Genomevolution, genfamiljer och transposition

Question 1

Vad är en definition på evolution?

Answer 1

Förändring av gener och/eller allelfrekvenser över tid. Hos arter med könsbunden fortplantning måste förändringen ske i könscellerna för att föras vidare.

Question 2

Vad är RNA worls-hypotesen?

Answer 2

Att då liv uppstod på Jorden var de första cellerna RNA-baserade. Det är en teori eftersom det finns funktionella RNA-molekyler som utför funktioner i cellen och behövs för att genomföra DNA-baserad replikation och att det därför är troligt att RNA fanns där innan.

Question 3

Vilka är de huvudsakliga domänerna inom allt liv?

Answer 3

Bakterier, arkéer och eukaryoter

Question 4

Hur har evolutionen av de olika livsdomänerna skett?

Answer 4

Det första cellsamhället hade ett promiskuöst genutbyte - de bytte genmaterial med varandra. Detta ledde till slut till specialisering. Idag utbyter moderna eukaryota celler relativt sällan gener med varandra. Det är dock mer vanligt hos olika bakterier där exxempelvis antibiotikaresistens kan föras vidare.

Question 5

Vilken molekyl används för att jämföra olika vitt skilda organismer med varandra och varför?

Answer 5

Sekvenser av rRNA används ofta eftersom det är en specialiserad molekyl och därför finns det ett evolutionärt tryck för att den ska hållas lika över tid.

Question 6

Vilken process krävs för att kunna jämföra genom mellan olika organismer?

Answer 6

Alignment eftersom det finns en skillnad mellan organismer var olika gener sitter. Dessa lokaliseras och paras sedan ihop för att sedan jämföras.

Question 7

Nämn några av de vanligast konserverade funktioner/gener över alla domäner?

Answer 7

• Translation, ribosomal struktur och biogenes
• Aminosyrametabolism och transport
• Coenzymmetabolism
• Energiproduktio och -conversion
• Nukleotidmetabolism och transport
• Kolhydratmetabolism och transport
• Replikation, reparation, rekombination

Question 8

Hur och varför genomförs komparativ genomik?

Answer 8

Man kan se vilka regioner som har en konservering över längre evolutionär tid genom att jämföra den procentuella likheten mellan gener. För att få fram detta måste man kolla på arter längre bort i släktträdet - chimpanser jämfört med människor skulle exempelvis inte ge något utslag.

Question 9

Vilka genomiska regioner är vanligen konserverade?

Answer 9

Regioner med viktig funktion. Det är stor skillnad i konserveringsgrad mellan exoner och introner vid jämförelse eftersom inom exon måste vi ha samma tripletter som läses av vid proteintranslation för att få samma protein. Det kan även röra sig om prmotorregioner, binding sites för proteiner samt enhancers.

Question 10

Hur kan experiment genomföras för validering av olika regulatoriska sekvenser?

Answer 10

Om vi har en region som misstänks vara av reglerande karaktär kan sekvensen sättas in i en plasmid som uttrycker blå färg. När genen sätts in i ett djur kommer blå färg att uttryckas i området.

Question 11

Vad för slutsats kan dras av att studera genomstorlekar mellan arter?

Answer 11

Det är en väldig skillnad mellan genomstorlekar och kromosomantal. I en sådan studie kan man se att det inte alltid finns en korrelation mellan organismkomplexitet och genomstorlek/kromosomantal. Det finns även en stor variation inom familjer. Däggdjur är däremot en ganska evolutionärt sent utvecklad grupp och det finns därmed inte en lika stor genetisk variation.

Question 12

Hur utvecklas ett genom?

Answer 12

Alla nya gener bildas utifrån existerande DNA. Det finns inga mekanismer för att skapa långa helt nya sekvenser. Det finns dock flera sätt som nya sekvenser kan bildas utifrån existerande DNA.

Question 13

Vilka mekanismer finns för genomevolution och hur fungerar de kortfattat?

Answer 13

• Mutation - liten förändring men den vanligaste.
• Genduplikation - vanligt då att ena kopian ansamlar förändringar.
• Rekombinering - nya kombinationer uppstår genom att segment kan flyttas runt
• Horisontell genöverföring - inte så vanligt mellan eukaryoter men innebär att organismer byter genetisk information
• Helgenoms-duplikation
• Transposition

Question 14

Vad är punktmutationer?

Answer 14

DNA-sekvensändring som resulterar i felinkorporering av nukleotider under DNA-syntes. Kan nedärvas om de är lokaliserade i könscellerna.

Två vanliga punktmutationer är depurinering och deaminering som leder till deletion respektive substitution.

Question 15

Vilka gensorter kan duplikation resultera i?

Answer 15

Paraloger, ortologer och homologer.

Question 16

Vad är ortologer?

Answer 16

Gener med samma funktion i två olika arter med gemensam senaste förfader.

Question 17

Vad är paraloger?

Answer 17

Relaterade gener med divergent funktion i en och samma organism, vilka uppstått via genduplicering - även inom samma genom.

Question 18

Vad är homologer?

Answer 18

Alla gener relaterade till varandra via härkomst, inklusive både paraloger och ortologer.

Question 19

Vilka exempel finns på gener som uppstått genom duplikation?

Answer 19

• Alfaglobin
• Betaglobin
• Tillväxtfaktorer
• Albumin

Question 20

Hur har de olika formerna av syrebärande hemoglobin uppstått?

Answer 20

Genom genduplikation följt av mutationer. Detta har gjort att utvecklingen har gått från en enkel molekyl med 150 aminosyror till ett komplex av olika typer av globinkedjor. Släktskap mellan olika globingener kan ritas upp med ett släktträd som visar vilka som är närbesläktade och även hur många duplikationer som har skett sedan förstadiet genom längden på linjen.

Question 21

Hur kan återanvändning av exoner och domäner ske?

Answer 21

Genom att olika funktionella moduler återanvänds. Detta sker genom att en bit av arvsmassan duplikeras och placeras inom en annan gen och kommer därmed att transkriberas i ett annat sammanhang vilket resulterar i en ny funktion.

Question 22

Hur sker rekombinering av kromosomer?

Answer 22

Via överkorsning mellan homologa sekvenser. Vid balanserad rekombinering sker ingan förlust eller ökning av DNA-mängd.

Question 23

Vad sker vid ojämn överkorsning vid mitos eller meios?

Answer 23

Det uppkommer vid rekombinering mellan ej perfekt basparade homologa sekvenser. Det leder till förlust respektive ökning av DNA-mängd av de olika allelerna. Detta kan ske mellan både syster- och icke-systerkromatider och evolutionärt kan det leda till att genförändringar uppstår.

Question 24

Trots att horisontell rekombinering sällan sker i eukaryoter, hur kan det ske i denna cell typ?

Answer 24

Det kan ske med virus som en vektor i eukaryoter genom att viruset för med sig gener från en annan celltyp.

Question 25

Vad är ett exempel på hosrisontell genöverföring i eukaryota celler?

Answer 25

Mitokondriernas ursprung som troligtvis kommer från att en aerob bakterie blev fagocyterad av en anaerob ärkeorganism och symbios uppstod.

Question 26

Hur sker evolution genom helgenomsduplikation?

Answer 26

Genom att antalet kromosomer dubbleras i en art och man kan då se en tydlig dubblering i arvsmassa. Denna typ av duplikation är generellt mer accepterat i en cell än att ett mindre antal gener duplicerat - troligtvis eftersom det då blir en obalans mellan några gener som kan störa olika signalvägar, vilket inte skulle uppstå vid helgenomsduplikation.

Question 27

Hur förhåller sig iden mänskliga organismen till helgenomduplikationer?

Answer 27

Kromosomerna 13, 18 och 21 samt könskromosomerna kan dupliceras och personen överlever ändå. I andra fall är en sådan duplikation letal.

Question 28

Vad är transposition?

Answer 28

En typ av rekombinering som ej kräver långa homologa DNA-sekvenser. Det gör att genetiskt material kopieras och/eller flyttas till ny plats i arvsmassan.

Question 29

Vilka är de tre klasserna av transposoner?

Answer 29

• DNA-only transposons
• Retroviral-like retrotransposons
• Nonretroviral retrotransposons

Question 30

Vad är och hur fungerar DNA-only transposons?

Answer 30

• Har korta inverterade repeats i varje ände.
• Kodar transposase
• Rör sig som DNA, either excisingn or following a replicative pathway

Question 31

Vad är och hur fungerar retroviral-like retrotransposons?

Answer 31

• Direktionellt repeterade långa terminala repeats
• Kodar reverstranskriptas och liknar retrovirus
• Rör sig via en RNA-intermediär producerad av promotor i LTR

Question 32

Vad är och hur fungerar nonretroviral retrotransposons?

Answer 32

• Poly A i 3’-änden av RNA transkript och 5’-änden är ofta trunkerad
• Kodar för reverstranskriptas
• Rör sig via en RNA-intermediär som ofta är producerad av en närliggande promotor.
• L1 är ett LINE-element som tar upp en stor del av vår arvsmassa.

Question 33

Hur sker transposition via DNA-transposoner?

Answer 33

1. Transposas binder till inverterade repeat-sekvenser och bildar en DNA-ögla med transposonen.
2. Transposas klyver mål-DNA på slumpmässig plats och katalyserar inkorporering av transposon-DNA.
3. DNA-luckor i båda ändarna fylls igen via DNA-polymeras och ligas.

Question 34

Hur sker transposition via retrovirus?

Answer 34

1. Inträde i värdcell samt förlust av virushölje
2. Skapande av cDNA från virus-RNA:t
3. DNA-integrering i värdgenomet mha det virala enzymet integrad
4. Produktion av virusprotein via värdcellens maskineri.

Det gör att viruset kan ligga vilandes under lång tid för att sedan börja transkriberas igen

Question 35

Hur ser LINE-1 ut?

Answer 35

Genen har två open reading frames vilket är sekvenser som kan översättas till protein. Dessa är sådana som behövs för att LINE ska kopieras till nya platser. Det innebär att LINE är en autonom transposon - den bär själv på den sekvens som behövs för att proteiner ska bildas som krävs för kopiering. Detta kan jämföras med SINE som inte har sådana sekvenser utan behöver åka “snålskjuts” på LINE-produkter.

Question 36

Hur sker transposition via LINE-1-element?

Answer 36

1. L1-elementen är inkorporerat i värdkromosomen
2. Produktion av protein med RT- och endonukleas-aktivitet
3. Proteinet binder L1-RNA:t och klyver ena strängen på mål-DNA
4. DNA agerar primer för reverstranskription - cDNA skapas
5. Produktion av den andra cDNA-strängen

Question 37

Vad är ett verktyg som används för att jämföra levande arter och ge en bild av evolutionäre förfäder?

Answer 37

Fylogenetiska träd

Question 38

Vad är den molekylära klockan?

Answer 38

Det säger att substitutioner i genomet sker med ett visst tidsintervall.

Question 39

Hur kan man rekonstruera en gemensam förfader utifrån olika arters genetiska information?

Answer 39

Om två närbesläktade arter har samma sekvens har även förfadern denna. Om det är en skillnad kollar man istället på en art som är längre från släktmässigt för att se vilken som är den ändrade varianten.

Question 40

Hur kan förändringar i allalfrekvenser ske?

Answer 40

Om vissa delar av orginalpopulationen har en allel som gör att de har överlevt något event bättre (förflyttning, sjukdom osv), kommer denna att favoriseras och sedan bli den vanliga i en ny population.

Detta kan exempelvis användas för att studera historiska folkvandringar. Allelfrekvensen kan studeras för att se hur de rört sig vilket ger ganska exakt tidsmässig markör för när förflyttningar har skett. Det kan även användas för att se hur olika befolkningsgrupper längs förflyttningen är besläktade.