ゲノム-すべての生物の内部の生命のコード

ゲノム

ゲノムとは?

ゲノムは、細胞またはウイルス粒子の遺伝情報を運ぶ材料全体です。 それは染色体として存在します、 DNA 、またはRNAウイルスの場合はRNA。 抽象的には、これには個人の遺伝情報全体も含まれます。

「ゲノム」という用語は、1920年にハンスウィンクラーによって造られました。 ゲノム研究は通常、構造変化とそれらの間の相互作用を調査します遺伝子

ヒトゲノムは、遺伝子を含むDNA配列を詰め込んだ染色体に配置されています。 ソース: LoStrangolatore / CC BY 3.0
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Christina Swords、Ph.D。が編集

基本

形質の継承に必要な情報はDNAに含まれています。 より具体的には、それはDNA塩基アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)およびチミンの配列にあります。 (T)。 リボ核酸はベースウラシルを使用します (U)チミンの代わりに。 遺伝暗号の規則によれば、3つの連続した塩基はそれぞれ1つのアミノ酸を意味します。

DNAのコーディングセクションと非コーディングセクションは区別されます。 タンパク質は、コーディングセクションの塩基配列に従って、遺伝子発現の過程でアミノ酸から形成されます。 しかし、非コード領域は、例えば遺伝子調節においても重要な機能を持つことができます。 偽遺伝子もあります。突然変異のために機能しなくなり、生物が読み取ることができなくなった遺伝子です。

核内のDNAに加えて、細胞の他の部分にもさらなる遺伝物質が見られます。 真核生物では、それ自体の小さなゲノム配列がミトコンドリア(ミトコンドリア、ミトコンドリアも)に見られます。 藻類や陸上植物では、ほとんどの場合、葉緑体や他の色素体(葉緑体)に見られます。 原核生物(細菌と古細菌)には、プラスミドと呼ばれる、比較的短い自己完結型のDNA分子が追加されていることがよくあります。

ゲノムの構成

真核生物

真核生物では、核ゲノム(核腫)はいくつかから多数の鎖状染色体で構成されています。 核DNAは核DNA(nDNA)とも呼ばれます。 染色体の数は種によって異なり、2つ(馬虫の場合)から数百(一部のシダの場合)までさまざまです。

染色体の数は、核相が変化すると変化します(減数分裂と核分裂)。 真核生物のゲノムはまた、その遺伝子内に非コードDNAとイントロン-エクソン構造の割合が高い。

原核生物

原核生物では、DNAは長い自己完結型の分子として存在します。 さらに、より短い、同様に自己完結型のDNA分子、いわゆるプラスミドは、可変数で存在する可能性があります。 これらは、主要なDNAとは独立して増幅され、種の境界を越えても、他の原核細胞に受け継がれます(結合)。 原則として、それらは、例えば抗生物質に対する耐性を媒介する少数の遺伝子のみを含んでいます。

原核生物のゲノムは、一般的に真核生物のゲノムよりもはるかに小さいです。 それらは比較的小さな非コーディング部分(5-20%)を含み、イントロンもほとんどまたはまったく含まれていません。

オルガネラ

ミトコンドリア、色素体、および他のタイプのハイドロジェノソームのゲノムは、原核生物のように構成されています。 内共生理論によれば、これらの細胞小器官は以前は自由生活の原核生物として存在していたと考えられています。 これらの「マイトゲノーム」と「プラストーム」には、それら自身の機能に必要な遺伝子のごく一部も含まれています。 これが、これらのオルガネラが「半自律的」と呼ばれる理由です。

ウイルス

ウイルスゲノムは、タンパク質が少ないため、非常に小さいです。 異なる遺伝子が重複しているため、遺伝情報は高度に凝縮されています。 一部のセクションは、同時に異なる配列の読み取り方向で遺伝子として機能することもできます。 ウイルスゲノム(viromとしても知られています)は

  • DNAまたはRNAで構成され、
  • これは一本鎖または二本鎖でありえます、
  • 線形または円形に閉じており、
  • いくつかの部分にセグメント化されている(マルチパート)またはセグメント化されていない(モノパート)

レトロウイルスは特別な機能です。 それらのRNAゲノムは、逆転写によってDNAに「翻訳」され、宿主ゲノムに組み込まれます。 ウイルスのゲノムの特性は、それらを分類するための重要な基準です。

一部のウイルス、特にビロファージ(他のウイルスを攻撃するウイルス)には、可動遺伝因子(トランスポゾン、トランスポビロン、ポリトン)があります。 一般的に、それらの全体はモバイロームとも呼ばれます。

ウイロイド

ウイロイドのゲノムRNAは短い。 それは241から401ヌクレオチドにまたがり、二本鎖二次構造を形成する多くの相補的領域を含んでいます。 ウイロイドには追加のエンベロープがなく、最小のウイルスの80〜100分の1です。 それらは高等植物の生細胞内で繁殖します。

ゲノムサイズ

ゲノムサイズは、ゲノムに存在するDNAの量です。 真核生物では、この情報は通常、C値とも呼ばれる染色体の半数体セットを指します。 存在する塩基対の数(bp)または単位pg(ピコグラム)のDNAの質量のいずれかが示されます。

1pgの二本鎖DNAは約0.978-109bp、つまりほぼ10億塩基対で構成されています。 さまざまな生物塩基対に対するピコグラムの比率が異なるそれにもかかわらず、2つのユニットを比較するのは必ずしも簡単ではありません。

の容易さでゲノムシーケンシング過去10年間で、塩基対でゲノムサイズを測定することがより一般的になっています。 1,000塩基対を合計するには、通常、「キロ塩基対」(kbpまたはkb)という用語が使用されます。 100万塩基対の場合、「メガベースペア」(MbpまたはMb)を使用します。

1972年、エチオピアのハイギョ( Protopterus aethiopicus )最大のゲノムを持つ脊椎動物としてよく引用されます約133pgで。 2014年に、記録は一般的なイナゴによって破られました(トノサマバッタ)と6.3ポンド。 2018年、 320億塩基対メキシコサンショウウオから検出されました( Ambystoma mexicanum )。

メキシコサンショウウオ( Ambystoma mexicanum )脊椎動物で最大のゲノムの最新の記録は約32Gbpです。 ソース: EmőkeDénes/ CC BY-SA 4.0

葉ノミの内部共生生物カルソネラ・ルディ最小の細菌ゲノムが定量化されています2006年に。 その環状DNA分子には、生きるために必要なすべての情報が含まれている約160,000塩基対しか含まれていません。

単一のヒト細胞のDNAは、一緒につながれたときに約1.80mの長さです。 理論的には、塩基対は4つの状態(A / T / G / C)を想定できるため、2ビットの情報量を持ちます。 約32.7億塩基対で、その最大情報量は65億4000万ビットまたは780MiBになります。

DNAの大部分には部分的な調節機能を持つ非コード配列が含まれているため、実際の情報量はおそらく少ないでしょう。 によるヒトゲノムプロジェクトの結果2003年には、ヒトゲノムの99.99%に遺伝子が含まれています。

ゲノムサイズと生物の複雑さ、または「C値のパラドックス」の間には相関関係がありません。 たとえば、尾状突起は爬虫類、鳥類、哺乳類よりも大きなゲノムを持っています。 ハイギョと軟骨魚は、真の硬骨魚よりもゲノムが大きい。 しかし、顕花植物や原生動物の中で、ゲノムサイズはかなり異なります。

DNAの最大量は、アメーバや原始シダなどの単純な真核生物に見られます。 これらの生物は約1兆塩基対を持っています。 それらのゲノムには、1000倍のコピーと長い非タンパク質コードセクションとして個々の遺伝子も含まれています。