박쥐 DNA 및 탄성 게놈 수축

그때까지 과학자들은 B 염색체가 게놈을 생성하는 분자 기생충의 작은 부분 일 뿐이라는 것을 알게되었습니다. 가장 많은 프리 로더는 1944 년에 그 발견으로 노벨상을 수상한 획기적인 세포 유전 학자 인 Barbara McClintock에 의해 확인 된 Transposons라는 DNA의 모바일 문자열입니다. 트랜스 포손은 널리 알려진 "점프 유전자"로 알려져 있지만 실제로는 사실이 거의 없습니다. 그들은 한 세대에서 다음 세대로 전달되거나 바이러스와 같은 종들 사이에서 전염 될 수 있으며 여러 맛으로 나옵니다. 일부는 게놈에서 트랜스 포손을 자리에서 빼내고 다른 곳에 붙여 넣는 효소를 인코딩합니다. 다른 사람들은 RNA 템플릿을 제조하거나 다른 트랜스 포손으로부터 효소를 도둑질하여 스스로를 복사합니다. 그레고리는“기생충 내에서 기생충을 얻을 수있다”고 말했다

이 사본이 어떻게 빠르게 곱할 수 있는지 알기가 어렵지 않아 결국 게놈의 많은 부분을 인수합니다. (100 개가 넘는 파리에서 100 명 이상이 나타날 수 있습니다. 그들은 옥수수 게놈의 85 %와 우리 자신의 거의 절반을 구성 할 수 있습니다.)“이기적인 ​​DNA”이론의 지지자들은이 말미를 게놈 진화의 원동력으로 보았습니다 :세포의 핵의 생태계 내에서 자연 선택은 빠르게 온화한 트랜스 슨을 선호 할 것입니다. 그러나 한 지점까지. 게놈이 특정 크기에 도달하면 대량은 유기체의 복지를 방해하기 시작합니다. 예를 들어 세포의 분열을 늦추고 유기체 성장 속도를 느리게함으로써. 선택이 다시 시작되어 추가 확장을 방지합니다. 한계는 유기체의 생물학에 따라 다릅니다.

새로운 증거는 곧이 그림을 복잡하게 만들었습니다. 1990 년대 후반, 하버드 대학교의 박사 학위 학생 인 Dmitri Petrov는 곤충의 작은 돌연변이를 추적하기 시작했습니다. DNA 손상, 복사 실수 및 가닥 수리가 발생한 최대 수백 개의베이스 쌍의 무작위 유전자 변화. 그는 파리로 시작했습니다. 그는 소멸 된 트랜스 포손을 분석 한 결과, 오래된 코드가 새로운 라인이 작성되는 것보다 더 빨리 폐기되고 있음을 보여 주었다 (무작위 돌연변이는 새로운 기본 쌍을 삽입하는 것보다 기존 기본 쌍을 삭제할 가능성이 높기 때문에). 그는이 "삭제 바이어스"가 파리의 비교적 컴팩트 한 게놈을 설명 할 수 있을지 궁금했습니다. 그는 크리켓과 메뚜기의 실험을 반복했으며, 그 게놈은 각각 파리의 10 및 10 배 크기입니다. 이번에는 결실 률은 여전히 ​​지배적이지만 실제로는 상당히 느 렸습니다. 일부 게놈은 잔해물을 제거하는 데 빠르지 않았기 때문에 다른 게놈보다 부피가 좋았습니까?

이들 및 유사한 관찰에 기초하여, Petrov는 새로운 게놈 크기의 모델을 제시했다. 그는 트랜스 포손이 항상 매우 빨리 축적 될 것이라고 주장했다. (예를 들어, 옥수수는 3 백만 년 만에 게놈을 두 배로 늘 렸습니다.) 그러나 EONS에서 작은 절제는 게놈의 벌크에서 천천히 칩을칩니다. 결국, 성기 속도는 생성 속도와 일치 할 것이며 게놈은 평형으로 정착 될 것입니다. 혼란 핵의 여러 힘 이이 균형을 설정하거나 재설정 할 수 있습니다.

모든 사람이 확신하지는 않았습니다. 그레고리 (Gregory)는 자발적인 변화가 너무 느리게 발생했다고 주장했다. 그러나 아무도 손실이 강력한 변형력이라는 것을 부정 할 수 없었습니다. 그레고리가 게놈의 진화를 썼 듯이 , "[Transposons]와 그 숙주 사이에는 엄격한 기생충보다 더 복잡한 상호 작용이 있습니다." 까다로운 부분은 그들을 찾는 것이 었습니다.

박쥐의 펄럭이는 게놈

Feschotte의 경우, 팁 오프는 박쥐에서 나왔습니다. 2000 년대 초, DNA 시퀀싱의 발전에 이어 실험실은 전체 게놈을 디코딩하고 온라인으로 데이터를 공유하기 시작했습니다. 당시 Feschotte의 그룹은 게놈 크기의 진화 역학에 특히 관심이 없었지만, 트랜스 포손이 삶의 역사에 대해 무엇을 드러 낼 수 있는지에 대해 매우 궁금했습니다. 그래서 일반적인 작은 갈색 박쥐의 게놈 ( myotis lucifugus BAT의 첫 번째 게놈 서열 인) 2006 년에 나타 났으며, Feschotte는 흥분했습니다. 박쥐는 포유 동물을위한 엄청나게 작은 게놈을 가지고 있습니다. 그들은 새의 것과 비슷합니다. 그리고 그들은 놀라움을 가질 것 같았습니다.

Feschotte와 그의 동료들은이 생물의 20 억 기본 쌍을 파싱하여 이상한 일에 걸려 넘어졌습니다. "우리는 매우 이상한 트랜스 포손을 발견했습니다." 이 홀수 볼 기생충 시퀀스는 다른 포유류에 나타나지 않았기 때문에, 박쥐가 다른 혈통에서 발산 한 후 침략했을 가능성이 있었으며 아마도 약 30 ~ 4 천만 년 전에 곤충 간식에서 픽업 된 것 같습니다. 또한, 그들은 엄청나게 활동적이었습니다. Feschotte는“BAT 게놈의 20 % 이상이 상당히 최근의 트랜스 포손 파에서 유래 한 것입니다. "트랜스 포손 활동의 폭발을 볼 때 규모가 증가 할 것으로 예상되기 때문에 역설을 제기했습니다." 대신, 박쥐 게놈이 축소되었습니다. “그래서 우리는 당황했다.”

한 가지만 설명이있었습니다. 박쥐는 많은 DNA를 제압해야합니다. Kapusta가 2011 년 Feschotte의 실험실에 합류했을 때 첫 번째 프로젝트는 얼마를 찾는 것이 었습니다. 박쥐와 9 개의 다른 포유류의 트랜스 포손을 비교함으로써, 그녀는 어떤 조각이 공유되는 조각을 볼 수있었습니다. 그녀는 이것들이 공통 조상에서 나왔을 것입니다. "이것은 화석을 보는 것과 정말 좋아합니다."라고 그녀는 말했습니다. 연구원들은 이전에 1 억년 전에 존재했던 것처럼 고대 포유류 게놈의 대략적인 재구성을 조립했습니다. 28 억 개의 기본 쌍으로 거의 인간 크기였습니다.

다음으로, Kapusta는 각 계보가 잃어버린 조상 DNA의 양과 새로운 재료의 양을 계산했습니다. 그녀와 Feschotte가 의심했듯이, 박쥐 계보는 기본 쌍을 통해 휘젓고 10 억 명이 넘는 것을 버렸고 수억만 걸었습니다. 그러나 턱을 떨어 뜨린 것은 다른 포유류였습니다.

포유 동물은 게놈 크기와 관련하여 특히 다양하지 않습니다. 곤충 및 양서류와 같은 많은 동물 그룹에서 게놈은 백만 이상 다양합니다. 대조적으로, 포유류에서 가장 큰 게놈 (붉은 비스 카카 쥐에서)은 가장 작은 것의 5 배에 불과합니다 (구부러짐 박쥐에서). 많은 연구자들은 이것을 포유류 게놈이 그다지 많은 일을하지 않았다는 것을 의미한다고 생각했습니다. 유전자 진화의 유전 학자이자 전문가 인 Susumu Ohno는 1969 년에 다음과 같이 말합니다.“이와 관련하여 포유류의 진화는별로 흥미롭지 않습니다.”

그러나 Kapusta의 데이터에 따르면 포유 동물 게놈은 막대한 양의 DNA를 거두고 정화 한 단조로와는 거리가 멀다는 것이 밝혀졌습니다. 마우스를 가져 가십시오. 그 게놈은 대략 1 억년 전의 크기와 거의 같은 크기입니다. 그러나 원래의 유적은 거의 없습니다. 유타 대학교 (University of University of University)의 인간 유전학 연구원 인 카푸 스타 (Kapusta)는“이것은 놀라운 일이었다. 결국 마우스 게놈의 3 분의 1만이 동일하다”고 말했다. 게놈이 포유류보다 훨씬 덜 다양한 24 종의 조류 종에 동일한 분석을 적용하면서, 그녀는 그들도 활발한 유전자 이력을 가지고 있음을 보여주었습니다.

Texas A &M University의 곤충학 교수 인 J. Spencer Johnston은“아무도 이것을 예측하지 않았습니다. “엄청난 시간 동안 크기를 바꾸지 않은 게놈조차도 그곳에 앉지 않았습니다. 어쨌든 그들은 원하는 크기를 결정했고, 모바일 요소가 그들을 팽창 시키려고 노력했지만, 그들은 부풀어 오르지 않았습니다. 그렇다면 다음 분명한 질문은 다음과 같습니다. 왜 도대체 그렇지 않습니까?”

DNA가 어떻게 이익을 얻는가는 손실로 이어진다

Feschotte의 Transposons 자체에서 가장 좋은 추측 포인트. "그들은 이득이 손실을 용이하게하기 위해 템플릿을 제공하는 매우 자연스러운 메커니즘을 제공한다"고 그는 말했다. 다음은 다음과 같습니다. Transposons가 번식함에 따라 거의 동일한 코드의 긴 문자열을 만듭니다. 게놈의 일부는 같은 단어를 반복하는 책처럼됩니다. 당신이 페이지를 찢어지면 모든 것이 거의 똑같이 보이기 때문에 페이지가 잘못된 장소에 다시 붙일 수 있습니다. 당신은 책을 그대로 잘 읽고 휴지통에 페이지를 던지는 것을 결정할 수도 있습니다. 이것은 DNA도 발생합니다. DNA가 손상되었을 때 일상적으로 발생하는 것처럼, 성적 재생산에서 유전자의 재조합 중에도 일상적으로 발생하는 것처럼, 많은 수의 트랜스 포손으로 인해 가닥이 오정렬하게 만들어지고 그 미끄러짐이 삭제 될 수 있습니다. Feschotte는“전체 배열이 한 번에 무너질 수 있습니다

이 가설은 동물에서 테스트되지 않았지만 다른 유기체의 증거가 있습니다. Leitch는“작은 게놈이있는 식물에서 우리가보고있는 것과 크게 다르지 않습니다. “이 종의 DNA는 종종 한두 가지 유형의 트랜스 포손에 의해 지배되는 다음 제거 된 다음 제거됩니다. 이직은 매우 역동적입니다. 3 ~ 5 백만 년 안에 새로운 반복의 절반이 사라질 것입니다.”

더 큰 게놈의 경우에는 해당되지 않습니다. Leitch는“우리가 큰 식물 게놈과 도라망더와 폐에도에서 볼 수있는 것은 훨씬 더 이질적인 반복 세트이며, 그 중 어느 것도 [대량]에 존재하지 않습니다. 그녀는이 게놈들이 트랜스 포손을 노크하는 능력을 참신하고 효과적인 침묵 방법으로 대체해야한다고 생각합니다. "그들이하는 일은, 그들은 DNA에 라벨을 붙잡는 것입니다. 이러한 변경은 반복이 스스로 복사하는 것을 막을 수 있지만,이를 제거하기위한 메커니즘도 깨집니다. 따라서 시간이 지남에 따라 Leitch는 다음과 같이 설명했습니다.“새로운 반복이 갇히고 정상적인 돌연변이를 통해 천천히 분기되어 고대 퇴행성 반복으로 가득 찬 게놈을 생성합니다.”

한편, 다른 세력이 작용할 수 있습니다. 예를 들어 큰 게놈은 비용이 많이들 수 있습니다. Leitch는“큰 집을 운영하는 것처럼 에너지가 비싸다”고 말했다. 그들은 또한 더 큰 핵이 필요한 더 많은 공간을 차지하며, 이는 더 큰 세포가 필요하며, 이는 신진 대사와 성장과 같은 과정을 느리게 할 수 있습니다. 일부 인구에서는 일부 조건에서 자연 선택이 게놈 크기를 제한 할 수 있습니다. 예를 들어, 여성의 활용 메뚜기는 신비한 이유로 작은 게놈을 가진 남성의 노래를 선호합니다. 더 높은 위도에서 자라는 옥수수 식물과 마찬가지로 작은 게놈에 대한 자체 선택, 겨울이 시작되기 전에 씨앗을 생성 할 수 있습니다.

일부 전문가들은 조류와 박쥐에서도 비슷한 과정이 진행되고 있다고 추측하며, 이는 비행에 필요한 높은 신진 대사를 유지하기 위해 작은 게놈이 필요할 수 있습니다. 그러나 증거는 부족합니다. 작은 게놈은 실제로 새들이 하늘에 가져가는 데 이점을 주었습니까? 아니면 새들의 비행이없는 공룡 조상의 게놈이 이미 다른 이유에 대해 수축하기 시작했고, 비행의 생리 학적 요구가 현대 조류의 게놈을 더욱 축소 시켰습니까? Suh는“원인과 결과를 말할 수는 없습니다

게놈 크기가 대부분 우연의 결과 일 수도 있습니다. 인디애나 대학교의 생물 학자 인 마이크 린치 (Mike Lynch)는“저는이 모든 변동성을 유발하는 기본 메커니즘이 하나 있다는 느낌이 듭니다. "그리고 그것은 무작위 유전자 드리프트입니다." 그것은 인구 유전학의 원칙으로, 유전자 변이체가 깎아지는 행운으로 인해 유전자 변이가 다소 일반화되는 것은 변동이 적은 소규모 그룹에서 더 강해집니다. 따라서 새로운 종이 발산 될 때와 같이 인구가 감소하면 유기체가 약간 덜 적합 해져도 계보가 더 큰 게놈으로 표류 할 확률이 높아집니다. 인구가 성장함에 따라 선택은이 특성을 무효화하여 게놈이 슬림하게 될 가능성이 더 높습니다.

그러나 이러한 모델들 중 어느 것도 게놈 형태의 다양성을 완전히 설명하지 않습니다. Gregory는“내가 생각하는 방식은 다른 방향으로 다른 수준의 다른 세력을 가지고 있습니다. 그것들을 풀기 위해서는 새로운 종류의 실험이 필요하며 곧 도달 할 수 있습니다. Montana State University의 진화 생물 학자 Chris Organ은“우리는 게놈을 쓸 수있는 일을하고 있습니다. "우리는 실험실에서 실제로 게놈 크기를 조작하고 그 효과를 연구 할 수있을 것입니다." 이러한 결과는 기능적 중요성을 가진 사람들로부터 순전히 우연한 제품인 게놈의 특징을 분리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

많은 전문가들도 Kapusta와 같은 더 많은 분석을보고 싶습니다. 존스턴은“곤충에서 똑같은 일을하자!”라고 말했다.) 더 많은 게놈이 온라인으로 올 때, 연구원들은 더 많은 수의 계보를 비교하기 시작할 수있다. Lynch는“4 년에서 5 년 후, 모든 포유류는 시퀀싱 될 것입니다.“우리는 더 미세한 규모로 무슨 일이 일어나고 있는지 볼 수있을 것”이라고 말했다. Lynch가 의심하는 것처럼, 게놈은 인구가 퍼지면서 오랫동안 수축을 겪고 있습니까? 또는 Petrov 's와 Feschotte의 모델이 예측하고 Flies의 최근 작업이 지원되는 것처럼 인구 역학에 의해 손대지 않은 변화가 부드럽게 발생합니까?

또는 아마도 게놈은 생명이 예측할 수없는 것과 같은 방식으로 예측할 수 없을 것입니다. 모든 규칙에는 예외가 있습니다. 조지아 대학교 (University of Georgia)의 식물 유전학자인 제프 베넷 젠 (Jeff Bennetzen)은“생물학적 시스템은 루베 골드버그 기계와 같습니다. “효과가 있으면 끝날 것이지만 가장 터무니없고 복잡하고 다단계로 수행 할 수 있습니다. 이것은 참신함을 만듭니다. 또한 그 참신함이 백만 가지 다른 방식으로 변화 할 가능성을 만듭니다.”