Курсовая работа по биоинформатике




Скачать 253.25 Kb.
НазваниеКурсовая работа по биоинформатике
страница3/4
Дата публикации14.05.2013
Размер253.25 Kb.
ТипКурсовая
litcey.ru > Информатика > Курсовая
1   2   3   4

Neurospora - важная модель для исследования эпигенетических явлений, т.к обладает широким разнообразием эпигенетических механизмов и связанных механизмов защиты генома. Самые замечательные из этих механизмов - индуцированные повторением точечные мутации (RIP); этот процесс уникален, он есть только у грибов.


Впервые RIP был обнаружен у Neurospora. Это процесс, который эффективно обнаруживает и видоизменяет обе копии дуплицированной последовательности путём замены CG на TA. Для того, чтобы копии подверглись этому, нужно, чтобы их длина была не меньше, чем 400 пар оснований и чтобы они обладали 80%-ой идентичностью. ДНК последовательностей, подвергнутых RIP, часто подвергается метилированию.

Присутствие RIP, таким образом, имеет глубокие последствия для развития генома Neurospora, т.к., предполагается, что RIP может предотвращать инновации во время дуплицирования гена.

Гены Neurospora трудно распределить по семействам, т.к. они мало сходны между собой. Neurospora содержит только восемь генов, имеющих пары с большей, чем 80%-ая, идентичностью кодирующих последовательностей. Эта оценка существенна, потому что, как описано выше, RIP видоизменяет дуплицированные последовательности, которые демонстрируют большую, чем приблизительно 80%-ую, нуклеотидную сходность. Таким образом, маленькое количество генов в мультигенных семействах и почти полное отсутствие очень сходных генов может быть обусловлено RIP.

Одно большое суперсемейство представляют собой транспортёры сахаров Neurospora, все они имеют аналоги у S. cerevisiae и у S. pombe. Тем не менее, у Neurospora они менее сходны друг с другом, чем у этих организмов. Скорее всего, это потому, что у S. cerevisiae и у S. pombe схожие последовательности получены дуплицированием, а у Neurospora RIP препятствует этому процессу.

RIP имел мощное воздействие в подавлении создания новых генов или частей генов через дуплицирование ДНК. После дупликации гена каждая копия имеет 80%-ую вероятность приобретения в структуре стоп-кодонов TAA и TAG после только единичного действия RIP.

Эти результаты поднимают критический вопрос того, встречалась ли какая-либо существенная дупликация гена в Neurospora после появления RIP.

Дупликация гена, как думают, играет первостепенную роль в появлении новых генов. Согласно гипотезе, большинство, если не все, гены-паралоги Neurospora были дуплицированы и «сдивергировали» до появления RIP, и, начиная с этого события, эволюция новых генов через дупликацию гена была фактически остановлена. Это заключение поднимает вопрос, способна ли Neurospora эволюционировать с появлением новых генов и как. Тем не менее, наши результаты указывают, что цена повышенной защиты генома Neurospora, осуществляемая RIP, и есть значительное влияние на эволюцию функций новых генов путём дупликации гена.

Единственные большие повторяющиеся последовательности у Neurospora, о которых известно, что они пережили RIP, - это приблизительно 175-200 копий большого тандемного повторения рДНК. Эти тандемные повторения происходят на участке, организующем ядрышко, что, предположительно, и защищает их от RIP. Последовательность рДНК сама по себе не оказывает сопротивления RIP.

Neurospora интенсивно используется как модель для изучения метилирования ДНК у эукариот. Геном Neurospora имеет два потенциальных гена цитозин-ДНК-метилтрансферазы: dim-2, который требуется для обычного метилирования ДНК, и rid, который нужен для RIP и является членом семейства, найденного к настоящему времени только у мицелиальных грибов. У Neurospora, приблизительно 1.5 % цитозинов метилированы. Это подтверждает гипотезу, что почти во всех случаях метилирование ДНК является результатом. RIP.

Из двух штаммов E. coli, отличающихся по устойчивости ДНК к метилированию, были выделены плазмиды, которые затем внедрили в Neurospora. С помощью сравнительного анализа последовательностей были предсказаны участки, где ДНК должно быть подвергнуто метилированию, что и произошло в ходе эксперимента. Метилированные области соответствуют дуплицированным и подвергнувшимся RIP областям. Полностью 85 % соответствуют предсказанным последовательностям, подвергнувшимся RIP. Однако маленькая часть (10 %) соответствует предсказанной неповторяющейся и не подвергнувшейся RIP последовательности. В двух из десяти таких случаев было экспериментально проверено, что эти последовательности неповторяющиеся и подверглись метилированию. Это повышает шансы на то, что метилирование в Neurospora может выполнять не только защитную функцию, как и у более продвинутых организмов.

Контроль экспрессии генов у эукариот может осуществляться не только на уровне ДНК, но и на уровне РНК, когда уже пройдена стадии транскрипции. Предположительно блокирующие РНК механизмы - унаследованные естественные системы защиты, направленные против вторжения нуклеиновых кислот, поэтому они включают в себя схожие компоненты. Neurospora обладает двумя путями блокирования РНК: подавление, которое действует в течение вегетативного роста (в нём задействованы три гена: qde-1, qde-2 и qde-3, кодирующих соответственно РНК-зависимую РНК-полимеразу (RdRP), argonaute и RecQhelicase) и «мейотическое заглушение», которое действует в течение периода половой репродукции (в нём задействован ген sad-1, кодирующий RdRP). Однако есть несколько дополнительных генов, участвующих в блокировании РНК, которые можно разделить на два набора паралогов, функции которых соответствуют первому либо второму из рассмотренных выше путей.

«Мейотическое заглушение» и подавление представляют собой два филогенетически отличных РНК-зависимых механизма, блокирующих РНК. Но оба, возможно, развились из единственного унаследованного блокирующего РНК механизма.

Синий свет - важный регулятор роста и развития Neurospora, поэтому неудивительно, что обнаружено много генов, сходных с чувствительными к синему свету генами. К сожалению, никакая фотобиология красного света не описана пока для Neurospora, что является существенным пробелом, потому что недавно было показано, что это имеет значение для чувствительности к синему свету и сигнальных механизмов.

Среди сигнальных систем особое место занимают двухкомпонентные сигнальные системы, основа которой состоит из гистидинкиназы и сходного с ней регулятора ответа. Девять белков, обеспечивающих функционирование сигнальной системы, гены которых обнаружены в геноме Neurospora, имеют аналоги у S. pombe и S. cerevisiae, что указывает на консервативность основы данного механизма у этих видов. У Neurospora 11 гистидин-киназ, что гораздо больше по сравнению с одной у S.cerevisiae и тремя у S. pombe. Одна треть их подобна белкам Aspergillus fumigatus и A. nidulans, которые влияют на процесс образования конидий (L. A. Alex and M.I. Simon, неопубликованные наблюдения), а другие, возможно, участвуют в реакции на кислород и свет. Это число гистидинкиназ играет большую роль и показывает, что мицелиальные грибы более похожи в этом отношении на растения, обладающие в изобилии двухкомпонентными системами, чем на животных, где эти системы отсутствуют.

Эукариотические клетки чувствительны ко многим раздражителям окружающей среды благодаря семи рецепторам, сопряжённым с G-белком. У Neurospora найдено 10 таких белков, три из которых не имеют аналогов у других грибов, но сходны с цАМФ Dictyostelium discoideum, Polysphodylium pallidum, а также белками Arabidopsis thaliana и Caenorhabditis elegans. Все эти данные склоняют к предположению, что цАМФ или похожая молекула могут служить для передачи внеклеточных сигналов у Neurospora.

Многие данные, прежде всего из фармакологических исследований, указывают, что Ca2+ -сигнальная система регулирует многие процессы у мицелиальных грибов. Однако механизм функционирования этой системы до сих пор до конца не ясен. Тем не менее, обнаружено около 25 генов в геноме Neurospora, играющих роль в этой системе. Важный аспект Ca2+-сигнальной системы в растительных и животных клетках - пополнение запасов Ca2+ из внутренних источников. Это обычно опосредовано вторичными мессенджерами инозитол-1,4,5,-трифосфатом и цАДФ- рибозой, или индуцированным Ca2+ пополнением запасов Ca2+.

Настоящие гифы, продуцируемые мицелиальными грибами, - трубчатые структуры, состоящие из клеточных компартаментов, которые обычно разделяются септальной перегородкой, имеющей септальную пору, которая обеспечивает прямую диффузионную и электрическую связь между соседними компартаментами (Чайлахян и др., 1984). Псевдогифы, продуцируемые дрожжами, состоят из цепей одноядерных удлиненных клеток без видимой непрерывности цитоплазмы. Молекулярные механизмы, лежащие в основе этих двух способов роста, изучены недостаточно.

Две сигнальных системы, которые регулируют псевдогифальный рост в ^ S. cerevisiae – модули двухкомпонентных сигнальных систем и цАМФ - являются консервативными в геноме Neurospora. У Candida albicans обе системы требуются для образования истинных гиф и предположительно выполняют ту же функцию и у Neurospora. Однако три фактора транскрипции, регулирующие образование псовдогиф– Tec1p, Flo8p и Sfl1p, не были обнаружены у Neurospora. Но Neurospora обладает геном, подобным фактору транскрипции, необходимому для гифального роста C. albicans. Этот фактор транскрипции не требуется для псевдогифального роста C. albicans, так же, как и соответствующий белок у S. cerevisiae (Phd1p). Требуется более детальное исследование сложных систем, лежащих в основе этих способов роста. Тем не менее, эти данные частично разъясняют различия и сходства сигнальных систем и регуляторных компонентов гифального и псевдогифального роста.

Макроконидии - неполовые споры, характерные для мицелиальных грибов, но отсутствующие у дрожжей. Компоненты системы макроконидий были обнаружены, как у Neurospora, так и у мицелиального гриба A. nidulans, но гены, участвующие в этой сисетеме, очень различны у этих организмов, из чего можно заключить, что молекулярные механизмы, лежащие в основе образования макроконидий у Neurospora значительно отличаются от этих механизмов у A. nidulans.

Царство грибов производит обширное множество биологически активных веществ, называемых вторичными метаболитами, среди них более всего известны пигменты, антибиотики и микотоксины. За исключением синтеза пигментов каротиноидов и меланина, было показано, что Neurospora не обладает вторичным метаболизмом. Таким образом, удивительно, что в последовательности генома Neurospora обнаружено множество предполагаемых генов для производства вторичных метаболитов.

Три предсказанных гена не рибосомальных пептид-синтаз (Non-Ribosomal Peptide Synthetase) и один родственный им ген были обнаружены в последовательности генома Neurospora. Согласно филогенетическому анализу, один ген не рибосомальной пептид-синтазы – ортолог не рибосомальной пептид-синтазы Aureobasidium pullulans. Функция этих генов неизвестна. Например, у Ustilago maydis такой ген отвечает за производство hydroxamate siderophores. А у Cochliobolus heterostrophus, C. victoriae и Gibberella zeae похожий ген имеет 66%-ую идентичность аминокислот в образующимся белке с продуктом гена CPS1, который отвечает за вирулентность.

Семь генов поликетидсинтаз были обнаружены в геноме Neurospora, они могут быть классифицированы в три группы на основе доменной области. При сравнении обнаруженные сходные гены в других организмах позволяют предположить, что первая группа генов отвечает за синтез меланина, а вторая и третья – ловастатина.

Присутствие генов, необходимых для синтеза гибереллиновой кислоты, у Neurospora указывает на то, что многие компоненты, необходимые для производства гибереллиновой кислоты, имелись у предков Neurospora и G. fujikuroi. Найденные гены вторичного метаболизма могут играть роль в морфогенезе и хемотропизме, межвидовой коммуникации и возможно даже в противохимической защите. Обнаружение этих генов в геноме Neurospora указывает на то, что очевидные главные различия в образе жизни среди родственных грибов, типах патогенности, могут сформироваться частично из-за незначительных модификаций функций и экспрессии генов.

Последовательность генома включает в себя довольно большое количество генов, необходимых для растительного патогенеза, имеющихся у грибов-патогенов. Эти гены не имеют у других организмов никаких других функций кроме патогенеза. Neurospora также обладает широким диапазоном внеклеточных ферментов, способных к перевариванию полимеров растительной клеточной стенки, хотя нет очевидного гомолога кутиназы. Кутин - один из главных слоев, защищающих эпидерму листьев растений, и многие, но не все, растительные патогены используют кутиназу. Neurospora имеет широкий диапазон ферментов цитохрома P450, которые являются важными в некоторых системах «патоген – хозяин» для детоксификации противогрибковых веществ, выделяемых растением. Кроме того, большое количество идентифицированной ABC (ATP-binding cassette) и системы утечки препарата MFS могло играть роль в борьбе с ядовитыми веществами растения. Есть способность вырабатывать членов вторичного метаболизма семейств PKS, NRPS и терпеноидов, как описано выше. Кроме того, Neurospora содержит все компоненты трансдукции сигнала, вовлеченные в патогенез аскомицетов, которые были описаны до настоящего момента. Таким образом, хотя Neurospora, как известно, не является патогеном, последовательность генома показала много генов, схожих с теми, что необходимы для патогенеза.
1   2   3   4

Похожие:

Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по биоинформатике
Тема : идентификация белка, исследование его аминокислотной последовательности и построение филогенетического древа гомологов
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа для студентов 1-3 курсов по биоинформатике
Механизм взаимодействия циклооксигеназного и пероксидазного активных центров фермента pghs. (на основании литературных данных и расчетов...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа для студентов 1-3 курсов по биоинформатике
Анализ трехмерных структур изоферментов простагландин h синтазы и оценка влияния точечных аминокислотных замен на структурные и функциональные...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по биоинформатике на тему Поиск белков-мишеней циклопентеноновых простагландинов
При сравнении лиганд-связывающих участков ppar выделены специфические последовательности. Поиск гомологов привел к описанию нескольких...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по истории государства и права
Государственный строй и право Новгорода и Пскова в XII-XV вв.: курсовая работа. — Ульяновск: Уфмгу, 1995. — 55 с
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа по дисциплине «Методология исследований в социаль­ных и поведенческих науках»
Таким образом, курсовая работа вместе с заключительным экзаменом подводит итоги обучения по дисциплине «Методология исследований...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа «Правовой статус и виды предпринимателей»
Курсовая работа «Правовой статус и виды предпринимателей» по курсу «Предпринимательское право»
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа Работа классного руководителя по развитию одаренности детей
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа

Курсовая работа по биоинформатике iconКурсовая работа

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница