Các yếu tố có thể thay thế khác nhau được tìm thấy trong sinh vật Prokaryote và Eukaryote

Các yếu tố có thể thay thế khác nhau được tìm thấy trong sinh vật Prokaryote và Eukaryote!

Ở sinh vật nhân sơ, toàn bộ vật liệu di truyền của một tế bào có mặt trong một nhiễm sắc thể tròn đơn. Nhưng ở sinh vật nhân chuẩn, nó được phân phối thành một số nhiễm sắc thể tuyến tính. Ngoài ra, vi khuẩn có thể chứa một hoặc nhiều loại thực thể tròn nhỏ của vật liệu di truyền gọi là plasmid; những yếu tố này không cần thiết cho sự sống sót của vi khuẩn trong điều kiện bình thường nhưng trong một số môi trường nhất định, chúng mang lại giá trị chọn lọc lớn cho các tế bào nơi chúng cư trú.

Một loại yếu tố di truyền khác, được gọi là các yếu tố có thể thay thế, được tìm thấy cả ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Những khía cạnh này và nhiều khía cạnh khác, bao gồm nghịch lý giá trị C ở sinh vật nhân chuẩn được xem xét ngắn gọn trong các phần sau.

Nghịch lý giá trị C:

Giá trị C là số lượng DNA có trong bộ gen đơn bội của một sinh vật và là một giá trị đặc trưng cho mỗi loài sống thường được biểu thị trong các cặp cơ sở (bp). Nói chung, có sự gia tăng giá trị C với sự gia tăng độ phức tạp của các sinh vật.

Ví dụ, các sinh vật nhân thực đơn bào như nấm men chỉ có DNA nhiều gấp năm lần vi khuẩn E. coli, trong khi các sinh vật đa bào thực sự đầu tiên như tuyến trùng C. Elegans cho thấy hàm lượng DNA của E. coli gấp hơn 100 lần. Nhưng xem xét kỹ hơn các giá trị C bên trong và giữa các phyla khác nhau cho thấy hai đặc điểm khó hiểu sau đây tạo thành nghịch lý giá trị C.

1. Trong một số trường hợp, những thay đổi nổi bật về giá trị không có khả năng liên quan đến sự phức tạp của các sinh vật liên quan. Ví dụ, ở động vật lưỡng cư, bộ gen nhỏ nhất chỉ dưới 10 ⁹ bp trong khi bộ gen lớn nhất là gần 10 ¹¹ bp.

Tương tự, một số loài có liên quan chặt chẽ, ví dụ, ở động vật lưỡng cư rất giống nhau về mặt hình thái, nhưng hàm lượng DNA của chúng thay đổi theo hệ số 10. Do đó, rất khó để tính đến những thay đổi trong kích thước bộ gen chỉ do tăng số lượng gen.

Bảng: Kích thước bộ gen tối thiểu (giá trị C) của một số nhóm sinh vật đa dạng.

2. Ở sinh vật nhân chuẩn, tổng lượng DNA trong bộ gen là rất lớn so với lượng giả định cần thiết để mã hóa protein. Ví dụ, bộ gen của động vật có vú sẽ chứa khoảng 300.000 gen mỗi 10.000 bp, nếu tất cả các DNA bao gồm các gen mã hóa protein. Theo một ước tính, bộ gen của động vật có vú chỉ có thể chứa 30.000 đến 40.000 chức năng gen.

Như vậy rõ ràng là không phải tất cả các DNA trong sinh vật nhân chuẩn đều liên quan đến protein mã hóa. Tình huống bất thường này đã được một số công nhân mô tả là nghịch lý giá trị C.

Plasmid và Episomes:

Các tế bào vi khuẩn là đơn bội ở chỗ chúng chỉ có một loại nhiễm sắc thể vi khuẩn thường xuất hiện từ hai đến vài bản sao trên mỗi tế bào. Ngoài nhiễm sắc thể chính chứa vài nghìn gen, thông tin di truyền ở vi khuẩn cũng có trong một số 'nhiễm sắc thể' tròn gọi là plasmid. Các plasmid có kích thước khác nhau từ những người chỉ có ba gen đến những người chứa hàng trăm gen. Các tế bào vi khuẩn có thể chứa không đến một số plasmid khác nhau.

Một plasmid là một bản sao (đơn vị DNA có khả năng sao chép độc lập) được di truyền ổn định ở trạng thái ngoại bào. Hầu hết các plasmid chết có thể phân tán vì chúng không cần thiết cho sự sống của các tế bào vi khuẩn ngoại trừ trong một số điều kiện môi trường. Một số có khả năng tích hợp vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn; chúng được gọi là episomes.

Mỗi plasmid được duy trì trong tế bào vi khuẩn như một số bản sao đặc trưng chủ yếu do hệ thống kiểm soát sao chép của nó. Về mặt này, các plasmid có hai loại sau:

(a) Plasmid sao chép đơn:

Chúng được duy trì trong một bản sao trên mỗi tế bào và kiểm soát sao chép của chúng giống như tế bào chủ của vi khuẩn.

(b) Plasmid đa bào:

Chúng tồn tại trong một số, nhưng một số lượng bản sao đặc trưng cho mỗi ô. Kiểm soát sao chép của chúng cho phép nhiều hơn một lần sao chép xảy ra trong khi nhiễm sắc thể của tế bào chủ nhân lên một lần.

Có một số loại plasmid vi khuẩn trong đó ba loại sau đây đã được nghiên cứu rộng rãi:

a. Plasmid F:

Chúng mang gen phát triển F pili và chịu trách nhiệm liên hợp.

b. Các plasmid R:

Chúng mang gen kháng kháng sinh hoặc các loại thuốc kháng khuẩn khác.

c. Plasmid col:

Họ mã hóa cho colicin là protein tiêu diệt các tế bào E. coli nhạy cảm.

Plasmid có thể là liên hợp hoặc không liên hợp;

(a) Các plasmid liên hợp hoặc truyền qua trung gian chuyển DNA thông qua liên hợp. ví dụ, tất cả các plasmid F, nhiều plasmid R và một số plasmid Col.

(b) Các plasmid không liên hợp hoặc không truyền được không truyền qua DNA thông qua liên hợp; ví dụ, nhiều plasmid R và Col.

DNA độc đáo và lặp lại:

DNA của sinh vật nhân chuẩn có hai loại khác nhau dựa trên số lượng bản sao của trình tự DNA được tìm thấy trong bộ gen: (1) DNA duy nhất và (2) DNA lặp lại.

1. DNA duy nhất bao gồm các chuỗi có trong một bản sao duy nhất cho mỗi bộ gen, chúng chỉ nằm trong khoảng 8% tổng số DNA bộ gen trong lúa mạch đen đến khoảng 70% ở người. DNA duy nhất chứa hầu hết các thông tin di truyền dưới dạng gen cấu trúc kiểm soát các đặc điểm kiểu hình trực tiếp hoặc gián tiếp.

2. DNA lặp lại. Nó bao gồm các chuỗi nucleotide DNA hoặc chuỗi cơ sở dài từ vài đến vài trăm cặp bazơ (bp) và có mặt trong vài đến một triệu bản sao trên mỗi bộ gen. Tỷ lệ DNA lặp đi lặp lại trong bộ gen thay đổi từ loài này sang loài khác; lúa mạch đen có 90% DNA lặp lại, trong khi trong bộ gen của con người, nó chiếm khoảng 30% bộ gen. Trình tự DNA lặp đi lặp lại được nhóm thành hai lớp sau chủ yếu dựa trên số lượng bản sao có trên mỗi bộ gen.

(a) DNA lặp lại cao:

Các trình tự này có mặt trong hơn 10 ⁵ và lên tới vài triệu bản trên mỗi bộ gen. Nó có thể chiếm tới 10% bộ gen và thường bao gồm các chuỗi nucleotide rất ngắn. Các DNA lặp lại nhiều nhất ở sinh vật nhân chuẩn cũng được gọi là DNA vệ tinh vì chúng thường có thể được tách ra khỏi phần lớn DNA bằng cách ly tâm cân bằng trong xê-xít clorua.

Lượng DNA vệ tinh nói chung là 75% tổng số DNA và các vùng dị sắc nằm gần tâm động đã được chứng minh có chứa DNA này trong nhiều loại sinh vật. Các sat-DNA được tạo thành từ các chuỗi ngắn lặp đi lặp lại cùng một lúc. Một số chức năng có thể xảy ra của các DNA như vậy là tham gia vào tổ chức nhiễm sắc thể; liên quan đến sự ghép cặp nhiễm sắc thể trong quá trình phân bào, tham gia vào quá trình tái tổ hợp và bảo vệ các gen quan trọng, chẳng hạn như các gen cho histones, RNA ribosmal, protein ribosome, v.v.

(b) DNA lặp lại vừa phải:

Các trình tự này có mặt từ hai đến dưới 10 ⁵ bản sao cho mỗi bộ gen và thường chiếm 20-80% bộ gen. Ví dụ; Ở người, phần DNA lặp lại vừa phải chiếm khoảng 13% bộ gen. Trong một phần lớn DNA lặp lại vừa phải, các bản sao của trình tự không hoàn toàn giống nhau, mà chúng bao gồm một họ các trình tự liên quan chặt chẽ.

Phần lặp lại vừa phải bao gồm một số lượng khác nhau của các họ như vậy; chúng bao gồm các gen cho histones, RNA ribosome và protein ribsomal và một số loại yếu tố chuyển vị. Lớp DNA lặp đi lặp lại này được phân phối trên toàn bộ bộ gen theo các khoảng thời gian khác nhau.

Trong bộ gen của con người, trung bình 300 bp DNA lặp lại vừa phải có mặt sau mỗi 800-1200 bp DNA duy nhất. Tuy nhiên, ở Drosophila, độ dài của cả hai phân đoạn duy nhất (trung bình 13.000 bp) cũng như DNA lặp lại vừa phải (trung bình 5.600 bp) dài hơn nhiều lần.