Struktura a organizace genomů

Podobné dokumenty
Transpozony - mobilní genetické elementy

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Bakteriální transpozony

Genetika bakterií. KBI/MIKP Mgr. Zbyněk Houdek

2. Z následujících tvrzení, týkajících se prokaryotické buňky, vyberte správné:

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

O původu života na Zemi Václav Pačes

MOBILNÍ GENETICKÉ ELEMENTY. Lekce 13 kurzu GENETIKA Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

Molekulární základy dědičnosti. Ústřední dogma molekulární biologie Struktura DNA a RNA

Základy molekulární a buněčné biologie. Přípravný kurz Komb.forma studia oboru Všeobecná sestra

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce translace

Nebuněčný život (život?)

Struktura, vlastnosti a funkce nukleových kyselin, DNA v jádře, chromatin.

REKOMBINACE Přestavby DNA

Evoluční genetika 2/1 Zk/Z

Genomika. Obor genetiky, který se snaží. stanovit úplnou genetickou informaci. organismu a interpretovat ji v. termínech životních pochodů.

B6, 2007/2008, I. Literák

Molekulárn. rní. biologie Struktura DNA a RNA

DNA se ani nezajímá, ani neví. DNA prostě je. A my tancujeme podle její muziky. Richard Dawkins: Řeka z ráje.

BAKTERIÁLNÍ TRANSPOZONY (mobilní elementy)

Aplikované vědy. Hraniční obory o ţivotě

Evoluční genetika 2/1 Zk/Z

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

TEST: GENETIKA, MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE

A. chromozómy jsou rozděleny na 2 chromatidy spojené jen v místě centromery. B. vlákna dělícího vřeténka jsou připojena k chromozómům

Globální pohled na průběh replikace dsdna

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Propojení výuky oborů Molekulární a buněčné biologie a Ochrany a tvorby životního prostředí. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Evoluční genetika 2/1 Zk/Z

Základy buněčné biologie

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

Využití DNA markerů ve studiu fylogeneze rostlin

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Vztah struktury a funkce nukleových kyselin. Replikace, transkripce

Centrální dogma molekulární biologie

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Elektronoptický snímek viru mozaikové choroby tabáku. Mozaiková choroba tabáku. Schéma viru mozaikové choroby tabáku

Exprese genetické informace

Sekvenování genomů. Human Genome Project: historie, výsledky a důsledky. MUDr. Jan Pláteník, PhD. Počátky sekvenování

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

Funkční specializace dnes: nukleové kyseliny uchovávají genet. informaci bílkoviny mají strukturní a katalytickou fci

Otázky ke zkoušce z Biologie (MSP, FVHE, FVL) a ke zkoušce z Biologie a mol. biol. metod (BSP, FVHE), 2018/2019

Struktura a funkce biomakromolekul

Těsně před infarktem. Jak předpovědět infarkt pomocí informatických metod. Jan Kalina, Marie Tomečková

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Genetika zvířat - MENDELU

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Exprese genetické informace

NUKLEOVÉ KYSELINY. Základ života

Struktura a analýza rostlinných genomů Jan Šafář

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Základní učební text: Elektronické zpracování Biologie člověka; přednášky Učebnice B. Otová, R. Mihalová Základy biologie a genetiky člověka,

Okruhy otázek ke zkoušce

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Genetické haraburdí - repetitivní DNA

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Obor genetiky, který se snaží. stanovit úplnou genetickou informaci. organismu a interpretovat ji v. termínech životních pochodů.

Nukleové kyseliny. Nukleové kyseliny. Genetická informace. Gen a genom. Složení nukleových kyselin. Centrální dogma molekulární biologie

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

P1 AA BB CC DD ee ff gg hh x P2 aa bb cc dd EE FF GG HH Aa Bb Cc Dd Ee Ff Gg Hh

DUM č. 10 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Mendelova genetika v příkladech. Transgenoze rostlin. Ing. Petra VESELÁ, Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie LDF MENDELU Brno

Garant předmětu GEN: prof. Ing. Jindřich Čítek, CSc. Garant předmětu GEN1: prof. Ing. Václav Řehout, CSc.

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Téměř polovinu lidského genomu tvoří mobilní elementy

Genetika - maturitní otázka z biologie (2)

Buňka buňka je základní stavební a funkční jednotka živých organismů

Využití molekulárních markerů v systematice a populační biologii rostlin. 10. Další metody

od eukaryotické se liší svou výrazně jednodušší stavbou a velikostí Dosahuje velikosti 1-10 µm. Prokaryotní buňku mají bakterie a sinice skládá se z :

Klonování DNA a fyzikální mapování genomu

GENETIKA dědičností heredita proměnlivostí variabilitu Dědičnost - heredita podobnými znaky genetickou informací Proměnlivost - variabilita

Nukleové kyseliny Replikace Transkripce, RNA processing Translace

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

4) pokračování struktury nukleových kyselin

DUM č. 11 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Základní pojmy obecné genetiky, kvalitativní a kvantitativní znaky, vztahy mezi geny

Svět RNA a bílkovin. RNA svět, 1. polovina. RNA svět. Doporučená literatura. Struktura RNA. Transkripce. Regulace transkripce.

Molekulární genetika: Základní stavební jednotkou nukleových kyselin jsou nukleotidy, které jsou tvořeny

Přípravný kurz z biologie MUDr. Jana Kolářová, CSc. témata 1 Mgr. Kateřina Caltová témata 3-5 doc. PharmDr. Emil Rudolf, Ph.D materiály k

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

Genové knihovny a analýza genomu

CZ.1.07/1.5.00/ Zefektivnění výuky prostřednictvím ICT technologií III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Molekulární základy dědičnosti

Nukleové kyseliny. DeoxyriboNucleic li Acid

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Mitochondrie. Rostlinná cytologie, Katedra experimentální biologie rostlin PřF UK

ZÁKLADY VIROLOGIE. Obecná charakteristika virů. Chemické složení virů. Stavba viru. Bílkoviny

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Biosyntéza nukleových kyselin. VY_32_INOVACE_Ch0219.

Molekulární základ dědičnosti

Molekulární genetika II zimní semestr 4. výukový týden ( )

Unikátní sekvence. GEN je organizovaný úsek nukleové kyseliny projevující se a přenášející se jako základní jednotka dědičné (genetické) informace.

Transkript:

CG020 Genomika Přednáška 8 Struktura a organizace genomů Markéta Pernisová Funkční genomika a proteomika rostlin, Mendelovo centrum genomiky a proteomiky rostlin, Středoevropský technologický institut (CEITEC), Masarykova univerzita, Brno pernisov@sci.muni.cz, www.ceitec.muni.cz

Osnova 1. Eukaryotický jaderný genom 2. Genomy prokaryot a eukaryotických organel 3. Genomy virů a mobilní elementy 4. Internetové zdroje 5. Literatura

GENOM Genom soubor genetické informace organizmu - biologická informace k sestavení a přežití živého jedince eukaryotický prokaryotický viry nukleoid plazmidy chromozomy v jádře mitochondrie + chloroplasty

EUKARYOTICKÝ JADERNÝ GENOM = sada lineárních molekul DNA, bez výjimky, minimálně dvě

STRUKTURA CHROMOZOMŮ DNA + histony = nukleozom 2x H2A H2B H3 H4 korálková forma chromatinu 11 nm

STRUKTURA CHROMOZOMŮ 30 nm chromatinové vlákno interfázní chromozomy několik teorií, 2 modely: solenoidový model pouze spojovací histony (např. H1) helikální model spojovací histony + konce histonů tvořících jádro nukleozomu chemické modifikace konců histonů otevírají 30 nm vlákno

STRUKTURA CHROMOZOMŮ Kondenzované mitotické chromozomy: 1400 nm jedna chromatida: 700 nm Centromery, telomery repetitivní sekvence

MITOTICKÉ CHROMOZOMY Lidský karyogram

NETYPICKÉ CHROMOZOMY Minichromozomy krátké, vysoká hustota genů (až 6x) např. kuře B chromozomy individuální, nevyskytují se u celé populace fragmenty normálních chromozomů, zřejmě pozůstatek chyb v průběhu dělení jádra běžné u rostlin, snižují životaschopnost i houby, hmyz, živočichové Holocentrické chromozomy ne jedna centromera, ale několik podobných struktur podél chromozomu např. Caenorhabditis elegans

ORGANIZACE GENOMU

GENY A PŘÍBUZNÉ SEKVENCE

Geny UTR nepřekládaná oblast genu Introny sestřih Exony funkční produkty Genové rodiny - skupiny genů se stejnou nebo podobnou sekvencí jednoduché vznikly pravděpodobně duplikací genů např. geny pro lidskou ribozomální RNA: komplexní GENY 2000 genů pro 5S rrna všechny v jedné skupině lokalizované na chromozomu 1 280 kopií genů pro 28S, 5.8S a 18S rrna pět skupin po 50-70 kopiích na pěti chromozomech podobné sekvence (ale ne stejné), odlišné vlastnosti např. savčí globiny exprimované v různých vývojových stádiích

ROZLOŽENÍ GENŮ NA CHROMOZOMU Nehomogenní Geny i v centromeře, nižší hustota Chromozom 1 u Arabidopsis 38 genů na 100 kb 1 gen na 100 kb Člověk: 1-64 genů na 100kb

PSEUDOGENY evoluční relikt 2 skupiny konvenční vznikly mutací částečně funkční nebo nefunkční procesované odvozené z mrna nemají introny chybí jim regulační sekvence před genem nefunkční

FRAGMENTY GENŮ Zkrácené geny Genové fragmenty

INTERGENOVÁ DNA junk (= veteš, haraburdí) DNA není pravda

Rozptýlené repetice REPETICE vznikají transpozicí LINEs (long interspersed nuclear elements) nad 300 bp SINEs (short interspersed nuclear elements) přibližně 300 bp Tandemové repetice - satelity LTR (long terminal repeat) elementy, v centromerách Minisatelity ( variable number of tandem repeats - VNTRs) jednotka repetice do 25 bp, délka do 200 kb telomery Mikrosatelity ( simple tandem repeats - STRs) jednotka repetice do 13 bp, délka do 150 bp vznikají chybami při replikaci genomu funkce není známá využití: genetické profilování

ORGANIZACE LIDSKÉHO GENOMU 37,5% 62,5% 1,5% 36% 43,75% 18,75%

ORGANIZACE JADERNÉHO GENOMU Lidský genom 50 kb 4 geny 88 repetic LINEs SINEs LTRs DNA transpozony 7 mikrosatelitů (z toho 4 v intronech) 30% nekódující DNA bez repetic a známé funkce

ORGANIZACE GENOMŮ

ORGANIZACE GENOMŮ C-value paradox (C-value enigma) složitost organizmu nekoreluje s velikostí genomu

ORGANIZACE GENOMŮ Velikost genomu a počet genů nekoreluje

KATALOG GENŮ Organizmy se sekvenovaným genomem Lidský katalog genů: co nevyčteme: Co dělá člověka člověkem?

KATALOG GENŮ

PROKARYOTICKÝ GENOM

PROKARYOTICKÝ GENOM Prokaryota bacteria archea

PROKARYOTICKÝ GENOM

OPERON laktózový operon využití laktózy tryptofanový operon stejná biochemická dráha Methanococcus jannaschii (archea) and Aquifex aeolicus (bakterie) rozdílné funkce

PLAZMIDY dodatečná genetická informace adaptace na podmínky prostředí zvýhodnění nositele některé se včleňují do hlavního genomu

PROKARYOTICKÝ GENOM

VELIKOST PROKARYOTICKÉHO GENOMU většinou velikost genomu koreluje s počtem genů průměr: 950 genů na 1Mb

PROKARYOTA vs. EUKARYOTA E.coli člověk

PROKARYOTA vs. EUKARYOTA nukleoid volně v cytoplazmě - plazmidy kompaktní většina genomu kódující sekvence operony málo repetitivních sekvencí - chromozomy v jádře introny - C-value paradox většina genomu nekódující sekvence - velké množství repetitivních sekvencí mitochodrie a chloroplasty

GENOM ORGANEL

GENOM ORGANEL endosymbiotická teorie vzniku organel volné bakterie symbióza s předchůdci eukaryotických buněk endosymbióza 1 až 100 kopií v jedné mitochondrii dědičnost jako jedna kopie??? transfer DNA z organel do jádra i mezi organelami Arabidopsis mitochondriální genom obsahuje jadernou DNA i chloroplastovou jaderný genom obsahuje části chloroplastové i mitochondriální DNA obratlovci mitochondriální DNA v jaderném genomu

MITOCHONDRIÁLNÍ GENOM cirkulární, ale i lineární (např. Chlamidie) 1 mitochondrie 10 identických molekul = přibližně 8000 v jedné buňce (u člověka) rrna, trna, proteiny dýchacího řetězce, ribozomální proteiny, transkripce, translace, transportní proteiny... člověk kvasinka

CHLOROPLASTOVÝ GENOM většina stejná sada přibližně 200 genů rrna, trna, ribozomální proteiny, proteiny spojené s fotosyntézou... rýže

VELIKOST GENOMŮ ORGANEL

GENOM VIRŮ A MOBILNÍ ELEMENTY

VIROVÝ GENOM virus nukleoproteinová částice závislé na hostiteli = parazité potřebují ribozomy a translační aparát pro syntézu proteinového obalu viry bakterií: bakteriofágy (fágy) eukaryot virový genom DNA nebo RNA cirkulární nebo lineární ss nebo ds segmentovaný nebo nesegmentovaný MS2 M13 T4, λ

počet genů: 3-200 překrývající se geny fágy GENOMY FÁGŮ lytické (virulentní), např. T4 lyzogenní (mírné), např. fág λ

LYTICKÁ INFEKCE = virulentní, produktivní např. T4 dochází k lyzi buněk doba latence 22 minut čas potřebný k reprodukci fága

LYZOGENNÍ INFEKCE = mírná, skrytá např. fág λ okamžitě po proniknutí fágové DNA - integrace virového genomu do genomu hostitele místně specifickou rekombinací profág indukce excize profága chemické nebo fyzikální faktory zřejmě vázané na poškození DNA

VIRY EUKARYOT genomy variabilní DNA, RNA; ds, ss; cirkulární, lineární; segmentované nesegmentované velikost genomů: 1,5-240 kb

VIRY EUKARYOT kapsid ikozaedr nebo filamentální lipidická membrána odvozená z hostitelské buňky rostlinné viry většinou RNA lytická i lyzogenní infekce dlouhodobá infekce genom viru se nezačlení do genomu hostitele příklad: virové retroelementy retroviry RNA genom pararetroviry DNA genom

RETROVIRY genom retrovirů každý ze tří genů kóduje polyproteiny, které jsou po translaci štěpeny na dva nebo více funkčních produktů gag - proteiny kapsidu pol reverzní transkriptáza, integráza, proteáza env proteiny kapsidu LTR důležité regulační oblasti pro transkripci a replikaci

RETROVIRY začlenění retrovirového genomu do genomu hostitele

VIRUSOIDY A VIROIDY satelitní RNA, virusoid zejména v rostlinách RNA molekula, 320-400 bází viroid satelitní RNA - nekóduje vlastní kapsid, využívá genom pomocného viru virusoid kóduje vlastní kapsid RNA molekula, 240-375 bází, nemá kapsid = nahá RNA replikace pomocí enzymů hostitele nebo pomocného viru schopnost samosestřihu zřejmě evolučně souvisí se sestřihem RNA

MOBILNÍ ELEMENTY

MOBILNÍ ELEMENTY = transpozony transpozice schopnost segmentu DNA přesouvat se v genomu z místa na místo pomocí rekombinace konzervativní replikativní

RETROTRANSPOZONY transpozice přes RNA meziprodukt retroviry retrotranspozony obsahující LTR sekvence bez LTR sekvence

RETROTRANSPOZONY s LTR Ty element první objevený v kvasinkách 6.3 kb, 25-35 kopií delta element LTR sekvence 330 bp přibližně 100 kopií

RETROTRANSPOZONY s LTR Ty1 Ty3 nejčastější chybí env gen schopen tvořit částice podobné virům neschopen se dostat z buňky ekvivalent env některé schopny tvořit infekční virusy ERV endogenní retroviry u člověka a savců

RETROTRANSPOZONY bez LTR retropozony LINEs (long interspersed nuclear elements) pol gen funkční reverzní transkriptáza SINEs (short interspersed nuclear elements) 100-400 bp žádný gen půjčují si reverzní transkriptázu od LINE

DNA TRANSPOZONY U PROKARYOT nepotřebují RNA meziprodukt méně časté než retrotranspozony IS inzerční sekvence konzervativní i replikativní transpozice složený transpozon Tn3 nemá IS replikativní transpozice Transpozibilní fág replikativní transpozice

DNA TRANSPOZONY U EUKARYOT Lidský genom 350 000 transpozonů invertované koncové repetice (ITR) gen pro transponázu většinou nefunkční Kukuřice Ac/Ds elementy Spm element Drosophila P element

MOBILNÍ ELEMENTY V LIDSKÉM GENOMU

SHRNUTÍ Eukaryotický jaderný genom chromozomy geny intergenové sekvence katalog genů Prokaryotický genom nukleoid plazmidy Genom mitochondrií a chloroplastů Virové genomy viry bakterií fágy viry eukaryot Mobilní elementy RNA transpozony DNA transpozony

INTERNETOVÉ ZDROJE A LITERATURA

INTERNETOVÉ ZDROJE https://gold.jgi-psf.org/index

INTERNETOVÉ ZDROJE

INTERNETOVÉ ZDROJE http://www.ebi.ac.uk/genomes/

INTERNETOVÉ ZDROJE http://www.genomenewsnetwork.org/

LITERATURA T.A.Brown: Genomes Alberts and col.: Molecular Biology of the Cell G.Gibson and S.V.Muse: A Primer of Genome Science + internet, odborné články...