Valgu sünteesi geneetiline kontroll 1942: George Beadle ja Edward Tatum Uurisid hallitusseenel, mis on haploidne kas geenid määravad valku. Üks geen üks ensüümOne GeneOne Enzyme Hypothesis Iga geen kontrollib ühe ensüümi aktiivsust Hiljuti: üks geen üks polüpeptiid Praegu: "üks geen palju geeni produkte 1958: George Beadle (Cal. Tech); Edward Tatum (Rockefeller Instituut) Neurospora crassa elutsükkel: 1. Neurospora paljuneb mittesugulisel teel koniidiumite abil (spoorid) 2. Neurospora on haploidne, seega iga mutatsioon avaldub (vastandina diploidne) 3. Lühike elutsükkel, kasvab lihtsal söötmel (N, C, biotin). · Sünteesib praktiliselt kõik eluks vajaliku nendest lihtsatest ühenditest 4. Levib vegetatiivselt mütseeli teel ja spooridega 5. Kuid on ka seksuaalne tsükkel paaritumistüüpide vahel (A ja a) vahel, kus toimub
cerevisiae. *Erinevused intronite arvus (S.cerevisiae275 e. 5%, S.pombe43%), transposonite arvus (S.cerevisiaearvukalt, S.pombevaid mõned) Protozoa: *Esimene sekveneeritud eukarüootne parasiit Plasmodium falsiparum2002 a. (samal aastal P.yoelii yoelii, näriliste parasiit). Genoomi suurus 23 Mb, 14 kromosoomi, umbes 5300 geeni. Geenid on pikemad, kui pärmidel (2.4 kb.). Intronid moodustavad 54% genoomist. Retroposonid puuduvad. *Aspergillus nidulans, Neurospora grassa, Tetrahymena (nukleaarne dimorfism!) ja mitmete patogeenide projektid Metazoa: *Hulkraksete organismide genoomiprojektid keskenduvad valdavalt:Arengulistele aspektidele. Haigustekke põhjuste selgitamisele. On juhitud kolmest motivatsioonist: Alusuuringud, Kommertsiaalsed huvid, Meditsiinikesksed huvid Caenorhabditis elegans: Ülitähtis mudelorganism arengubioloogias. Genoomi sekveneerimine lõpetatud 1999 a. Genoom ca 100Mb ja 20 000 geeni (1000 RNA kodeerivad)
Ontogeneesi tasemel näib selline funktsioon olevat kottseene Podospora anserina seniilsusplasmiidil, mis vabaneb mitokondrist raku vananedes ja võib mängida rolli raku lagundamisel (Jazwinski, 1996; Jamet-Vierny, 1997). Evolutsiooni tasemel näib toimuvat protsess, kus seene mitokondris muutub tempereeritud viirusetaoline võõrgeen (ekson) inaktiivseks introniks. Sellisesse geneetiliste elementide klassi, mis võisid olla või on mtDNA intronite eellased, võib kuuluda liigil Neurospora crassa valku (710 AH) kodeeriv plasmiid Mauriceville (3581 Np) (Nargang et al., 1994) (joonis 2). Võimalik, et selles protsessis omavad mutageenset rolli oksüdatiivsel fosforüülimisel elektronide transpordil ATP-genereerimisel toimivad bioenergeetilised protsessid. Hingamisel on elektronide transport läbi membraanide võimas - aga ka ohtlik - energia allikas (Race et al., 1999). Omavahel sarnased mtDNA järjestused SSU rRNA geenis esinevad rohevetika mitokondris ensüümi
2 Rakkude paljunemine, mitoos, meioos, ristsiire koer Canis familiaris 78 tubakas Nicotiana tabacum 48 koduhiir Mus musculus 40 hallitusseened Aspargillus nidulans 16 Rakud paljunevad jagunemise teel, mille käigus tekib ühest lähterakust kaks lammas Ovis aries 54 Neurospora crassa 14 identset tütarrakku. On olemas kahte tüüpi raku jagunemist. Ühte tüüpi laulusääsk Culex pipiens 6 Penicillium species 8 jagunemise tulemusel moodustuvad uued rakud, mis on vajalikud organismi siga Sus domesticus 38 kasvamiseks ja igapäevaselt kahjustuste või haiguste tõttu surevate miljonite
Kui kaks sobivat haploidset rakku kohtuvad, toimub viljastumine ja moodustud diploidne sügoot. Meioosi teel moodustub neli haploidset spoori, mis jäävad askusesse ehk kotti. 34. Mida näitavad homoloogiliste kromosoomide vahelised kiasmid? Et vahetult enne on toimunud homoloogiliste kromosoomide ristsiire. 35. Millal toimub ristsiire? Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Meioos 1. Profaasi pahüteemas. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. 37. Mis on ,,paigalhoidvad" (balancer) kromosoomid? Paigalhoidvate kromosoomide kasutamine geenide asukoha määramiseks kromosoomides. 38. Geenide kaardistamise meetodid, mis põhinevad somaatiliste rakkude hübridiseerimisel. 39. Geenide kaardistamine translokatsioone sisaldavate kromosoomide abil. 40. Geenide kaardistamine deletsioone ja duplikatsioone sisaldavate kromosoomide abil. 41
kolmandas kromosoomis. Kõigil neljal markeril on ka retsessiivne letaalne efekt, mistõttu homosügoodid surevad. Tundmatu retsessiivse mutatsiooni suhtes homosügootseid emaseid ristatakse isastega, kes kannavad eelpoolkirjeldatud tasakaalustavaid kromosoome ja nende homolooge. Sõltuvalt sellest, millises kromosoomis uuritav mutatsioon paikneb, on järglaskond erinev. Kui mutatsioon on X-liiteline, on kõik isased järglased mutantsed, emased aga mitte. 7.4. Kaardistamistehnikad · Neurospora crassa reastatud tetraadide analüüs tsentromeeride kaardistamiseks · Drosophila deletsioonide ja duplikatsioonide tsütogeneetiline kaardistamine 7.5. Tsentromeeride kaardistamine kasutades tetraadanalüüsi Neurospora crassa reastatud tetraadide analüüs tsentromeeride kaardistamiseks: Oletame, et alleelid A ja a, mis paiknevad tsentromeeri lähedal, produtseerivad askospoorides erinevaid pigmente. Kui ristata A ja a alleelidega rakke, moodustuvad kaheksa spooriga askused
35. Millal toimub ristsiire? Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Toimub meioosi profaasis, pachynema staadiums. Rekombineerumise tagajärjel tekivad uued alleelide kombinatsioonid. Võimalus suurendada geneetilist varieeruvust. Näiteks 1 liik paljuneb suguliselt, teine paljuneb mittesuguliselt. Mittesugulisel paljunemise puhul puudub võimalus kasulike mutatsioonide rekombineerumiseks ja edasiseks kooselevimiseks populatsioonis. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Leides rekombinantide tekkesageduse ning keskmise ristsiirete arvu uuritavate geenide suhtes, saab määrata ka 3 ja enama geeni vahelise geneetilise distantsi, et koostada selle põhjal geneetiline kaart. Erinevalt pärmist on Neurospora askospooride kott piklik ja väga kitsas, nii et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning
zoospoorid puhkesporangiumidest aga haploidsed zoospoorid; KOTT, KANDSEENED: Alamriik: Dikarya- paaristuumsed (üherakulised või hüüfe moodustavad, viburita, sageli esineva kaksiktuumse faasiga). 2 hõimkonda: Ascomycota – kottseened (verev karikseen, pärmseened, Penicillium jt) ; eosed moodustuvad endogeenselt - eoskoti (askuse) sees mitmekesisem grupp seeneriigis: pärmid Saccharomyces, Aspergillus, Candidaja Neurospora samblikemoodustajad trühvlid, mürklid, kogritsad jt delikatessid namasti nad kasvavad pinnasel on saproobid või ka parasiidid Vähesed on kohastunud eluks merevees või magevees On pehmemädaniku põhjustaja (softrot) lagundab taime rakukestas glükaane, muutes taimsed materjalid kättesaadavamaks kandseentele (kandseened lagundavad ligniini -valgemädanik ja tselluloosi – pruunmädanik) Ehitus:
· Evolutsioon: Meioosis, kus homoloogsed kromosoomid satuvad kõrvuti, rekombineeruvad aheldunud geenid ristsiirde abil ning tekivad uued alleelide kombinatsioonid. Mõned neist kombinatsioonidest võivad olla organismile kasulikud, tõstes eluvõimet ja viljakust. Nii levivad kasulikud kombinatsioonid populatsioonis, kuni muutuvad konkreetse liigi seisukohalt standardseks. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. · Neurospora crassa on haploidne seen, kes moodustab pikki rakkude filamente, mida nimetatakse mütseeliumiks. Seda seent teatakse ka leivahallitusena. Erinevatesse ristamistüüpi kuuluvad haploidsed rakud võivad ühineda ning diploidne rakk läbib meioosi. Iga askospoor saab ühe neljast kromatiidist. Erinevalt pärmist on Neurospora'l
4. Annab meile uusi geenide kombinatsioone ning tagab ühe osa geneetilisest varieerumisest Ristsiirde mehhanismid: Millal ja kuidas see toimub? Võimalused: (1) Meioosi esimese profaasis kohe kui kromosoomid on duplitseerunud: 4 kromatiidi moodustavad tetraadi (2) Interfaasis enne meioosi, kui 2 kromatiidi seisundis enne kromosoomide duplitseerumist Katsed järjestunud tetraadidega Neurospora crassa'l. Askospooride järjestus askuses näitab ka ristsiirde toimumist. Need katsed näitavad, et ristsiire toimub 4 kromatiidi staadiumis meioosi I profaasis. Ristsiirde molekulaarne mehhanism (Robin Holliday, 1960s): Homoloogsed kromosoomid konjugeeruvad. DNA üksikahel laguneb ja seostub teise kromosoomi ahelaga (igas kromosoomis on alati vaid üks DNA molekul) moodustades nn. Holliday kompleksi. Kromosoomide terminaalsed osad tõmmatakse eemale ja moodustub ristikujuline struktuur
siis näitavad ka kiasmid kromosoomide distantsi (saab arvutuslikult). 35. Millal toimub ristsiire? Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Ristsiire toimub meioosi I jagunemise profaasis. Ristsiirde käigus aheldunud geenid rekombineeruvad ja tekivad uued alleelide kombinatsioonid. Suureneb alleelide mitmekesisus populatsioonis, edukamad kombinatsioonid loodusliku valiku käigus saavutavad edu – see on evolutsioon. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Neurospora’l on askospooride kott piklik ja väga kitsas, nii et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning pärast meioosi toimub veel üks mitootiline jagunemine, nii et iga haploidne tuum jaguneb veel omakorda. Lõpptulemuseks on kaheksa reas paiknevat tuuma, mis eraldatakse üksteisest rakuseintega, nii et moodustuvad askospoorid
Sarnasem kõrgemate eukarüootidega kui S. cerevisiae, Erinevused intronite arvus (S. cerevisiae 275 e. 5%, S. pombe 43%), transposonite arvus (S. cerevisiae arvukalt, S. pombe vaid mõned). Esimene sekveneeritud eukarüootne parasiit Plasmodium falsiparum 2002 a. (samal aastal P.yoelii yoelii, näriliste parasiit). Genoomi suurus 23 Mb, 14 kromosoomi, umbes 5300 geeni. Geenid on pikemad, kui pärmidel (2.4 kb.). Intronid moodustavad 54% genoomist. Retroposonid puuduvad, Aspergillus nidulans, Neurospora grassa, Tetrahymena (nukleaarne dimorfism!) ja mitmete patogeenide projektid. Hulkraksete organismide genoomiprojektid keskenduvad valdavalt: Arengulistele aspektidele, Haigustekke põhjuste selgitamisele, On juhitud kolmest motivatsioonist: Alusuuringud, Kommertsiaalsed huvid, Meditsiinikesksed huvid. Caenorhabditis elegans genoom: Ülitähtis mudelorganism arengubioloogias. Genoomi sekveneerimine lõpetatud 1999 a, Genoom ca 100Mb ja 20 000 geeni (1000 RNA kodeerivad)
tähenduses võimaldab rekombinatsiooniprotsess viia erinevate geenide kasulikud alleelid kokku samasse organismi. Samas on aga evolutsiooniprotsessis välja kujunenud olukord, kus erinevatel organismidel toimuv rekombinatsioonide sagedus on äärmiselt erinev. Juba väljakujunenud liigi geneetilise arenguprogrammi säilitamise huvides pole kõrgsageduslik rekombinatsioon liigile kasulik. Äärmuslik näide on äädikakärbeste isased, kel ristriiret üldse ei toimu. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Neurospora grassa – leivahallitus Erinevalt pärmist on Neurospora’l askospooride kott piklik ja väga kitsas, nii et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning pärast meioosi toimub veel üks mitootiline jagunemine, nii et iga haploidne tuum jaguneb veel omakorda. Lõpptulemuseks on kaheksa reas paiknevat tuuma, mis eraldatakse üksteisest
juhtudel eluohtlikud. Pika peiteajaga ( kuni 12 tundi). Peale esi m esi s ü mpto m eid
kaob teadvus, kra mbid--sur m.
SEENTE TÄHTSUS
Organismi rühm ja liik Kromosoomide DNA milj aluspaari
arv
ristsiiret. Nende loendamine võimaldab määrata keskmist ristsiirete arvu kromosoomi kohta. 35. Millal toimub ristsiire? Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Ristsiire toimub meioosi I profaasis. Tähtsus evolutsioonis on tohutu, sest selle tagajärjel tekivad uued alleelide kombinatsioonid, see tähendab suuremat geneetilist varieeruvust. Eriti sugulisel paljunemisel. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Erinevalt pärmist on Neurosporal askospooride kott piklik ja väga kitsas, nii et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning pärast meioosi toimub veel üks mitootiline jagunemine nii, et iga haploidne tuum jaguneb veel omakorda. Lõpptulemuseks on kaheksa reas paiknevat tuuma, mis eraldatakse üksteisest
alleelide kombinatsioonid. Mõned organismile kasulikud: tõstes eluvõimet, viljakust. Geneetilise materjali ümberkombineerumine meioosis 1 viis suurendada geneetilistst variantsust. N: 2 liiki: 1 paljuneb sugulisel 2. mitte 2 kasulikku mutatsiooni. Sugulislt levivad mõlemad kasulikud mutatsioonid populatsioonis koos. Mittesugulisel paljunemise puhul puudub võimalus kasulike mutatsioonide rekombineerumiseks & edasiseks kooslevimiseks populatsioonis. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Haploidne seen, mood pikki rakkude filamente ehk mütseeliume. Erinevatesse ristamistüüpi kuuluvad haploidsed rakud võivad ühineda & diploidne rakk läbib meioosi. Iga askospoor saab ühe 4-st kromatiidist. Askospooride kott piklik, väga kitsas. Spooride reastumine askuses kajastab, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosis rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti & pärast meioosi toimub veel 1 mitootiline jagunemine
Mõned neist on organismile kasulikud, tõstes nt viljakust. Samas ka evolutsiooni üks aluseid, nt inimeste ja primaatide suhe. + NT suguline ja mittesuguline paljunemine. Kui on tekkinud kaks mutatsiooni, mis mõlemad kasulikud võivad olla, on võimalik, et sugulisel paljunemisel satuvad need samasse kroomosoomi ja levivad koos. Mittesuguliselt puudub võimalus mutatsioonide rekombineerumiseks ja edasiseks kooslevimiseks populatsioonis. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Lsivahallitusele on iseloomulik, et kõik meioosi produktid jäävad kokku, rakud jäävad piklikus kotikeses üksteise kõrvale nii, et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidid meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning pärast meioosi toimub veel üks mitootiline jagunemine, nii et iga haploidne tuum jaguneb veel omakorda. Lõpptulemuseks on kaheksa reas paiknevat
geneetiline ja füüsiline distants. Rekombinatsiooni osa evolutsiooniprotsessis. Rekombinatsiooni allasurumine inversioonide toimel. Rekombinatsiooni geneetiline kontroll. 9. Aheldumise geneetiline analüüs, kasutades täiustatud meetodeid. Aheldumise uurimine katseorganismides: tetraadanalüüs seentel; "paigalhoidvate" kromosoomide kasutamine Drosophila geneetilises analüüsis. Spetsiaalsed kaardistamise meetodid: Neurospora crassa reastatud tetraadide analüüs; Drosophila deletsioonide ja duplikatsioonide tsütogeneetiline kaardistamine. Geenide aheldumise uurimine inimesel: geenide aheldatuse tuvastamine sugupuude analüüsil; somaatiliste rakkude geneetika (rakkude hübridiseerimine, geenide kaardistamine kasutades kromosomaalseid ümberkorraldusi); inimese genoomi analüüs. 10. DNA ja kromosoomide molekulaarne struktuur. Nukleiinhape kui geneetilise info kandja: bakterite
Selle käigus võivad aheldunud geenid rekombineeruda, mis viib uute alleelikombinatsioonide tekkeni. Paljud uued alleelipaarid võivad koos kasulikud olla tõstes organismi eluvõimet ja viljakust. Nii levivad kasulikud kombinatsioonid populatsioonis, kuni muutuvad konkreetse liigi seisukohalt standardseteks. Geneetilise materjali ümberkombineerumine meioosiprotsessis on seega üks viis suurendada geneetilist variantsust, mis on alusmaterjaliks evolutsioonile. 36. Geenide kaardistamine Neurospora crassa askuste analüüsil. Leivahallitus, haploidne seen, kes moodustab pikki rakkude filamente, mida nimetatakse mütseeliumiks. Erinevasse ristamistüüpi kuuluvad haploidsed rakud võivad ühineda ja diploidne rakk läbib meioosi. Iga askospoor saab ühe neljast kromatiidist. Askospooride kott piklik ja väga kitsas, nii et spooride reastumine askuses kajastab seda, kuidas reastusid kromatiidis meioosis. Meioosi käigus rakud ei pooldu, tuumad jäävad kõrvuti ning pärast meioosi toimub
Konkreetne rekombinatsiooni sagedus on seega: [(1/2)(44) + 4]/100 = 0,26. Geneetiline distants on 0,26 Morganit = 26 cM. Kuna rekombinatsioonisagedus ületas 25%, on tegelik distants pikem, arvestamata jäid mõned kahekordsed ristsiirded. Sellepärast eelistavad osa teadlasi kasutada valemit Geneetiline distants = [(1/2) T + 3 NPD]/ askuste arv Seda valemit kasutades leiame, et geneetiline distants geenide py ja th vahel on 34 cM. Tetraadanalüüs seenega Neurospora crassa on veelgi informatiivsem, sest askospoorid askuses jäävad kindlasse ritta, kajastades olukorda, kuidas külgnesid meioosis üksteisega neli kromatiidi. "Paigalhoidvate" kromosoomide (balancer chromosomes) kasutamine Drosophila geneetilises analüüsis Uute mutatsioonide lokaliseerimiseks kromosoomis kasutatakse dominantse alleeliga markeeritud inversiooniga kromosoome, nn. paigalhoidvaid (balancer) kromosoome, mis takistavad nende
ahelaline RNA suunab homoloogse mRNA lagundamist tsütoplasmas. Seda terminit kasutatakse Drosophila ja Ceanorabditis'e uurijate poolt. Kuna see lühend on RNA vahendatud geeni vaigistamise nähtuse tähistamiseks kasutatavatest kõige lühem, siis eelistan kasutada just RNAi'd. PTGS - post-transkriptsiooniline geeni vaigistamine (silencing). Kasutatakse taimede puhul. Kasutatakse ka lühendit PTGS/RNAi. quelling - sama tähendusega termin Neurospora puhul. (quelling Ingl. k. - lämmatama, maha suruma) dsRNA - kaheahelaline RNA (double stranded) on RNAi oluline vahendaja. RdRP - RNA sõltuv RNA polümeraas suunab RNA sünteesi RNA matriitsi alusel, mille tulemuseks on dsRNA. See ensüüm ei ole RNAi toimumiseks vajalik kui rakus on suur kogus dsRNA'd. RNaas III - dsRNA spetsiifiline endoribonukleaas, mis hürdolüüsib rohkem kui 10 aluspaarise dsRNA fosfodiestersidemed. RNAi puhul toimub pikkade dsRNA'de
imetajad. Eri taksonid kasutavad erinevaid geeni vaigistamise mehhanisme. See toimub nii tuumas (taimedes) kui tsütoplasmas. RNAi – RNA interferents – posttranskriptsiooniline geeni vaigistamine, mille käigus 2-ahelaline RNA suunab homoloogse mRNA lagundamist tsütoplasmas. PTGS – post transkriptsiooniline geeni vaigistamine (silencing). Taimede puhul. Kasutatakse lühendit PTGS/RNAi quelling – sama tähendusega termin Neurospora puhul (maha suruma) dsRNA – kaheahelaline RNA – double stranded – RNAi oluline vahendaja RdRP – RNA sõltuv RNA polümeraas suunab RNA sünteesi RNA matriitsi alusel, mulle tulemuseks on dsRNA. Pole RNAi toimumiseks vajalik kui rakus on suur kogus dsRNA-d RNaas III – dsRNA spetsiifiline endoribonukleaas, mis hüdrolüüsib rohkem kui 10 aluspaarilise dsRNA fosfodiestersidemeid. RNAi puhul toimub pikkade dsRNA-de
annaabi.ee 
