Том 1 (1129743), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Вдобавок к такого рода сбоям в генетических машинах важным источникомизменения генов выступают различные элементы подвижной ДНК, которые будутописаны в главе 5 (см. таблицу 5.3, стр. 318). Такие подвижные элементы ДНКРис. 4.75. Филогенетическое дерево, показывающее отношения родства между человеком и человекообразными обезьянами, установленные на основании данных сравнения нуклеотидныхпоследовательностей.
Как отмечено, последовательности геномов всех четырех видов, по оценкам,отличаются от последовательности генома их последнего общего предка немногим более чем на 1,5 %.Поскольку изменения происходят независимо в обеих расходящихся линиях родословной, постолькупопарные сравнения показывают вдвоеболее сильное расхождение последовательностей от последнего общего предка.Например, сравнение человек – орангутан обычно дает расхождение последовательностей немногим более 3 %, тогдакак сравнение человек – шимпанзе показывает расхождение приблизительно1,2 %. (Переработано из F. C. Chen andW. H. Li. Am.
J. Hum. Genet. 68: 444–456,2001. С любезного разрешения Universityof Chicago Press.)412Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.76. Прослеживание предковой последовательности по данным сравнения последовательностейкодирующих областей генов лептина человека и шимпанзе. Лептин — гормон, который регулируетусвоение пищи и использование энергии в ответ на адекватность запасов жира. Как обозначено кодонами, помещенными в зеленые области, только по 5 нуклеотидам (из общего числа 441) отличаютсямежду собой эти две последовательности.
Более того, при анализе кодируемых этими нуклеотиднымипоследовательностями аминокислотных последовательностей оказывается, что последовательностилептина человека и шимпанзе отличаются только в одной из этих 5 позиций. Для каждой из 5 различныхнуклеотидных позиций обозначена также соответствующая последовательность у гориллы.
В двух случаяхпоследовательность гориллы согласуется с последовательностью человека, тогда как в трех случаях онасогласуется с последовательностью шимпанзе.Какова же была последовательность гена лептина у последнего общего предка? Эволюционная модель,которая стремится минимизировать число мутаций, предположительно произошедших в ходе эволюциигенов человека и шимпанзе, предполагает, что последовательность лептина последнего общего предкабыла такой же, как последовательности у человека и шимпанзе, когда они согласуются; когда они не согласуются, модель использует последовательность гориллы в качестве конечного критерия. Для удобстваприведены только первые 300 нуклеотидов кодирующих лептин последовательностей.
Остальные 141тождественны у человека и шимпанзе.Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 413(транспозоны) представляют собой последовательности ДНК паразитов, которыезаселили геномы и могут распространяться в их пределах. В процессе этого онизачастую нарушают функцию или изменяют регулирование существующих генов.При случае они могут даже создать в совокупности новые гены через слияниемежду последовательностями транспозонов и сегментами существующих генов. Задлительные периоды времени эволюции транспозоны глубоко затронули структуругеномов.
Фактически почти половина ДНК в геноме человека имеет распознаваемоеподобие с известными последовательностями транспозонов, а это говорит о том,что эти последовательности являются следами свершившихся в прошлом событийтранспозиции (см. рис. 4.17). Вполне очевидно, что даже еще более весомая долянашего генома порождена событиями транспозиции, которые произошли так давно(> 108 лет), что связь этих последовательностей с транспозонами уже не удаетсяпроследить.4.5.2. Последовательности геномов организмов двух видов различаются пропорционально промежутку времени, в течение которогоони эволюционировали независимо друг от другаРазличия между геномами видов, живущих сегодня, накопились за более чем3 миллиарда лет. Не имея точной записи изменений, происходивших во времени,мы можем тем не менее восстановить процесс эволюции геномов на основаниидетального сравнения геномов современных организмов.Основной инструмент сравнительной геномики — филогенетическое дерево.Простой пример — дерево, описывающее расхождение человека и человекообразных обезьян (рис.
4.75). Главнейшим субстратом для построения такого дереваслужат данные по сравнению последовательностей белков или генов. Например,сравнения между последовательностями генов или белков человека и таковых учеловекообразных обезьян обычно показывают наименьшее число различий междучеловеком и шимпанзе и наибольшее между человеком и орангутаном.Для таких близкородственных организмов, как человек и шимпанзе, относительно легко восстановить последовательности генов вымершего последнего общегопредка этих двух видов (рис.
4.76). Близкое подобие между генами человека ишимпанзе обусловлено главным образом коротким периодом времени, на которомпроисходило накопление мутаций в двух расходящихся линиях родословной, ане функциональными ограничениями, которые поддерживали последовательностив неизменном виде. Доводы в пользу этого представления основываются на томнаблюдении, что даже последовательности ДНК, порядок нуклеотидов которыхфункционально не ограничен, — такие как последовательности, которые кодируют фибринопептиды (см. стр.
264), или третья позиция «синонимичных» кодонов(кодонов, определяющих одни и те же аминокислоты, см. рис. 4.76) — являютсяу человека и шимпанзе почти тождественными.Для состоящих в гораздо менее близких отношениях организмов, как например, человек и курица (которые эволюционировали по отдельности на протяженииоколо 300 миллионов лет), консервативность последовательностей, обнаруживаемаяв генах, связана главным образом с очищающим отбором (purifying selection; тоесть отбором, который изымает из оборота особи, несущие в себе мутации, которыенарушают важные генетические функции), а не с недостаточным периодом времени для возникновения мутаций.
В результате кодирующие белок, кодирующие414Часть 2. Основные генетические механизмыРис. 4.77. Филогенетическое дерево, построенное для некоторых млекопитающих, геномы которыхинтенсивно изучаются. Длина каждой линии пропорциональна числу «нейтральных изменений» — тоесть изменений нуклеотидов, наблюдаемых при отсутствии очищающего отбора. (Переработано изG. M. Cooper et al., Genome Res. 15: 901–913, 2005. С любезного разрешения Cold Spring Harbor LaboratoryPress.)РНК и регуляторные последовательности в ДНК часто оказываются на удивлениеконсервативными.
Напротив, основные доли последовательностей ДНК в геномахчеловека и курицы разошлись из-за множественных мутаций столь далеко, чточасто не удается выровнять их друг с другом.4.5.3. Филогенетические деревья, построенные на основании сравнения последовательностей ДНК, позволяют проследить эволюционные отношения всех живых организмовОбъединение филогенетических деревьев, основанных на сравнениях молекулярных последовательностей, с палеонтологическими данными привело к воссозданию наилучшей из имеющихся картины эволюции современных форм жизни. Данныепалеонтологии остаются важным в качестве источника абсолютных дат, основанныхна распаде радиоизотопов в горных породах, в которых найдены окаменелости.Однако точное время расхождения видов трудно установить по окаменелостям,даже для видов, в окаменелостях которых четко различима морфология.Такие объединенные филогенетические деревья предполагают, что измененияв последовательностях специфических генов или белков, как правило, происходятс почти постоянной частотой, хотя в отдельных линиях генеалогического древажизни наблюдаются скорости, отличающиеся от нормы не менее чем вдвое.
Какбыло упомянуто выше и еще будет сказано в главе 5, такие «молекулярные часы»бегут наиболее быстро и регулярно в последовательностях, которые не подвергаются очищающему отбору, как например, межгенные области, интронные участки,Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 415Рис. 4.78. Сравнение соответствующих участков гена лептина мыши и человека. Позиции, в которыхпоследовательности отличаются заменой одного нуклеотида, помещены в зеленые прямоугольники, апозиции, которые отличаются добавлением или удалением нуклеотидов, окружены желтым полем.Обратите внимание, что кодирующая последовательность экзона намного более консервативна, чемсмежная с нею последовательность интрона.которые не подвергаются вырезанию или действию регуляторных сигналов, а также гены, которые были безвозвратно инактивированы мутацией (так называемыепсевдогены). Такие часы бегут наиболее медленно в отношении последовательностей, которые подчинены сильным ограничениям со стороны их функции,— например, аминокислотные последовательности белков наподобие актина, которыеучаствуют в определенных взаимодействиях с большим числом других белков ичья структура поэтому заключена в жесткие конформационные рамки (см., например, рис. 16.18).Иногда быстрое изменение наблюдается в ранее высококонсервативной последовательности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
