5.9: Розміри геному

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5749

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Геном організму - це повний набір генів, що визначають, як буде розвиватися його фенотип (при певному наборі умов навколишнього середовища). У цьому сенсі диплоїдні організми (як і ми) містять два геноми, один успадкований від нашої матері, інший від нашого батька. У таблиці нижче представлена добірка репрезентативних розмірів геному з швидко зростаючого списку організмів, геноми яких були секвеновані.

Таблиця розмірів геному (гаплоїд)
	Базові пари	гени	Нотатки
Φx174	5 386	11	вірус кишкової палички
Мітохондріон людини	16 569	37
Насуя дельтоцефалінікола	112 091	137	найменший геном ще виявлений у бактерії. Ця β-протеобактерія живе в мутуалістичних стосунках всередині спеціального органу комахи (бункера листя), який він постачає незамінними амінокислотами.
Вірус Епштейна-Барра (EBV)	172 282	80	викликає мононуклеоз
нуклеоморф гільярдії тета	551 264	511	все, що залишилося від ядерного генома червоної водорості (еукаріот), охопленої давно іншим еукаріот
Мікоплазма геніталій	580,073	525	два найменших справжніх організмів
Мікоплазма пневмонії	816 394	679	два найменших справжніх організмів
Провазекія Рікетсія	1 111 523	834	бактерія, що викликає епідемічний висипний тиф
Трепонема паллідум	1 138 011	1 039	бактерія, яка викликає сифіліс
Пелагібактер унікальний	1 308 759	1 354	найменший геном, виявлений у вільноживому організмі (морська α-протеобактерія)
Хелікобактер пілорі	1 667 867	1 589	головна причина виразки шлунка (не стрес і дієта)
Метанокальдокок	1 664 970	1 783	Ці одноклітинні мікроби виглядають як типові бактерії, але їх гени настільки відрізняються від генів бактерій або еукаріотів, що вони класифікуються в третьому царстві: Археї.
Аеропірум Пернікс	1 669 695	1 885
Метанотермобактер термоавтотрофік	1 751 377	2 008
стрептокок пневмонії	2 160 837	2 236	пневмокок
вірус пандори	2 473 870	2556	Вірус (амеби) з геном більшим, ніж у бактерій та археї вище, і приблизно такий же, як у деяких паразитичних еукаріотів.
Лістерія моноцитогенів	2 944 528	2 926	2853 з них кодують білки; решта РНК
синехоцистит	3 573 470	4 003	морська ціанобактерія («синьо-зелена водорость»)
Кишкова паличка К-12	4 639 221	4 377	4 290 з цих генів кодують білки; решта РНК
Кишкова паличка O157: H7	5,44 х 10 ⁶	5 416	патогенний для людини штам; має 1346 генів, які не виявлені в E. coli K-12
Шизосахароміцес насос	12 462 637	4 929	Ділення дріжджів. Еукаріот з меншою кількістю генів, ніж три бактерії нижче.
Агробактерія Tumefaciens	4 674 062	5 419	Корисний вектор для створення трансгенних рослин; ділиться багатьма генами з Sinorhizobium meliloti
синьогнійна паличка	6,3 х 10 ⁶	5 570	Все частіше зустрічається причина опортуністичних інфекцій у людини.
Синоргізобіум Мелілоті	6 691 694	6 204	Ризобіальний симбіонт люцерни. Геном складається з однієї хромосоми і 2 великих плазмід.
Сахароміцети церевізійні	12 495 682	5 770	Бутонізація дріжджів. Еукаріот.
Невроспора	38 639 769	10 082	Плюс 498 генів РНК.
Таласіосіра псевдонанна	34,5 х 10 ⁶	11 242	Діатом. Плюс 144 хлоропласту і 40 мітохондріальних генів, що кодують білки
Наглерія грубері	41 х 10 ⁶	15 727	Цей вільно живий одноклітинний організм живе як амебоїдна, так і джгутикова форма. 4,133 його гени також знаходяться в інших еукаріотів, що дозволяють припустити, що вони були присутні у спільного предка всіх еукаріотів. Велика різноманітність функцій, закодованих цими генами, також говорить про те, що загальний предок всіх еукаріотів був сам по собі таким же складним, як і багато сучасних одноклітинних членів.
Дрозофіла меланогастер	122 653 977	~17 000	«дрозофіла»
Каенорабдітіс Елеганс	100 258 171	21 733
Люди	3,3 х 10 ⁹	~21 000
Тетраодон Нігровірідіс (Тетраодон Нігровірідіс)	3,42 х 10 ⁸	27 918	Хоча Тетраодон, здається, має більше генів, що кодують білок, ніж у нас, він має набагато менше некодуючих ДНК, тому його загальний геном становить приблизно десяту частину розміру нашого.
Миша	2,8 х 10 ⁹	~23 000
Земноводні	10 ⁹ —10 ¹¹	?
Арабідопсис таліана	0,135 х 10 ⁹	27 407	квітуча рослина (покритосперма) з одним з найменших геномів, відомих в рослинному царстві.
Піча немовлята	19,6 х 10 ⁹	28 354	ялина норвезька, хвойне дерево (голонасперм). Незважаючи на те, що він має лише на ~ 900 генів більше, ніж у арабідопсису, він має в 145 разів більше ДНК. Більшість з цього, здається, походить від транспозонів.
Псилотум голий	2,5 х 10 ¹¹	?

Незважаючи на те, що Psilotum nudum (іноді його називають «віночком папороті») є набагато простішою рослиною, ніж Арабідопсіс (у нього немає справжніх листя, квітів чи плодів), у нього в 3000 разів більше ДНК. Ніхто не знає чому, але 80% і більше з них - це повторювана ДНК, що не містить генетичної інформації. Це також стосується деяких земноводних, які містять в 30 разів більше ДНК, ніж ми, але, звичайно, не в 30 разів такі складні. Загальна кількість ДНК в гаплоїдному геномі називається його значенням С. Відсутність послідовного зв'язку між значенням С і складністю організму (наприклад, земноводні проти ссавців) називається парадоксом значення С.

Не всі гени незамінні

Вчені Інституту геномних досліджень (нині відомий як Інститут Дж. Крейга Вентера), які визначили послідовність Mycoplasma genitalium, стежили за цією роботою, систематично знищуючи його гени (мутуючи їх вставками), щоб побачити, які з них є важливими для життя і які є необхідними. З 485 генів, що кодують білок, вони дійшли висновку, що лише 381 з них є важливим для життя. Іншими словами, втрата будь-якого з 381 смертельна; втрата будь-якого з інших - ні. (Це не означає, що всі потреби організму - це 381 - див. «Мінімальний геном?» нижче.)

Використовуючи подібні методи, три групи нещодавно виявили, що лише близько 10% генів у геномі людини (~ 2000 з них) повинні бути присутніми для успішного росту людських клітин в культурі. Ці гени кодують білки для таких важливих функцій, як контроль клітинного циклу, реплікація ДНК, транскрипція ДНК та трансляція РНК. Клітини можуть переносити втрату будь-якого з інших ~ 18 000 генів. Таким чином, геном людини, здається, має надлишкові шляхи, які часто можуть компенсувати втрату одного гена принаймні для клітин, що ростуть в культурі. Ймовірно, інші виявляться важливими для розвитку та функціонування різних типів диференційованих клітин в неушкодженому організмі.

Мінімальний геном?

У березні 2016 року працівники Інституту Джей Крейга Вентера повідомили, що створили штам мікоплазми, що містить лише 473 гени. Цей синтетичний організм, який енергійно росте в культурі, зараз утримує рекорд для найменшого геному вільно живого організму.