'

ЛЕКЦИЯ 4

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

ЛЕКЦИЯ 4 СТРУКТУРА МИТОХОНДРИАЛЬНОГО ГЕНОМА ГРИБОВ И ЖИВОТНЫХ 1. Митохондриальные ДНК грибов – организация и физико-химические параметры 2. Генетическая карта мтДНК дрожжей 3. Интроны митохондриальных генов дрожжей . 4. Организация митохондриального генома других грибов 5. Генетическая карта мтДНК нейроспоры 6. Митохондриальные плазмиды нейроспоры и их связь со старением штаммов 7. Организация митохондриального генома животных


Слайд 1

Электронно-микроскопическая фотография дрожжевых клеток с: А нормальными митохондриями В гигантской митохондрией С мутанты без митохондрий А В С Каждая клетка грибов содержит множество митохондрий Выживают только на специальных средах Митохондрия дрожжей, прижизненная окраска флуоресцентным красителем


Слайд 2

Митохондриальная ДНК, подобно хлоропластной, организована в нуклеоиды Размеры нуклеоидов дрожжей обычно 20-50 нм Каждый нуклеоид содержит 3-5 молекул мтДНК


Слайд 3

Слева – почкующаяся дрожжевая зигота, справа в тех же клетках – митохондриальные нуклеоиды Митохондриальные нуклеоиды, подобно хлоропластным, связаны с внутренней мембраной митохондрии В нуклеоидах молекулы ДНК связаны с гистоноподобными белками


Слайд 4

Грибы – обширная и разнообразная группа, включающая более 100000 видов


Слайд 5

Organism                       Classification           Size(kbp) Shape      % Sequenced    Status $$$                                CHYTRIDIOMYCOTA Allomyces macrogynus           Blastocladiales          57.473     circle        100%        P Allomyces arbusculus           Blastocladiales         54       circle         15% **     P Catenaria anguillulae (Barr)   Blastocladiales          45        ?              3% PCR         Spizellomyces punctatus (Barr) Spizellomycetales   61.3       3 circles***  100%        Y/P Rhizophlyctis rosea (Barr)     Spizellomycetales        ~50     circle?         5% PCR    P Rhizophydium #136 (Longcore)   Chytridiales             68.834    circle        100%        Y/P Harpochytrium #94 (Longcore)   Monoblepharidales    19.473    circle        100%        Y/P    Harpochytrium #105 (Longcore)  Monoblepharidales    24.570    circle        100%        Y/P Hyaloraphidium curvatum        Monoblepharidales        33.949    linear (mon.) 100% P Monoblepharella #15(Mollicone) Monoblepharidales      60.433   circle        100%        Y/P Monoblepharis #20 (Mollicone)  Monoblepharidales        ~40       circle?         5% PCR --------------------------------------------------------------------------------------------------------     ZYGOMYCOTA Rhizopus stolonifer            Mucorales                 54.191     circle        100%        Y/P(partial) Mucor mucedo                   Mucorales                 ?        circle?     0.6 kbp (PCR) Mortierella verticillata       Mortierellales           58.745    circle        100%        Y  Smittium culisetae             Harpellales               58.654    circle        100% ---------------------------------------------------------------- ---------------------------------------- Aspergillus nidulans           ASCOMYCOTA                32        circle         94% #    Galiella rufa  ASCOMYCOTA (Pezizales) 30 ? - Saitoella complicata           ASCOMYCOTA                43 circle 99%                       Schizosaccharomyces pombe      ASCOMYCOTA      19.431     circle        100%        P Schizosaccharomyces octosporus ASCOMYCOTA    44.227    circle        100%        Y/P Schizosaccharomyces jap.v.jap  ASCOMYCOTA          ~86       circle        100%   Y/P Taphrina deformans        ACOMYCOTA 55.914 circle 100% -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Cantharellus cibarius          BASIDIOMYCOTA            58.655     circle        100% Schizophyllum commune          BASIDIOMYCOTA      49.705    circle        100%        Y/P(partial) -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Phytophthora infestans         OOMYCOTA (pseudofungi)   37.957    circle        100%        Y/P Phytophthora megasperma        OOMYCOTA (pseudofungi)   ~38     circle         28% * -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Monosiga brevicollis (Nerad)   CHOANOZOA                76.568     circle        100%        Y/P Митохондриальный геном грибов необычайно изменчив по размерам: от 19000 до 85000 пар оснований, ГЦ состав: от 18% до 36% М Б


Слайд 6

Митохондриальные карты обычно представляют кольцевыми, однако у трети из изученных видов дрожжей и в других группах грибов выявлены линейные молекулы Они имеют терминальные структуры – «митохондриальные теломеры» Теломеры интенсивно изучаются в связи с репликацией линейных мтДНК и другими явлениями: апоптозом, болезнями, инфекциями, «бессмертием» Организация молекул митохондриальной ДНК грибов


Слайд 7

ГЦ-содержание в мтДНК дрожжей мало – от 18 до 25%. Однако 2-3% генома содержат участки, богатые ГЦ-парами Митохондриальный геном дрожжей Длина ГЦ-кластеров 30-60 пн, их количество на геном – до 150 и более, расположены они в межгенных участках спейсеры сайт-кластеры гены ГЦ-кластеры ГЦ-пар – 26% ГЦ пар меньше 5% более 50% ГЦ-пар


Слайд 8

Примеры ГЦ-кластеров в митохондриальной ДНК грибов В мт геноме дрожжей очень часто происходят рекомбинации, в которых участвуют ГЦ-кластеры Следствием аномального рекомбиногенеза являются и мутанты petite, несущие крупные делеции мтДНК


Слайд 9

Даже у разных видов одного и того же рода Saccharomyces размер молекул мтДНК сильно различается: 85 тпн – «длинный геном» 78 тпн - «короткий» геном» 74 тпн – «сверхкороткий» геном» У примитивного вида дрожжей S.uvarum геном мт всего 57 тпн Но несмотря на разный размер мтДНК, набор кодируемых генов у разных видов рода практически одинаков. Митохондриальная ДНК дрожжей кодирует значительно меньше генов, чем мтДНК растений Митохондриальный геном дрожжей необычайно изменчив по размерам


Слайд 10

rnl ori4 ori3 var 1 atp9 ori6 cob ori2 ori7 atp6 atp8 cox1 ori8 rns ori1 tsI ori5 cox3 tmtl cox2 Карта митохондриального генома Saccharomyces cerevisiae 8 ori – сайтов - точки начала репликации Стрелки указывают места инициации транскрипции Гены тРНК (24) обозначены точками Черные прямоугольники экзоны, белые – интроны Содержит до 9 интронов


Слайд 11

Гены митохондриальных ДНК дрожжей


Слайд 12

Интроны митохондриальных генов дрожжей Число интронов варьирует у разных штаммов Штаммы без интронов так же жизнеспособны, как и с интронами, но - если сплайсинг нарушен, штамм становится нежизнеспособным. . Сайты узнавания интрон-кодируемыми эндонуклеазами очень длинные – до 18 нуклеотидов, они гораздо специфичнее рестриктаз. (рис.) Интроны могут содержать ORF Обычно эти ORF кодируют ферменты: матуразы, эндонуклеазы Сайты узнавания интрон-кодируемыми эндонуклеазами очень длинные – до 18 нуклеотидов, они гораздо специфичнее рестриктаз.


Слайд 13

Карта митохондриального генома одного из примитивных видов грибов хитридиомицетов


Слайд 14

Набор генов – типичный для грибов Все гены транскрибируются с одной нити но тРНК – всего 8 генов Карта митохондриального генома еще одного вида хитридиомицетов !!!


Слайд 15

Митохондриальный геном хитридиомицетов Размер генома очень изменчив: от 19,500 до 60,440 пн тРНК генов очень мало – 7-9, но всегда остаются те же самые ГЦ cостав 36-39% - больше, чем в мтДНК других грибов


Слайд 16

Митохондриальные карты трех видов зигомицетов Гены кодируются на обеих цепочках; Кодирующие последо-вательности занимают 35-43%; Порядок генов изменчив; У Rhizopus oryzae гены nad2/nad3 и nad4/nad5 перекрываются на 1 нуклеотид; Набор тРНК достаточен.


Слайд 17

Гены, ORF и интроны в мтДНК зигомицетов Общее число генов – более 40


Слайд 18

Геном очень плотно «упакован» 25 генов тРНК 10 других генов 2 промотора Карта митохондриального генома одного из аскомицетов


Слайд 19


Слайд 20

Митохондриальный геном Neurospora – кольцевая молекула размером 62 тпн тРНК генов – 27 3 рРНК гена 7 генов ND 12 других генов У нейроспоры генов мтДНК больше, чем у дрожжей Всего 49 генов


Слайд 21

Митохондриальные плазмиды Neurospora найдены в природных штаммах промотер ген ДНК- полимеразы ген обратной транскриптазы ген ДНК- kalilo ген РНК- полимеразы 8643 п.н. полимеразы ген ДНК- maranhar ген РНК- полимеразы. 7052 п.н полимеразы Терминальный инвертир. повтор Терминальный инвертир. повтор Гипотеза: плазмиды грибов родственны интронам мтДНК и мобильным генетическим элементам


Слайд 22

Разнообразие типов плазмид у грибов и кодируемых ими генов К настоящему времени плазмиды в митохондриях найдены у 16 видов живых организмов, из них 9 - грибы ДНК-зависимая ДНК-полимераза ДНК-зависимая РНК-полимераза РНК-зависимая РНК-полимераза РНК-зависимая ДНК-полимераза, или обратная транскриптаза


Слайд 23

Большинство штаммов нейроспоры и других грибов не стареют и кажутся бессмертными Однако описано несколько случаев старения, связанных с линейными плазмидами Штамм N.intermedia Ювенильная стадия: плазмиды существуют в митохондриях в большом количестве копий Начало старения: молекулы ДНК плазмиды kalilo внедряются в мтДНК нейроспоры Механизмом такого старения является, возможно, инактивация генов, связанная с интеграцией плазмид в геном митохондрий


Слайд 24

Молекула мтДНК имеет структуру: А-В-С- - -L-M-N Молекула мтДНК со встроенной плазмидой имеет структуру: D-E-F-G-kal- G-F-E-D и, возможно, L-M-N-kal-N-M-K. По такому же принципу внедряются в мтДНК плазмиды maranhar, вызывая нарушение работы мтДНК и старение штамма Схема встраивания плазмиды в молекулу митохондриальной ДНК нейроспоры


Слайд 25

Модель подавления митохондрий после встраивания плазмиды в мтДНК нейроспор. Темными кружками отмечены митохондрии, содержащие встроившиеся плазмиды Молодой штамм Старый штамм


Слайд 26

Итак, митохондриальные ДНК грибов отличаются от митохондриальных ДНК растений низким процентом ГЦ-пар меньшим размером меньшим числом генов чрезвычайным разнообразием размера молекулы число кодируемых генов варьирует примерно от 25 до 50


Слайд 27

Из 1283 полностью секвенированных геномов митохондрий более 1100 – митохондриальные ДНК животных простейшие растения животные простейшие


Слайд 28

Online ISSN 1362-4962 - Print ISSN 0305-1048 Copyright © 2006 Oxford University Press Oxford Journals Oxford University Press Site Map Privacy Policy Frequently Asked Questions Other Oxford University Press sites: Накопление данных по секвенированным геномам за последние 25 лет Митохондриальные сиквенсы: 2000 г.- 90; 2006 г. - 842


Слайд 29

Митохондриальные ДНК животных


Слайд 30

Bos taurus 16338п.н. Mus musculus 16303 Rattus norvegicus 16298 Balaenoptera physalus 16398 Balaenoptera musculus 16402 Phoca vitulina 16826 Halichoerus grypus 16797 Equus caballus 16660 Didelphis virginiana 17084 Homo sapiens 16569п.н. Mammalia мтДНК


Слайд 31

Митохондрии кардиомиоцитов человека Митохондрии различной формы (указаны стрелками) распределяются среди миофибрилл


Слайд 32

Митохондриальные геномы животных значительно уступают по размерам митохондриальной ДНК большинства грибов и особенно мтДНК растений Митохондриальная ДНК животных представляет собой замкнутую кольцевую молекулу размером от 14 до 42 тысяч пар нуклеотидов, чаще всего 16-17 т.п.н. Митохондриальные геномы животных даже самых отдаленных филогенетических групп весьма сходны


Слайд 33

Сравнительная организация митохондриального генома различных классов позвоночных Гены мтДНК животных имеют «уплотненную» организацию Межгенные спейсеры – 1-9 нуклеотидов Гены могут перекрываться на 2-9 нуклеотидов Многие гены расположены встык


Слайд 34

Гены митохондриальных ДНК животных ИТОГО – 37 генов


Слайд 35

Увеличение размеров митохондриальных геномов некоторых животных обычно происходит за счет некодирующих повторяющихся последовательностей, почти всегда в контрольной области ND2 ATP6 COIII COII K D COI OL I M ND1 L(UUR) V 16S rRNA 12S rRNA F D-петля OH CYTb T P E ND6 ND 5 L(CUN) S (AGY) H G R ND 4 ATP8 W ND3 ND4L LSP HSP1 A N C Y Q S(UCN) 1/16569 12427 8285 4142 HSP2 Даже у весьма далеких от позвоночных полухордовых животных Balanoglossus carnosus порядок взаимного расположения генов в целом такой же, как у млекопитающих, т.е. сохраняется в течение 600 млн. лет


Слайд 36

Ribosomal RNAs Prokaryotes Eukaryotes (mammalian) Mitochondria Large rRNA 2900 nt / 23 S 4800 nt / 28 S 1600 nt / 16 S Small rRNA 1540 nt / 16 S 1900 nt / 18 S 950 nt / 12 S 5.8 S — 160 nt / 5.8 S — 5 S 120 nt / 5 S 120 nt / 5 S 120 nt / 5 S


Слайд 37

2 гена рибосомальной РНК в мтДНК животных: 12S и16S – расположены всегда рядом, между ними – ген лейциновой тРНК 22 гена тРНК - достаточно для синтеза всех белков Некоторые тРНК гены образуют кластеры, но основная часть – по одному между белок-кодирующими генами Наиболее консервативен у позвоночных ген тРНКMet, наименее – ген тРНКSer(AGY), который у млекопитающих, птиц и земноводных имеет необычную структуру с очень короткой DHU петлей Рекомбинации мтДНК животных либо не происходят вообще, либо происходят исключительно редко Особенности организации митохондриальной ДНК животных


Слайд 38

Гены белков митохондрий 13 генов мтДНК животных кодируют некоторые субъединичные белки пяти компонентов дыхательного комплекса В исключительно редких случаях отсутствует какой-то из генов в мтДНК некоторых видов или, наоборот, имеются дополнительные гены или генные копии


Слайд 39

Митохондриальный геном резко редуцирован у паразитических животных Значительно отличаются по организации митохондриальные геномы нематод: ген atp8 отсутствует, гены меньше по размерам, изменен порядок расположения генов, тРНК имеют необычную структуру


Слайд 40

Самый необычный геном - у картофельной нематоды Globodera pallida: мтДНК - отдельные малые кольцевые молекулы различного размера и с разным набором генов, что является уникальным для многоклеточных животных. Митохондриальный геном другого класса нематод – трихинелл – является промежуточным по организации между обычным мт геномом и мтДНК Globodera. Globodera pallida Trichinella spiralis


Слайд 41

Итак, митохондриальные ДНК животных- это кольцевые молекулы, которые отличаются чрезвычайно малым размером (16-17 тпн), практически постоянным числом и набором генов – 37, порядок расположения которых относительно друг друга тоже достаточно консервативен. Гены кодируются на обеих цепочках, нередко перекрываясь Единственная некодирующая область генома, так называемая D-петля, содержит точки начала репликации и транскрипции ДНК-молекулы


Слайд 42

КОНЕЦ ЛЕКЦИИ 4


Слайд 43


Слайд 44

Figure 4.4 (A) Electron micrograph showing a thin section through Leishmania tarentolae . The basal body and axoneme extend to the left. (B) Kinetoplast DNA. The maxi circle and many minicircles appear associated in an aggregate. (C) Higher magnifi cation view of many minicircles in various toplogical linkages. (Photographs provided by L. Simpson, UCLA.)


×

HTML:





Ссылка: