingumo gyvūnams (metazoa). Šiuos teiginius palaiko pastarojo
dešimtmečio choanoflagelatų mitochondrijų ir branduolio genų tyrimai.
Filogenetinė analizė parodė, kad choanoflagelatai atsirado ankščiau
nei gyvūnai (pav. 1 - tuščias apskritimas - bendras choanoflagelatų ir
gyvūnų protėvis). Šiuo metu žinoma 125 choanoflagelatų rūšys, jie gali
būt vienaląsčiai (kaip M. brevicollis) arba formuoti paprastas vienodų
ląstelių kolonijas.
M. brevicollis genomas sekvenuotas ir lygintas su kitų metazoa ir
eukariotų genomais. Ypač domino tarpląstelinėje sąveikoje
dalyvaujantys (būdingi daugialąsčiams) genai koduojantys ląstelės
adhesijos receptorių (pav. 2), ekstraląstelinio matrikso (pav. 2 -
ECM), transkripcijos faktorių, signalo perdavimo grandinės baltymų
domenus (už funkciją atsakinga baltymo dalis). Giminingų sekų ieškota
metazoa ir kitų eukariotų genomuose (pav. 2). Rasta adhezijos domenų,
kurie ankščiau buvo būdingi tik metazoa (pav. 2) (kadherinai,
imunoglobulinai (tik 5 pas M. brevicollis, metazoa turi ~150 - ~1500,
tai rodo, kad šios baltymų superšeimos radiacija įvyko jau atsiskyrus
metazoa ir choanoflagelata)). Adhezijos molekulės jungiasi prie
ekstraląstelinio matrikso (3 pav.). M. brevicollis genome rasti šie
metazoa būdingi ECM domenai: kolageno ir laminino (abu metazoa
ląstelėse sudaro pamatinę membraną) Tai leidžia teigti, kad ECM
atsirado ankščiau nei metazoa, dabartinių choanoflagelatų jis
naudojamas formuojant kolonijas arba prisitvirtinti prie substrato (M.
brevicollis atveju).
Lyginant choanoflagelata ir metazoa viduląstelinius signalinius
kelius, panašumų rasta mažai. Todėl manoma, kad bendras jų protėvis
spacifinių metazoa signalinių kelių neturėjo. Tačiau M. brevicollis
rasta fosfotirozino (pTyr) signalinis kelias prieš tai aptiktas
pagrinde metazoa. Tačiau šio kelio naudojimas skiriasi nuo metazoa.
Tai iliustruoja domenų su kuriais aptinkami pTyr kelio komponentai
(kinazės, fosfatazės, SH2 domenai) palyginimas (pav. 4). M.
brevicollis turi daugiau tik jam būdingų domenų kombinacijų (4 pav.,
pTyr signaling, purpurinė spalva) negu bendrų su metazoa (4 pav. pTyr,
pilka). Ras, Rho, pSer/Thr keliai būdingi daugumai eukariotų, todėl
čia dominuoja kartu metazoa ir M. brevicollis aptinkamos domenų
kombinacijos (pav. 4, pilki stulpeliai). Galbūt bendras protėvis
turėjo paprastą pTyr kelią, kuris vėliau stipriai divergavo metazoa ir
choanoflagelata linijose.
Transkripcijos aparatas panašus į daugelio eukariotų (12 RNR pol II
subvienetų ir dauguma transkripcijos elongacijos faktorių). be tipiškų
eukariotams transkripcijos faktorių - Homeodomeno ir FOX (forkhead
box) rasta ir metazoa specifinių - p53, Myc, Sox/TCF (pav. 2,
transcription factors) (šie genai bendro protėvio galbūt buvo
naudojami formuoti keletą ląstelių tipų vienam organizme ir bus
ateities tyrimų objektas choanoflagelatuose), bet neaptikta už metazoa
kūno vystymąsi atsakingų HOX, ETS, NHR, POU, T-Box genų (2 pav.).
Fosilijos rodo, kad choanoflagelatų, pinčių ir kitų gyvūnų bendras
protėvis gyveno Prekambre (prieš daugiau nei 600 mln. m.). Metazoa
atsiradimas buvo esminis įvykis gyvybės istorijoje, tačiau kol kas
mažai žinoma kokie genetiniai pakitimai lėmė šį kokybinį šuolį.
Metazoa ir jiems giminingų organizmų genomų lyginimas praturtina
žinias apie daugialąstiškumo kilmę. Tačiau didelis evoliucinis
atstumas ir tarpinių formų nebuvimas apsunkina tyrimus. Tikimasi, kad
tarpdisciplinis požiūris apjungiant choanoflagelatų ląstelės
biologiją, ekologiją bei Prekambro biogeochemija padės atskleist
vidinius bei išorinius faktorius lėmusius gyvūnų kilmę.
Jeigu domina kokie genomai ir kodėl sekvenuojami šiuo metu,
aplankykite Joint Genome Institute tinklapy:
http://www.jgi.doe.gov/sequencing/cspseqplans2008.htmlKas norite bendrai pasidomėti bioinformatika rekomenduoju:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=sefPagal: The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the
origin of metazoans Vol 451| 14 February 2008| doi:10.1038/nature06617
--
Su pagarba
Darius Kazlauskas
http://groups.google.com/group/g-mokslai
+370 60191333