Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 77
Текст из файла (страница 77)
В том случае, если мы хотим разобраться, какое из немногих различий между последовательностями ДНК человека и шимпанзе было унаследовано от нашего общего предка около 6 миллионов лет назад, можно использовать ссылку на последовательность ДНК гориллы (см. рис. 4.7б). Чтобы восстановить последовательность ДНК предка, который стал родоначальником большого числа различных организмов, живущих сегодня, нужно сравнить одновременно последовательности ДНК многих видов — так ученые могут реставрировать последовательности ДНК, которые существовали много лет тому назад. Например, по полным последовательностям генома 20-ти современных млекопитающих, которые будут вскоре получены, ученые должны расшифровать большую часть последовательности генома жившего 100 миллионов лет назад млекопитающего бореоэутерии, которое дало начало таким разным видам, как собака, мышь, кролик, броненосец и человек (см.
рис. 4.77).з 4.5.7. Сравнение последовательностей ДНК многих видов позволяет выявлять важные последовательности с неизвестной функцией Огромное количество последовательностей ДНК, имеющееся в современных базах данных (более ста миллиардов пар нуклеотидов), представляет богатые залежи, которые ученые могут «разрабатывать», задаваясь самыми разными целями. Мы уже оГ>судили, как эта информация может быть использована для восстановления эволюционных путей, которые привели к современным организмам. Но сравнения последовательностей также дают много ответов на вопросы о функционировании клеток и организмов.
Возможно, самым замечательным открытием в атой области стало следующее; хотя лишь около 1,5 генома человека кодирует белки, приблизительно в три раза большее количество (в общей сложности 5 / генома — см, таблицу 4.1, стр. 317) оказалось высококонсервативным в ходе эволюции млекопитающих. Эта масса консервативной последовательности наиболее ясно проявляется, когда мы выравни ваем и сравниваем синтенные блоки ДНК многих различных видов. Таким способом могут быть легко идентифицированы так называемые многовидовые консервативные последовательности (пш!Взрес>ез сопзегуес! зес!пепсез) (рис. 4.83). В большинстве своем некодирующие консервативные последовательности, обнаруженные этим способом, оказались относительно короткими, содержащими от 50 до 200 пар нуклеотидов.
Строгая консервативность подразумевает, что они имеют важные функции, которые сохранялись очищающим отбором. Остается разгадать тайну этих функций. Часть консервативной последовательности, которая не кодирует белки, кодирует нетранслируемые молекулы РНК, которые, как известно, имеют важные функции, в чем мы убедимся в последующих главах. Другая доля некодирующей консервативной з Интересно, что в настоящее время удалось частично прочитать несколько геномов ископаемых организмов неандертатьпа,мамонта, пещерного медведя.
— При.ч. дед. ген ОРТй ?регуляпгра трансмембранной проводимости мужзвисцидоэа) человека 190 000 пар нуклеотидов интрон экэон многовидовые консервативные последовательности ч100% шимпанзе ' орангуган бабуин мартышка йн~~эбяг лемур й КРалнх, , '4й ьз .~йУ яаки)ам Э~ аьй '- ' ' ' ' ' ' СГЕПЕНЬ лошадь э' ф~ ' ф$ кошка собака ! ' ', '. :' . ~цг Ь~,." " ' $)))й : а.-.,йз ' М ,:й. э,.$,,.эе),::, в?:::...)г г.„, ': й„,й;:.айб ь ль курица Геди "-100 тк .
. ... . ..,Вь. , . . . ы .... ... ,....., .....,..... ,...... ........, . ....., . ...... х ...., ,.. . .... 50 % э 100 пар нуклеотидов 10 000 пар нуклеотидов Рис.4.83. Обнаружение многовидовык консервативньж последовательностей. В данном примере последовательности геномов всех представленных организмов сравнивали, блоками по 15 нуклеотидов, с обозначенной областью гена 6РТЯ человека. Доля идентичности по синтенным последовательностям для каждого организма отмечена зеленьхи. Вдобавок к этому для обнаружения в пределах этой области наиболее высококонсервативных последовательностей среди последовательностей всех рассматриваемых организмов, был применен вычислительный алгоритм. Помимо зкзона, показаны три других блока многовидовых консервативных последо ватель носмй. Функции большинства таких последовательностей в геноме человека неизвестны. (Иллюстрацию любезно предоставил Епс О.
6гееп.) ДНК явно участвует в регулировании транскрипции смежных с негг> генов, как будет показано в главе 7. Но мы еще не знаем, сколько консервативной Д! ?К может быть объяснено подобным образом, и львиная ее доля все еще лежит под покровом тайны. Разгадка этой тайны должна иметь глубокие последствия для медицины, и это по казываег, как много нам еще предстоит узнать о биологии позвоночных, Как молекулярным биологам взяться за такую проблему? Нервый щаг — про вести различие между консервативными областями, которые кодируют белок, и теми, которые его не кодируют, и затем, в числе последних — сосредоточиться на тех, которые еще нс имеют какой либо установленной функции, например, такой как кодирование молекул структурной Р? ?К. Следующая задача состоит в том, чтобы обнаружить, молекулы каких белков или РНК связываются с этими таинственными последовательностями ДНК, как они упаковываются в хроматин и служат ли они 4.5.
Пути эволюции геномов 387 когда-либо матрицами для синтеза РНК. В основном эта задача все еще находится за пределами наших возможностей, но главное — начало положено и сделаны некоторые замечательные подвижки. Одно из наиболее захватывающих открытий касается эволюционных изменений, которые сделали нас, людей, не похожими на всех остальных, — изменений, говорим мы, в последовательностях, которые оставались консервативными у наших Г>лизких родственников, но претерпели внезапно резкое изменение на эволюционном пути человека. 4.5.8. Ускоренные изменения в ранее консервативных последовательностях могут помочь разгадать основополагающие этапы эволюции человека Как только в распоряжении ученых появились последовательности геномов сразу и человека, и шимпанзе, они стали искать изменения в последовательности ДНК, которые могли бы объяснить поразительные различия между нами и обезьяньей братией.
При 3 миллиардах пар нуклеотидов, которые необходимо сравнить у обоих видов, это могло казаться непосильной задачей. Но работа была намного облегчена за счет ограничения поиска 35 000 точно определенных многовидовых консервативных последовательностей (в целом около 5 миллионов пар нуклеоти дов), представляющих части генома, которые с наиГюльшей вероятностью важны с точки зрения функций. Хотя эти последовательности высококонсервативны, они не остаются абсолютно неизменными, и, когда вариант от одного вида сравнивается с вариантом от другого, обычно оказывается, что они разошлись в небольшой степени, напрямую соответствующей времени, прошедшему с момента жизни по следнего общего предка. Однако в малой доле случаев можно заметить признаки внезапного эволюционного всплеска.
Например, было обнаружено, что некоторые последовательности ДНК, которые бьщи высококонсервативны у других видов млекопитающих, изменялись исключительно быстро в течение шести миллионов лет эволюции человека — после того как мы отклонились от шимпанзе. Такие зоны ускорелного развития у человека (Ьшпап ассе!ега(ед гея(оп — НАК), как думают, отражают функции, которые были особенно важны для формирования наших полезных отличий. В одном таком исследовании было идентифицировано приблизительно 50 таких участков, одна четверть из которых обнаружена вблизи генов, связанных с развитием нервной системы.
Последовательность, подвергнувшаяся наиболее быстрому изменению (18 изменений между человеком и шимпанзе, по сравнению только с двумя изменениями между шимпанзе и курицей), была подвергнута дальнейшему изучению и, как установлено, кодирует молекулу 118-нуклеотидной некодирую щей РНК, которая вырабатывается в коре головного мозга человека в решающий момент — во время развития этого органа (рис.
4.84). Хотя функция этой РНК, НАК1Г, еще не установлена, это волнительное открытие вдохновляет на дальнейшие исследования, которые, будем надеяться, прольют свет на отличительные особенности мозга человека. 4.5.9. Дупликация генов — важнейший источник генетической новизны в ходе эволюции Эволюция зависит от создания новых генов, а также от модификации уже суще ствующих. Как это происходит? Когда мы сравниваем организмы, которые сильно ОКРАШИВАНИЕ КРЕЗИЛОВЫМ ФИОЛЕТОВЫМ внутренняя вврхность коры головного мозга внвш поверх коры голов моа 1 мм Рис.4.44.
Первичная карактеристика нового гена, обнаруженного как изначально консервативная по- следовательностьДНК, котораябыстроэволюционировалаулюдей. а) Выполненный рамон-и-Кахалем рисунок внешней поверхности новой коры (неокортекс — прим.ред.) головного мозга человека с вырисованными на желтом фоне нейронами Кахаля — Ретциуса. б) Срезы ткани мозга эмбриона человека, показывающие часть коры; область, содержащая нейроны Кахаля — Ретциуса, выделена желгпым. Верхняя фотография: краситель крезиловый фиолетовый. Нижняя фотография: гибридизация гп гйгш Красные стрелки показывают на клетки, которые вырабатывают РНК НАК1Г, как обнаружено гибридизацией (п згго (окрашены синим). нАК1Р— новая некодирующая Рнк, которая быстро эволюционировала в линии человека, исходящей отчеловекообразных обезьян. Нейроны Кахаля — Ретциуса вырабатываютэту РНК во время развития новой коры головного мозга.
Результаты интригуют, потому что именно человеку свойственна большая новая кора головного мозга; поведение клеток при формировании этой коры представлено на рис. 22.99. (Переработано из К. 5. Ро)1агд ет а1., Л(о(иге 443: 167-172, 2006. С любезного разрешения Мастшао Рошипегз Цд ) отличаются по внешнему виду, — например, примата с грьыуном или мышь с ры бой, — мы редко встречаем такие гены у одного вида, которые не имели бы гомологов у другого.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
