Ядролық қаңқалар: Эндосимбиоз теориясы және геномдық эволюция
Nucleomorph
Ядролық морфомалар: пластидтердегі қазба ядролар, эукариоттардың симбиозын көрсетеді. Криптомонадтар мен хлорарахниофиттерде кездеседі, геномдары зерттелген.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Нуклеоморфтар – белгілі бір пластидтердің ішкі және сыртқы мембраналар жұбы арасында табылған кішкентай, қазба еукариоттық ядролар. Олар үлкен эукариотпен жұтылған алғашқы қызыл және жасыл балдырлар ядросының қалдықтары деп есептеледі. Нуклеоморф екі мембрана жиынтығының арасында орналасқандықтан, эндосимбиоздық теорияны қолдайды және оларды қамтитын пластидтердің күрделі пластидтер екенін көрсетеді. Екі қабат мембрананың болуы пластидтің – прокариоттың – эукариотпен, яғни балдырмен жұтылғанын, содан кейін басқа эукариот – қабылдаушы жасуша – оны жұтып алғанын көрсетеді, бұл пластидті екіншілік эндосимбиоздың мысалы етеді.
Nucleomorphs are small, vestigial eukaryotic nuclei found between the inner and outer pairs of membranes in certain plastids. They are thought to be vestiges of primitive red and green algal nuclei that were engulfed by a larger eukaryote. Because the nucleomorph lies between two sets of membranes, nucleomorphs support the endosymbiotic theory and are evidence that the plastids containing them are complex plastids. Having two sets of membranes indicate that the plastid, a prokaryote, was engulfed by a eukaryote, an alga, which was then engulfed by another eukaryote, the host cell, making the plastid an example of secondary endosymbiosis.
Белгілі нуклеоморфтары бар организмдер
Осы уақытқа дейін ғалымдарға ағзалардың тек екі монофилетикалық тобы ғана пластидтерінде қалдық ядросы немесе нуклеоморфы бар екені белгілі: Cryptista супертобының криптомонадтары және Rhizaria супертобының хлораханиофиттері. Екеуінің де нуклеоморф геномдары тізбектелген мысалдары бар.
So far, only two monophyletic groups of organisms are known to contain plastids with a vestigial nucleus or nucleomorph: the cryptomonads of the supergroup Cryptista and the chlorarachniophytes of the supergroup Rhizaria, both of which have examples of sequenced nucleomorph genomes.
Нуклеоморфты геном
Нуклеоморфтар – ең кішкентай геномдардың бірі болып табылады, олардың тізбегі жасалған. Қызыл немесе жасыл балдырды криптомонад немесе хлорахиниофит жұтып алғаннан кейін, олардың геномдары қысқартылды. Криптомонадтар мен хлорахиниофиттердің нуклеоморф геномдары үлкен геномдардан бастап ұқсас өлшемге келді. Олар тек үш хромосоманы сақтап қалды, көптеген гендер иесі жасушаның ядросына көшірілді, ал қалғандары толығымен жойылды. Иесі жасуша мен күрделі пластидтің ерекше үйлесімі нәтижесінде төрт геномға ие жасушалар пайда болады: екі прокариоттық геном (қызыл немесе жасыл балдырдың митохондриясы және пластиді) және екі эукариоттық геном (иесі жасушаның ядросы және нуклеоморф). Модельді криптомонад – Гильярдия тета, нуклеоморфтарды зерттеуші ғалымдар үшін маңызды орталыққа айналды. Оның толық нуклеоморф тізбегі 2001 жылы жарияланды, оның көлемі 551 Кбж. G. theta тізбегі нуклеоморфтарда қандай гендер сақталғанын көрсетті. Иесі жасушаға көшкен гендердің көпшілігі ақуыз синтезіне қатысты, нәтижесінде бір ғана көшірмесі бар «үй шаруашылығы» гендерінен (транскрипция, аударма, ақуыздың бүктелуі мен ыдырауы және сплайсинг) тұратын ықшам геном қалды, сондай-ақ қозғалмалы элементтер жоқ. Геномда 513 ген бар, олардың 465-і ақуызды кодтайды. 30 ген пластидтік гендер болып саналады, олар пластидтік ақуыздарды кодтайды. Басқа организм – хлорахиниофит Bigelowiella natans геномының тізбегі оның нуклеоморфы жасыл балдырдың қалдық ядросы болуы мүмкін екенін көрсетеді, ал G. theta-дағы нуклеоморф қызыл балдырдан шыққан болуы мүмкін. B. natans геномдары G. theta геномдарынан кіші, шамамен 373 Кбж және G. theta-дағы 465 генмен салыстырғанда 293 ақуызды кодтайтын гендерді қамтиды. B. natans-та пластидтік ақуыздарды кодтайтын 17 ген бар, бұл G. theta-дан азырақ. Екі организмді салыстыру B. natans-та G. theta-ға қарағанда әлдеқайда көп интрон бар екенін көрсетті (852-ге қарсы 17). B. natans-та интронның мөлшері 18-ден 21 жұп базаға дейін, ал G. theta-да 42-ден 52 жұп базаға дейін жетеді.
Nucleomorphs represent some of the smallest genomes ever sequenced. After the red or green alga was engulfed by a cryptomonad or chlorarachniophyte, respectively, its genome was reduced. The nucleomorph genomes of both cryptomonads and chlorarachniophytes converged upon a similar size from larger genomes. They retained only three chromosomes and many genes were transferred to the nucleus of the host cell, while others were lost entirely. The unique combination of host cell and complex plastid results in cells with four genomes: two prokaryotic genomes (mitochondrion and plastid of the red or green algae) and two eukaryotic genomes (nucleus of host cell and nucleomorph). The model cryptomonad Guillardia theta became an important focus for scientists studying nucleomorphs. Its complete nucleomorph sequence was published in 2001, coming in at 551 Kbp. The G. theta sequence gave insight as to what genes were retained in nucleomorphs. Most of the genes that moved to the host cell involved protein synthesis, leaving behind a compact genome with mostly single copy “housekeeping” genes (affecting transcription, translation, protein folding and degradation and splicing) and no mobile elements. The genome contains 513 genes, 465 of which code for protein. Thirty genes are considered “plastid” genes, coding for plastid proteins. The genome sequence of another organism, the chlorarachniophyte Bigelowiella natans indicates that its nucleomorph is probably the vestigial nucleus of a green alga, whereas the nucleomorph in G. theta probably came from a red alga. The B. natans genome is smaller than that of G. theta, with about 373 Kbp and contains 293 protein coding genes as compared to the 465 genes in G. theta. B. natans also only has 17 genes that code for plastid proteins, again fewer than G. theta. Comparisons between the two organisms have shown that B. natans contains significantly more introns (852) than G. theta (17). B. natans also had smaller introns, ranging from 18 21 bp, whereas G. theta’s introns ranged from 42 52 bp.
Нуклеоморфтардың тұрақтылығы
Басқа пластидтерді қамтитын организмдерде қалдық ядролардың тіркелген жағдайлары жоқ, бірақ олар криптомонадтар мен хлораханиофиттерде тәуелсіз түрде сақталған. Пластид гендерінің берілуі көптеген организмдерде жиі болады, сондықтан осы нуклеоморфтардың толығымен жойылмауы ерекше жағдай. Бұл нуклеоморфтардың басқа топтардағыдай жоғалып кетпеуіне қатысты бір теория – нуклеоморфтардағы интрондар хост-сплайсосомалармен танылмайды, себебі олар тым кішкентай болғандықтан кесіліп, кейіннен хост ДНҚ-сына енгізілмейді. Нуклеоморфтар сондай-ақ, транскрипция және трансляция сияқты өздерінің маңызды функцияларының көп бөлігін кодтайды. Кейбір ғалымдардың пікірінше, хост жасушасы шығармайтын, пластидтің жұмыс істеуі үшін қажетті ақуыздарды кодтайтын ген нуклеоморфта бар болғанша, ол сақталады.
There are no recorded instances of vestigial nuclei in any other secondary plastid containing organisms, yet they have been retained independently in the cryptomonads and chlorarachniophytes. Plastid gene transfer happens frequently in many organisms, and it is unusual that these nucleomorphs have not disappeared entirely. One theory as to why these nucleomorphs have not disappeared as they have in other groups is that introns present in nucleomorphs are not recognized by host spliceosomes because they are too small and therefore cannot be cut and later incorporated into host DNA. Nucleomorphs also often code for many of their own critical functions, like transcription and translation. Some say that as long as there exists a gene in the nucleomorph that codes for proteins necessary for the plastid’s functioning that are not produced by the host cell, the nucleomorph will persist.