Наследственность
<<  Главные теории, законы и закономерности биологии Эволюция представлений о молекулярной природе наследственности  >>
генов в ядро
генов в ядро
Симбиотическая теория происхождения органелл
Симбиотическая теория происхождения органелл
Her theory that life evolved through cooperation and symbiosis, not
Her theory that life evolved through cooperation and symbiosis, not
Как производили поиск бактерий - предшественников митохондрий
Как производили поиск бактерий - предшественников митохондрий
Анализ других высококонсерватиных белков и их генов ( cob, Cox)
Анализ других высококонсерватиных белков и их генов ( cob, Cox)
Геном Rickettsia prowazekii – кольцо размером 1111523 п.н., 834 гена;
Геном Rickettsia prowazekii – кольцо размером 1111523 п.н., 834 гена;
У риккетсий в геноме более 24% некодирующей ДНК – больше чем у всех
У риккетсий в геноме более 24% некодирующей ДНК – больше чем у всех
Жгутиковые простейшие - Jakobids
Жгутиковые простейшие - Jakobids
Митохондриальный геном R. аmericana – самый насыщенный генами из всех
Митохондриальный геном R. аmericana – самый насыщенный генами из всех
4 гена РНК-полимеразы
4 гена РНК-полимеразы
18 генов белков, найденных у R. аmericana, не выявлено больше ни в
18 генов белков, найденных у R. аmericana, не выявлено больше ни в
У R. аmericana – типичная для бактериальных геномов кластерная
У R. аmericana – типичная для бактериальных геномов кластерная
Предполагаемые мотивы Shine-Dalgarno в генах митохондриальных белков R
Предполагаемые мотивы Shine-Dalgarno в генах митохондриальных белков R
Белок-кодирующие гены с идентифицированной функцией в митохондриальной
Белок-кодирующие гены с идентифицированной функцией в митохондриальной
Утрата генов в эволюционном процессе
Утрата генов в эволюционном процессе
Изменение локализации генов в митохондриях человека и большинства
Изменение локализации генов в митохондриях человека и большинства
Процесс переноса генов в ядро продолжается и на данном этапе эволюции
Процесс переноса генов в ядро продолжается и на данном этапе эволюции
Гипотезы происхождения митохондрий, то есть образования
Гипотезы происхождения митохондрий, то есть образования
В середине 80-х годов была открыта группа эукариотических организмов,
В середине 80-х годов была открыта группа эукариотических организмов,
Симбиотическая схема приобретения митохондрий и образования эукариот
Симбиотическая схема приобретения митохондрий и образования эукариот
Схема, отражающая эволюцию живых организмов Цветным выделены
Схема, отражающая эволюцию живых организмов Цветным выделены
Скорее всего, Archeoprotista являются потомками эукариот-анаэробов,
Скорее всего, Archeoprotista являются потомками эукариот-анаэробов,
!
!
Водородная гипотеза происхождения первых эукариот
Водородная гипотеза происхождения первых эукариот
Предлагаемые иные варианты «эволюционных сценариев»
Предлагаемые иные варианты «эволюционных сценариев»
Динамика появления на Земле основных групп живых организмов
Динамика появления на Земле основных групп живых организмов
Становление в эволюции эукариотической клетки – долгий процесс проб и
Становление в эволюции эукариотической клетки – долгий процесс проб и
Происхождение пластид
Происхождение пластид
Примитивные 1- клеточные эукариоты, захватывая фотосинтетических
Примитивные 1- клеточные эукариоты, захватывая фотосинтетических
Хлоропласты Rhodophyta с примитивной структурой ламелл
Хлоропласты Rhodophyta с примитивной структурой ламелл
Дерево «генных потерь» пластидного генома
Дерево «генных потерь» пластидного генома
Совершенно необычный результат был получен при исследовании пластома
Совершенно необычный результат был получен при исследовании пластома
Вторичные симбиозы - возникали и возможно еще возникают
Вторичные симбиозы - возникали и возможно еще возникают
Какие гены прежде всего остаются в органеллах
Какие гены прежде всего остаются в органеллах
А какие гены «задерживаются» в митохондриях
А какие гены «задерживаются» в митохондриях
Морские моллюски с «солнечными батареями»
Морские моллюски с «солнечными батареями»
Электронно-микроскопические фотографии, видны интактные хлоропласты в
Электронно-микроскопические фотографии, видны интактные хлоропласты в
Симбиоз Elysia chlorotica с водорослью >8 месяцев
Симбиоз Elysia chlorotica с водорослью >8 месяцев
А. Первичный симбиоз простейшего с цианобактерией
А. Первичный симбиоз простейшего с цианобактерией
Какие еще загадки таит природа
Какие еще загадки таит природа

Презентация: «Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро». Автор: USER. Файл: «Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро.ppt». Размер zip-архива: 3212 КБ.

Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро

содержание презентации «Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро.ppt»
СлайдТекст
1 генов в ядро

генов в ядро

ЛЕКЦИЯ 6 ПРОИСХОЖДЕНИЕ МИТОХОНДРИЙ И ХЛОРОПЛАСТОВ ПЕРЕНОС ОРГАНЕЛЬНЫХ ГЕНОВ В ЯДРО Организмы – предшественники митохондрий Митохондриальный геном Reclinomonas аmericana Эволюционная редукция генома митохондрий Редукция органельных геномов Внутриклеточное изменение локализации генов Гипотезы происхождения митохондрий Происхождение пластид Зеленое животное Elysia chlorotica

2 Симбиотическая теория происхождения органелл

Симбиотическая теория происхождения органелл

Предположения о формировании клеточных органелл в результате слияния клеток эукариот с бактериями возникли еще в конце 19 века. Реанимирована симбиотическая теория в 70-е годы 20 века

?

3 Her theory that life evolved through cooperation and symbiosis, not

Her theory that life evolved through cooperation and symbiosis, not

through competition, was once scoffed at, and is now gaining widespread respect

Lynn margulis - мама четверых детей

4 Как производили поиск бактерий - предшественников митохондрий

Как производили поиск бактерий - предшественников митохондрий

Анализ генов малой субъединицы рРНК

Альфа-протеобактерии

5 Анализ других высококонсерватиных белков и их генов ( cob, Cox)

Анализ других высококонсерватиных белков и их генов ( cob, Cox)

позволил выявить три наиболее близкие к митохондриям группы альфа-протеобактерий:

Rhodospirillum, Bradyrhizobium, Rickettsia

Возбудитель брюшного тифа, облигантный внутриклеточный паразит Rickettsia prowazekii

Унес 20—30 млн жизней в 1 мировую войну и несколько млн во 2-ую мировую

Анаэробы

Фотосинтетики

«Экстремалы»

Гетеротрофы

Патогены

6 Геном Rickettsia prowazekii – кольцо размером 1111523 п.н., 834 гена;

Геном Rickettsia prowazekii – кольцо размером 1111523 п.н., 834 гена;

геном E.coli - 4288 гена

В кольце – митохондриальные геномы разных видов

7 У риккетсий в геноме более 24% некодирующей ДНК – больше чем у всех

У риккетсий в геноме более 24% некодирующей ДНК – больше чем у всех

других изученных микроорганизмов. У риккетсий утрачены гены ферментов гликолиза, а также большинство генов синтеза аминокислот и нуклеотидов.

Скорее всего, риккетсии и митохондриальные геномы эволюционировали независимо от общего бактериального предка, при этом происходил процесс редукции генов, уникальный для каждого генома.

Клетки, инфицированные риккетсиями

8 Жгутиковые простейшие - Jakobids

Жгутиковые простейшие - Jakobids

Reclinomonas americana

Rickettsia prowazekii

«Филогенетическая брешь» между эукариотическим и митохондриальными геномами будет уменьшаться при дальнейшем исследовании

Альфа-протеобактерии

Митохондрии

9 Митохондриальный геном R. аmericana – самый насыщенный генами из всех

Митохондриальный геном R. аmericana – самый насыщенный генами из всех

известных сегодня митохондриальных геномов, в нем выявлено 97 генов

Одни из древнейших эндосимбиотических эукариот

Jakobids имеют ряд общих черт в ультраструктурной организации с ретромонадами - группой простейших, не содержащих митохондрий

10 4 гена РНК-полимеразы

4 гена РНК-полимеразы

11 18 генов белков, найденных у R. аmericana, не выявлено больше ни в

18 генов белков, найденных у R. аmericana, не выявлено больше ни в

одном митохондриальном геноме. Самое удивительное – присутствие 4 генов rpo A-D. У родственного вида Jakoba libera два из четырех генов rpo отсутствуют.

12 У R. аmericana – типичная для бактериальных геномов кластерная

У R. аmericana – типичная для бактериальных геномов кластерная

организация генов. Порядок рибосомальных белковых генов фактически повторяет организацию этих генов в четырех оперонах кишечной палочки

str S10

E.Coli R. Americana мт M. Polymorpha мт A. Castellanii мт

S12

S7

S3

L16

S17

L2

S19

fusA

tufA

S10

L3

L4

L23

S7

L29

tufA

S10

S10

spc alpha

E.Coli R. Americana мт M. Polymorpha мт A. Castellanii мт

L14

L24

secY

L15

L36

L30

L5

S14

S8

L6

L18

S5

S4

rpoA

L17

L14

S11

S13

L18

secY

rpoA

L5

S14

S8

L6

S11

S13

S8

S13

S11

L6

L14

S14

L5

13 Предполагаемые мотивы Shine-Dalgarno в генах митохондриальных белков R

Предполагаемые мотивы Shine-Dalgarno в генах митохондриальных белков R

americana. Возможное комплементарное взаимодействие между SD-последовательностями и 3’-концом митохондриальной 16S рРНК указано звездочками

В митохондриальных геномах R. аmericana сохранился скорее всего бактериальный способ инициации трансляции: между 2-м и 12-м нуклеотидами выше инициирующего кодона большинства белковых генов находится последовательность, похожая на SD – нигде более в митохондриальных системах такого не было найдено!

Число генов в митохондриях различных организмов варьирует от 5 (апикомплекса) до 97 ( R. аmericana). Но даже эта большая цифра – ничто по сравнению с 1000 и более генов бактерий-предшественников

AAAACTATAAGAAATAGTTATTTAAAAAAAAGGAAAAAAAAATG……………tufA TATGTGGGATTTCTTTGTGTGCTTAGAGAAAGGAATGTATATTTTATG……nad1 TTAATGTTTTTAATATTTTTGATATAGTAAAGGAAAATAAGATG…………….nad11 TTAATTATTTAATATTTTTATTATTTTAAAAGGATTCTTATATG………………rps7 ATTCAAAGAAAATATTATAATAATTAATATGGGAATTTATTTTATG………….rpoB ATAGAAGTGTTTGTATTTTTTAATATAAAAAGGTTGGTATAATATG……… nad4L GTTTCAAAACTTATTTTTAAGTAAAATGAAAGGATATTTATATG…………….cox2 TATAATTATAAATTCATAGAAAATAAAAAAAAGATAATCGCTTATG……… cox1 TATTGTATTTATAAATAATAAAAAAAACAAAGGAAATTCAAAATG…………..cox3 * * * * * * 3’ UUUCCUCAAGUAGGUCGA…… 16S рРНК

Выделенный мотив (или отличающийся от него на 1 нуклеотид) предшествует не менее пятидесяти белок-кодирующим генам мтДНК

14 Белок-кодирующие гены с идентифицированной функцией в митохондриальной

Белок-кодирующие гены с идентифицированной функцией в митохондриальной

ДНК Reclinomonas americana

Синтез АТФ и транспорт электронов Комплекс I Комплекс II Комплекс III Комплекс IV Комплекс V

nad1, 2, 3, 4, 4L, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 sdh 2, 3, 4 cob cox 1, 2, 3 atp 1, 6, 8, 9, 3

Трансляция Белки малой субъединицы рибосомы Белки большой субъединицы рибосомы Фактор элонгации

Транскрипция Core РНК-полимераза Сигма-подобный фактор

rpo A, B, C rpo D

Импорт / созревание белков Белок сборки цитохром оксидазы Transporter SecY-типа ABC transporter

cox 11 secY yejR, U, V, W

rps 1, 2, 3, 4, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 19 rpl 2, 5, 6, 11, 14, 16, 1, 10, 18, 19, 20, 27, 31, 32, 34 tufA

15 Утрата генов в эволюционном процессе

Утрата генов в эволюционном процессе

Гораздо реже – приобретение генов Единичные исключения: тРНК, плазмидные гены грибов, mutS – ген репарации в мтДНК кораллов

Гены, функции которых перестали быть востребованы, исчезли, вероятно, очень рано – ни в одном из исследованных геномов не найдено никаких генов биосинтеза липидов, нуклеотидов и аминокислот. Часть генов утрачивается, а их функцию начинают выполнять ядерные гены

Гены тРНК в митохондриях у многих простейших гены РНК-полимеразы

у Paramecium aurelium только 3 гена тРНК

16 Изменение локализации генов в митохондриях человека и большинства

Изменение локализации генов в митохондриях человека и большинства

животных из 90 генов электронно-транспортной цепи осталось 13. У некоторых эукариот гены II комплекса еще встречаются в митохондриях. То же случилось с белками миторибосом

17 Процесс переноса генов в ядро продолжается и на данном этапе эволюции

Процесс переноса генов в ядро продолжается и на данном этапе эволюции

Пример - функциональный перенос гена cox2 в процессе эволюции бобовых. У сои имеется 2 копии этого гена – активная в ядре и неактивная в митохондриях, а у ее близкого родственника митохондриальный ген уже потерян.

Ряд белков теплового шока служат хаперонами митохондриальных генов: вероятнее всего, гены БТШ изначально располагались в митохондриях.

18 Гипотезы происхождения митохондрий, то есть образования

Гипотезы происхождения митохондрий, то есть образования

эукариотической клетки

Archaebacterium Archezoan (мито–) Эукариот (мито+)

A

А – двуступенчатый процесс, изначально образуется амитохондриальный эукариот (аrchezoan, мито–) при слиянии археобактерии и грам-отрицательной бактерии, после чего митохондрии приобретаются путем эндосимбиоза с ?-протеобактериями .

Грам– бактерия ?-протеобактерия

Archaebacterium (метаноген) Эукариот (мито+)

B

В – одновременное образование эукариотического ядра и митохондрий при слиянии требующей водорода метанообразующей археобактерии (хозяина) с водород-продуцирующим симбионтом (?-протеобактерией)

?-протеобактерия

19 В середине 80-х годов была открыта группа эукариотических организмов,

В середине 80-х годов была открыта группа эукариотических организмов,

не содержащих митохондрии: Archezoa или Archeoprotista. К ним относятся микроспоридии, метамонады, трихомонады.

У Archezoa примитивная клеточная архитектура – слабо развитая система эндомембран, отсутствие пероксисом и необычная рибосомальная РНК

20 Симбиотическая схема приобретения митохондрий и образования эукариот

Симбиотическая схема приобретения митохондрий и образования эукариот

Giardia lamblia, как оказалось, уже имеет митохондрии, но очень примитивные

21 Схема, отражающая эволюцию живых организмов Цветным выделены

Схема, отражающая эволюцию живых организмов Цветным выделены

пластид-содержащие ветви

22 Скорее всего, Archeoprotista являются потомками эукариот-анаэробов,

Скорее всего, Archeoprotista являются потомками эукариот-анаэробов,

которые предшествовали появлению «коронной группы» - грибов, растений, животных

Отсутствие митохондрий у эукариот не обязательно свидетельствует об их эволюционной древности: может происходить вторичная утрата митохондрий, связанная с паразитическим образом жизни: (например, Entamoeba hystolitica)

23 !

!

Гидрогеносомы – органеллы, продуцирующие водород

Видоизмененные митохондрии???

Гидрогеносомы встречаются у некоторых анаэробных простейших и некоторых грибов-хитридиомицетов, обитающих в рубце жвачных животных

Их размер – 1 мк, они связаны с мембранами клетки

Белки теплового шока, связанные с биогенезом митохондрий, у Archezoa транспортируются и размещаются в гидрогеносомах

Подобно митохондриям, они окружены двойной мембраной, вырабатывают АТФ и даже иногда имеют кристы

В отличие от митохондрий, они продуцируют молекулярный водород, не имеют цитохромов и обычно не имеют ДНК

Недавно в гидрогеносомах аэробных ресничных простейших нашли ДНК, сходную с мтДНК

24 Водородная гипотеза происхождения первых эукариот

Водородная гипотеза происхождения первых эукариот

+

Могли дышать, но выделяли водород как лишний продукт метаболизма

Археобактерия

Эубактерия

Хозяин

..

Гипотетические первые эукариоты

Зависимость хозяина от водорода, выделяемого симбионтом – селективная сила, приведшая к возникновению симбиотических эукариотических клеток

Симбионт

Водород-зависимый автотроф

Водород-выделяющий гетеротроф

25 Предлагаемые иные варианты «эволюционных сценариев»

Предлагаемые иные варианты «эволюционных сценариев»

(A) Потомки исходной клетки – эндосимбионта, имеющего митохондрии

(В ) Химерное происхождение митосом и гидрогеносом от ряда последовательных эндосимбиозов

Митосомы –органеллы,подобные митохондриям, но не содержащие ДНК

26 Динамика появления на Земле основных групп живых организмов

Динамика появления на Земле основных групп живых организмов

Образовались первые многоклеточные организмы

Возникли первые эукариоты

Появились первые прокариоты, в т.ч. цианобактерии

Земля остыла, образовались твердые породы

Скорее всего, за 2 биллиона лет было испробовано множество вариантов различных симбиозов

27 Становление в эволюции эукариотической клетки – долгий процесс проб и

Становление в эволюции эукариотической клетки – долгий процесс проб и

ошибок

Вероятнее всего, на ранних этапах эволюции эукариотической клетки многократно стихийно возникали ассоциации примитивных клеток-предшественников с различными бактериями , но лишь определенный тип эндосимбиоза привел к прогрессу. Процесс очень длительный - более 2 биллионов лет происходило формирование эукариотической клетки на основе прокариотической, еще предположительно биллион лет потребовался для возникновения многоклеточных организмов.

>1000.000.000.000 лет

28 Происхождение пластид

Происхождение пластид

Подобно митохондриям, хлоропласты появились в клетке в результате эндосимбиоза

Общепринято, что предки пластид -цианобактерии

Симбиоз простейшего с желтой водорослью

Цианобактерии

Спирулина

29 Примитивные 1- клеточные эукариоты, захватывая фотосинтетических

Примитивные 1- клеточные эукариоты, захватывая фотосинтетических

прокариот, превратили их во внутриклеточные компоненты, продуцирующие энергию – пластиды

Первичные симбиозы привели к возникновению красных, зеленых водорослей и наземных растений

Размеры генома цианобактерий – от 2700 до 6400 тпн. величина пластома – от 89 тпн до 292 тпн.

В секвенированном геноме цианобактерии Synechocystis – 3229 генов, Генов пластома – 200 - 50 генов

30 Хлоропласты Rhodophyta с примитивной структурой ламелл

Хлоропласты Rhodophyta с примитивной структурой ламелл

31 Дерево «генных потерь» пластидного генома

Дерево «генных потерь» пластидного генома

Как и в случае с митохондриями, редукция привела к сохранению 1-5% первоначального числа генов

32 Совершенно необычный результат был получен при исследовании пластома

Совершенно необычный результат был получен при исследовании пластома

динофлагеллят: у Heterocapsa triquetra и, возможно, других динофлагеллят отдельные гены, как рРНК, так и белок-кодирующие, локализуются в миникольцах ДНК (2-10 т.п.н.). Каждое миникольцо несет по одному гену, кроме того, в некодирующей области все они содержат характерную консервативную последовательность

Heterocapsa triquetra – обладатель уникального пластидного генома

Такая организация пластома несколько напоминает мини-кольцевые ДНК-молекулы в мт геномах некоторых мезозойских животных

33 Вторичные симбиозы - возникали и возможно еще возникают

Вторичные симбиозы - возникали и возможно еще возникают

При поглощении фаготрофными простейшими уже не цианобактерий, а эукариотических 1-клеточных водорослей, несущих пластиды

У криптомонад и хлорарахниофитов сохранились остатки ядер их эукариотических эндосимбионтов в виде нуклеоморфов

В нуклеоморфах выявлено по 3 мини-хромосомы

У хлорарахниофитов – 13 тпн геном нуклеоморфа и семь белковых генов с миниатюрными интронами У криптомонад в нуклеоморфах – 555 тпн, 38 генов без интронов, гены расположены плотнейшим образом на мини-хромосомах

34 Какие гены прежде всего остаются в органеллах

Какие гены прежде всего остаются в органеллах

кодирующие белки биоэнергетических мембран (фотосинтеза и дыхания); участвующие в экспрессии органельных генов

Из более чем 3000 генов Synechocystis только 46 сохранились во всех 24 секвенированных хлоропластных геномах, при этом 44 из них относятся к двум вышеназванным группам

35 А какие гены «задерживаются» в митохондриях

А какие гены «задерживаются» в митохондриях

Три гипотезы набора генов в митохондриях: Гидрофобная гипотеза - в митохондриях остаются гены, чьи продукты очень гидрофобны и с трудом проходят через мембраны; Токсическая гипотеза – гены, перенесенные в новый компартмент, могут там оказаться токсическими (не получила подтверждений пока); - Важность окислительно-восстановительного регулирования генной активности в митохондриях. Такие данные были получены для хлоропластных фотосинтетических генов – их нехватка или инактивация может приводить к появлению неправильных акцепторов или не тех доноров электронов, что может привести к образованию высокотоксичных супероксидных радикалов, к фотооксидации. Доказательства для митохондрий не получены.

36 Морские моллюски с «солнечными батареями»

Морские моллюски с «солнечными батареями»

Моллюск Placida cf. Dendritica с хлоропластами водоросли, сохраненными и функционирующим в клетках моллюска

Elysia chlorotica

Моллюск Pteraeolidia ianthina, «пасущаяся» на колониях бурых одноклеточных водорослей, (zooxanthellae)

Моллюск питается, высасывая содержимое клеток из водоросли Vaucheria. Хлоропласты сохраняются и функционируют в клетках моллюска

37 Электронно-микроскопические фотографии, видны интактные хлоропласты в

Электронно-микроскопические фотографии, видны интактные хлоропласты в

клетках моллюска

Размер животных 1-6 см

E. chlorotica

Нити водоросли Vaucheria litorea (1-2 мм в диаметре)

Vaucheria litorea

Разные формы моллюсков

38 Симбиоз Elysia chlorotica с водорослью >8 месяцев

Симбиоз Elysia chlorotica с водорослью >8 месяцев

Как поддерживается такой длительный симбиоз??? Как хлоропласты выживают и функционируют без своих ядер???

Версии: ядра водоросли где-то прячутся; хлоропластный геном Vaucheria имеет необычно большую автономию; белки, кодируемые хп геномом Vaucheria, необычно стабильны; происходит переадресация митохондриальных или других белков животных с аналогичными или похожими функциями в хлоропласты Elysia происходит горизонтальный перенос генов из водоросли в клетки моллюска

Электронная микроскопия, ДНК гибридизация – ядер не выявили

Хп генов больше, чем у высших растений, но все же не достаточно

Пока неизвестно

ферменты пентозного цикла и глюконеогенеза - универсальны для хп и мт, возможно, пластиды Elysia используют митохондриальные. Обе субъединицы rbc гена кодирует пластом

Под подозрением фосфорибулокиназа – ее нет ни в ядрах, ни в мт моллюска

39 А. Первичный симбиоз простейшего с цианобактерией

А. Первичный симбиоз простейшего с цианобактерией

В. Вторичный симбиоз гетеротрофа с фотоавтотрофной водорослью. Перенос генов из ядра n1 n2

C. Третичный симбиоз с хромофитом Сохраняются оба ядра, n2 может сильно редуцироваться (потеряться)

D. Симбиоз моллюска с водорослью-хромофитом Ядра водоросли n2 теряются, хлоропласты сохраняются в клетках, выстилающих пищеварительный тракт

40 Какие еще загадки таит природа

Какие еще загадки таит природа

«Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/proiskhozhdenie-mitokhondrij-i-khloroplastov-perenos-organelnykh-genov-v-jadro-133961.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Наследственность > Происхождение митохондрий и хлоропластов перенос органельных генов в ядро