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7.9: Eukaryotische Genetik - Biologie

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7.9: Eukaryotische Genetik

Vorschlag des Reverse-Flow-Modells für den Ursprung der eukaryontischen Zelle basierend auf vergleichenden Analysen des Archaeenstoffwechsels von Asgard

Der Ursprung der Eukaryoten stellt ein ungelöstes Rätsel in der Evolutionsbiologie dar. Aktuelle Forschungen legen nahe, dass Eukaryoten aus einer Verschmelzung eines Wirts archaeeller Abstammung und eines alphaproteobakteriellen Endosymbionten entstanden sind. Die Entdeckung der Asgard-Archaea, eines vorgeschlagenen archaealen Superphylums, das Lokiarchaeota, Thorarchaeota, Odinarchaeota und Heimdallarchaeota umfasst, die vermutlich die nächsten archaealen Verwandten von Eukaryoten umfassen, hat dazu beigetragen, die Identität des mutmaßlichen archaealen Wirts aufzuklären. Während bei Lokiarchaeota ein wasserstoffabhängiger Stoffwechsel vermutet wird, ist über das metabolische Potenzial anderer Mitglieder des Asgard-Superphylums wenig bekannt. Durch vergleichende Genomik und Phylogenetik leiten wir die zentralen Stoffwechselwege der Asgard-Archaea ab, um aktuelle Modelle zur Herkunft von Eukaryoten verfeinern zu können. Unsere Analysen zeigen, dass Thorarchaeota und Lokiarchaeota Proteine ​​kodieren, die für die Kohlenstofffixierung über den Wood-Ljungdahl-Weg und für die Gewinnung von Reduktionsäquivalenten aus organischen Substraten notwendig sind. Im Gegensatz dazu kodieren die Genome von Heimdallarchaeum LC2 und LC3 Enzyme, die möglicherweise die Oxidation organischer Substrate mit Nitrat oder Sauerstoff als Elektronenakzeptoren ermöglichen. Das Genrepertoire von Heimdallarchaeum AB125 und Odinarchaeum weist darauf hin, dass diese Organismen organische Substrate fermentieren und Energie sparen können, indem sie Ferredoxin-Reoxidation mit respiratorischer Protonenreduktion koppeln. Insgesamt deuten unsere Genomanalysen darauf hin, dass Asgard-Vertreter in erster Linie organoheterotrophe mit variabler Kapazität für Wasserstoffverbrauch und -produktion sind. Auf dieser Grundlage schlagen wir das „Reverse-Flow-Modell“ vor, ein aktualisiertes symbiogenetisches Modell für die Herkunft von Eukaryoten, das einen Elektronen- oder Wasserstofffluss von einem organoheterotrophen Archaeenwirt zu einem bakteriellen Symbionten beinhaltet.


Grundlegende Methoden der Molekularbiologie

Basic Methods in Molecular Biology diskutiert das Herzstück der jüngsten Revolution in der Biologie – die Entwicklung der Technologie der Genetik. Die Errungenschaften auf diesem Gebiet haben einfach die Arbeitsweise von Biologen und, vielleicht noch wichtiger, ihre Denkweise verändert. Darüber hinaus haben sich Wissenschaftler aus einem so breiten Spektrum von Disziplinen noch nie in ein so kleines und leicht geheimnisvolles Feld gestürzt, um etwas von der Technologie zu lernen und mitzunehmen. Dieses Buch umfasst 21 Kapitel, die mit drei einleitenden Kapiteln beginnen, die die Grundlagen der Molekularbiologie, die Werkzeuge des Molekularbiologen und allgemeine Vorbereitungen, Verfahren und Überlegungen zur Verwendung des Buches behandeln. Die folgenden Kapitel diskutieren dann Klonierungsvektoren und Bakterienzellen Herstellung von DNA aus eukaryontischen Zellen Sondierung von Nukleinsäuren Plasmid DNA-Präparation DNA-Restriktionsfragment-Präparation Reinigung von DNA und Präparation und Analyse von RNA aus eukaryontischen Zellen. Andere Kapitel behandeln die Herstellung von DNA aus Bakteriophagenklonen Klonierung von DNA aus dem eukaryotischen Genom Subklonierung in Plasmide M13 Klonierung und Sequenzierung weitere Charakterisierung der klonierten DNA Transfektion von Säugerzellen in Kulturproteinmethoden allgemeine Methoden und spezielle Methoden. Dieses Buch ist für Praktiker in den Bereichen Biologie und Molekulargenetik von Interesse.

Basic Methods in Molecular Biology diskutiert das Herzstück der jüngsten Revolution in der Biologie – die Entwicklung der Technologie der Genetik. Die Errungenschaften auf diesem Gebiet haben einfach die Arbeitsweise von Biologen und, vielleicht noch wichtiger, ihre Denkweise verändert. Darüber hinaus haben sich Wissenschaftler aus einem so breiten Spektrum von Disziplinen noch nie in ein so kleines und leicht geheimnisvolles Feld gestürzt, um etwas von der Technologie zu lernen und mitzunehmen. Dieses Buch umfasst 21 Kapitel, die mit drei einleitenden Kapiteln beginnen, die die Grundlagen der Molekularbiologie, die Werkzeuge des Molekularbiologen und allgemeine Vorbereitungen, Verfahren und Überlegungen zur Verwendung des Buches behandeln. Die folgenden Kapitel diskutieren dann Klonierungsvektoren und Bakterienzellen Herstellung von DNA aus eukaryontischen Zellen Sondierung von Nukleinsäuren Plasmid DNA-Präparation DNA-Restriktionsfragment-Präparation Reinigung von DNA und Präparation und Analyse von RNA aus eukaryontischen Zellen. Andere Kapitel behandeln die Herstellung von DNA aus Bakteriophagenklonen Klonierung von DNA aus dem eukaryotischen Genom Subklonierung in Plasmide M13 Klonierung und Sequenzierung weitere Charakterisierung der klonierten DNA Transfektion von Säugerzellen in Kulturproteinmethoden allgemeine Methoden und spezielle Methoden. Dieses Buch ist für Praktiker in den Bereichen Biologie und Molekulargenetik von Interesse.


Bestimmung und Schlussfolgerung der Sequenzspezifität des eukaryontischen Transkriptionsfaktors

Transkriptionsfaktor-(TF)-DNA-Sequenzpräferenzen steuern ihre regulatorische Aktivität, sind jedoch derzeit nur für 1% der eukaryontischen TFs bekannt. Wir haben DNA-Bindungsdomänen-(DBD-)Typen aus mehreren eukaryotischen Kladen umfassend untersucht und DNA-Sequenzpräferenzen für >1.000 TFs bestimmt, die 54 verschiedene DBD-Klassen von 131 verschiedenen Eukaryoten umfassen. Wir stellen fest, dass eng verwandte DBDs fast immer sehr ähnliche DNA-Sequenzpräferenzen aufweisen, was die Rückschlüsse auf Motive für ~34% der ~170.000 bekannten oder vorhergesagten eukaryotischen TFs ermöglicht. Sequenzen, die sowohl den gemessenen als auch den abgeleiteten Motiven entsprechen, werden in Chromatin-Immunopräzipitationssequenzierungs-(ChIP-seq)-Peaks und stromaufwärts von Transkriptionsstartstellen in verschiedenen eukaryotischen Abstammungslinien angereichert. SNPs, die quantitative Expressions-Trait-Loci in Arabidopsis-Promotoren definieren, sind auch um vorhergesagte TF-Bindungsstellen angereichert. Wichtig ist, dass unsere Motiv-"Bibliothek" verwendet werden kann, um spezifische TFs zu identifizieren, deren Bindung durch menschliche Krankheitsrisiko-Allele verändert werden kann. Diese Daten stellen eine leistungsstarke Ressource für die Kartierung von Transkriptionsnetzwerken in Eukaryoten dar.

Copyright © 2014 Elsevier Inc. Alle Rechte vorbehalten.

Figuren

Abbildung 1. Übersicht über den Motivdatensatz

Abbildung 1. Übersicht über den Motivdatensatz

(A) In dieser Studie charakterisierte TFs, nach Arten…

Abbildung 2. Motivinferenzschwellen nach DBD…

Abbildung 2. Motivinferenzschwellen nach DBD-Klasse

(A) Beziehung zwischen Ähnlichkeit in DBD AA…

Abbildung 3. Übersicht über die Motive der Myb/SANT-Familie

Abbildung 3. Übersicht über die Motive der Myb/SANT-Familie

PBM-abgeleitete Motive aus der Myb/SANT-Familie (84 aus…

Abbildung 4. Abdeckung des TF-Motivs

Abbildung 4. Abdeckung des TF-Motivs

TFs mit mehreren Proteinisoformen werden als einzelne gezählt…

Abbildung 5. PBM-abgeleitete Motive identifizieren in-vivo…

Abbildung 5. PBM-abgeleitete Motive identifizieren in vivo TF-Bindungsstellen


Abschnittszusammenfassung

Während alle Körperzellen innerhalb eines Organismus dieselbe DNA enthalten, exprimieren nicht alle Zellen innerhalb dieses Organismus dieselben Proteine. Prokaryontische Organismen exprimieren die gesamte DNA, die sie in jeder Zelle kodieren, aber nicht unbedingt alle gleichzeitig. Proteine ​​werden nur dann exprimiert, wenn sie benötigt werden. Eukaryotische Organismen exprimieren eine Untergruppe der DNA, die in einer bestimmten Zelle kodiert ist. In jedem Zelltyp wird die Art und Menge des Proteins durch die Kontrolle der Genexpression reguliert. Um ein Protein zu exprimieren, wird die DNA zunächst in RNA transkribiert, die dann in Proteine ​​übersetzt wird. In prokaryotischen Zellen laufen diese Prozesse fast gleichzeitig ab. In eukaryotischen Zellen erfolgt die Transkription im Zellkern und ist von der Translation im Zytoplasma getrennt. Die Genexpression in Prokaryoten wird nur auf transkriptioneller Ebene reguliert, während in eukaryotischen Zellen die Genexpression auf epigenetischer, transkriptionaler, posttranskriptionaler, translationaler und posttranslationaler Ebene reguliert wird.

Übungen

Glossar

alternatives RNA-Spleißen: ein posttranskriptionaler Genregulationsmechanismus in Eukaryoten, bei dem mehrere Proteinprodukte von einem einzelnen Gen durch alternative Spleißkombinationen des RNA-Transkripts produziert werden

epigenetisch: Beschreibung nicht-genetischer regulatorischer Faktoren, wie Veränderungen in Modifikationen von Histonproteinen und DNA, die die Zugänglichkeit zu Genen in Chromosomen kontrollieren

Genexpression: Prozesse, die kontrollieren, ob ein Gen exprimiert wird

posttranskriptionell: Kontrolle der Genexpression, nachdem das RNA-Molekül erzeugt wurde, aber bevor es in Protein übersetzt wird

Nachübersetzung: Kontrolle der Genexpression nach der Erzeugung eines Proteins


Schau das Video: Alternatives Spleißen Genregulation, Eukaryoten - Biologie, Oberstufe (Kann 2022).