图1:Slipped-strand错配。
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所有哺乳动物都基本上相同的一组基因,但显然有一些显著的差异,区分不同的物种。目前研究人员认为,哺乳动物的形态多样性包括独联体监管区域,或延伸DNA外部的实际编码区基因负责交换基因。
然而,一个重要的论文Fondon和加纳(2004年)表明,另一个变异来源:串联重复序列。串联重复序列短长度的DNA基因中重复多次,几次到超过一百人。这些序列也称为VNTRs或可变数目串联重复序列内,因为不同的人人口可能有不同数量的重复。VNTRs相对容易检测与分子工具,和研究人员知道人口(包括人类)可能携带一个大水库的不同数量的重复。例如,一个人可能携带三个串联重复序列在一个特定的基因,而另一个人可能会承担15,两个人之间没有明显的差异可以追溯到特定的基因。所以,问题是,什么,如果有的话,是否有不同数量的串联重复序列有机体?
Fondon和加纳的研究的基本前提
在2004年的研究中,研究人员约翰·Fondon和哈罗德·加纳开始回答这个问题,首先寻找人群表现出大而明显的个体之间的形态差异,然后在这些个人的基因组,想看清楚这些差异可能与串联重复序列的数量。两人决定使用国内狗作为他们的人口;毕竟,不仅是狗不同,但饲养狗的人是出了名的挑剔形状和性格,和纯种狗一直在激烈选择多年来为特定的属性。
曾经在一个特定的一系列形态特征鼻子形状等已被确认,一个人可以问这个范围是否反映在重复的数量在任何基因。因此,Fondon和获得了142只狗从92个不同的品种,他们看着37个不同的17个基因串联重复序列在每个狗。选择的是那些编码的基因转录因素,至少涉嫌在特定形态的形成起到了一定的作用发展。十五17基因的结果复等位基因不同的重复的副本的数量控制。
串联重复序列和基因突变
Fondon和加纳发现大量的遗传变异在串联重复序列号码是一点也不奇怪,因为串联重复序列是非常高的突变利率。这增加了概率的突变(高达100000倍的概率点突变)因为串联重复序列往往存在一种错误叫做slipped-strand错配。串联重复序列包含许多相同的短序列的拷贝,所以它是容易得到偏差的两股DNA在这个地方区域,做在一个链碱基对序列中的第一个CATG其他链,或第二或第三,例如。如果股mispaired, DNA复制酶可以犯错,夹了一些重复或添加额外的重复(图1)。这是一种特殊的DNA变化误差不发生在随机核苷酸,他们只产生不同数量的重复。同时,注意,这个缺乏忠诚等复制串联重复序列意味着重复只是地区发现的基因可以容忍一些变化。
有趣的是,slipped-strand可以挫败错配点突变,甚至同义密码子,在一个串联重复序列。在这里,一个小的DNA序列的变化给出了复制机械地方的差异,可用于正确地对齐两股。随着时间的推移,然而,一个稳定的串联重复序列将积累这些微小的变化和失去重复字符。另一方面,删除由slipped-strand错配可以删除一个点差异,和随后的错配序列可以扩大,产生一个没有缺陷的重复。因此,选择多少钱的一个衡量变化发生在一个串联重复序列是其纯度。如果有几个中断完美的重复,有很多删除和扩张在序列在其历史。相反,如果有多个偏离完美的重复,然后顺序并没有经历了多少长度的变化在最近的过去。
重复与形态变异狗和他们的联系
Runx-2
的Runx-2(runt-related转录因子2)基因有关果蝇基因配对原则小牛,这是参与分割。在脊椎动物中,的功能之一Runx-2是调节分化成骨细胞的细胞负责形成新骨。Runx-2包含两个重复,一个编码18 - 20谷氨酰胺(poly-Q地区)和12 - 17的另一个编码标明丙(多聚腺苷酸地区)。总长度的统计比较这两个重复(poly-Q +多聚腺苷酸)与各种犬类的头骨大小显示的参数相关带着狗”中脸长度,以及一个属性称为clinorhynchy,或背腹侧的鼻子弯曲。为了更好地理解clinorhynchy是什么样子,思考独特,长鼻子的斗牛犬,向下下垂特性(图2)。牛犬往往有一双短串联重复序列Runx-2,他们有长中脸和鼻子的明显衰退。品种已有意选择的这个特质,和博物馆标本在过去的70年里显示增加这个功能的重要性(图3)。
事实上,之间的关系Runx-2犬类形态并不是简单重复长度短=下滑鼻子。记住,的活动的一种方式转录因子监管是绑定,链氨基酸可以影响转录因子的交互方式和绑定。此外,受到多麸醯胺酸,可以增加的速度在基因转录调节,尽管polyalanine可以减少它。当然,Runx-2蛋白质既受到多麸醯胺酸一个(poly-Q)和polyalanine(多聚腺苷酸)链。因此,在这样的一种情况可能更为重要(两个相互竞争的调节元件活动)的比例是poly-Q多聚腺苷酸。事实上,这一比率显示了更强的相关性与clinorhynchy比的总总长度poly-Q和多聚腺苷酸区域(图4)。
Alx-4
第二个例子是基因Alx-4(aristaless-like同源框4)。这种基因中发现的转录因子相关果蝇,基因敲出在小鼠体内产生个人有六个脚趾。在一个特定的Fondon和加纳的研究等位基因的基因,Alx-4Δ51,发现只有一个品种的狗,大白熊犬。这个品种的一个特点是后肢polydactyly-purebreds应该有一个双上爪,总共六个数字在每个他们的后腿。因此,也就不足为奇了Alx-4Δ51等位基因的功能缺失,敲出51核苷酸从一个特定的串联重复序列,共17个氨基酸的损失。所有伟大的比利牛斯山脉与多指趾畸形这个删除(图5);此外,在Fondon和加纳的研究,只大白熊犬没有额外的上爪把全身的串联重复序列。
一个极端的例子的好处和局限性
好消息关于这些发现,他们展示另一个模式的形态多样性可以添加到一个人口相对迅速,以及另一个调整的机制进化。因为串联重复序列是常见的脊椎动物基因组能够清晰的水库,这些重复的变异和健壮且灵活的方式来添加新的人口变化。
有一些局限性Fondon和获得的结果,。首先,本研究集中在一个极端的例子:纯种狗,经历了很强的具体选择,在某些情况下,直接有害的特点。因此,我们根本不知道如何重要的这种模式进化变化是less-artificial条件下。第二,这个研究和其他类似它只显示相关性,不是实验扰动。虽然这些相关性是有说服力的,在将来的某个时候,它会有帮助的直接操作poly-Q /多聚腺苷酸比例的Runx-2例如,基因的牧羊犬给它下滑犬的鼻子。最后,它还将有利于获得更多的相关证据通过发展模式的研究Runx-2和Alx-4基因表达在狗的胚胎如何这些变化。
一)©1998公司的生物学家。保留所有权利。B)©2004国家科学院Fondon, j·W。和加纳,h . r .分子起源的快速和持续进化形态。美国国家科学院学报》上101年,18058 - 18063 (2004)doi: 10.1073 / pnas.0408118101。保留所有权利。
引用和推荐阅读
Fondon, j·W。和加纳,h . r .分子起源的快速和持续进化形态。美国国家科学院院刊》上101年18058 - 18063 (2004)
汤普森,N。等。比较的价值。自然评论微生物学111 (2003)(文章链接)
