Мусорная ДНК

редактировать

История

Термин «мусорная ДНК» стал популярен в 1960-х годах. По словам Т. Райана Грегори, природа мусорной ДНК была впервые подробно обсуждена в 1972 году геномным биологом Дэвидом Комингсом, который применил этот термин ко всей некодирующей ДНК. Эта классификация не совсем верна, потому что некодирующая означает, что область не кодирует белки, в то время как мусорная ДНК означает, что область не является ни функциональной, ни вредной, но некоторая нежелательная ДНК все еще может создавать нежелательные белки. Этот термин был формализован в том же году Сусуму Оно, который отметил, что мутационная нагрузка от вредных мутаций устанавливает верхний предел количества функциональных локусов, которых можно ожидать при типичной скорости мутаций. Оно предположил, что в геномах млекопитающих не может быть более 30 000 локусов при отборе, прежде чем «издержки» мутационной нагрузки приведут к неизбежному снижению приспособленности и, в конечном итоге, к исчезновению. Это предсказание остается надежным, поскольку геном человека содержит приблизительно (кодирующие белок) 20 000 генов. Еще одним источником теории Оно было наблюдение, что даже близкородственные виды могут иметь широко (на порядки) разные размеры генома, что в 1971 году было названо парадоксом C-ценности.

Термин «мусорная ДНК» подвергался сомнению на том основании, что он вызывает сильное априорное предположение о полной нефункциональности, и некоторые рекомендовали вместо этого использовать более нейтральную терминологию, такую ​​как «некодирующая ДНК». Тем не менее, «мусорная ДНК» остается меткой для частей последовательности генома, для которых не было идентифицировано какой-либо заметной функции и которые с помощью сравнительного анализа геномики не обнаруживаются без функциональных ограничений, что позволяет предположить, что сама последовательность не обеспечивает адаптивного преимущества. Однако это сочетание мусорной и некодирующей ДНК неверно, поскольку мусорная ДНК - это все области ДНК, которые не являются ни функциональными, ни вредными, в то время как некодирующая ДНК - это все области ДНК, не кодирующие белок.

С конца 70-х годов стало очевидно, что большая часть некодирующей ДНК в больших геномах берет свое начало в эгоистичной амплификации мобильных элементов, о которой У. Форд Дулиттл и Кармен Сапиенца в 1980 году написали в журнале Nature: «Когда Учитывая ДНК или класс ДНК с недоказанной фенотипической функцией, можно показать, что они выработали стратегию (такую ​​как транспозиция), которая обеспечивает ее геномное выживание, тогда никакое другое объяснение ее существования не требуется ». Можно ожидать, что количество мусорной ДНК будет зависеть от скорости амплификации этих элементов и скорости потери нефункциональной ДНК. В том же номере журнала Nature Лесли Оргел и Фрэнсис Крик написали, что мусорная ДНК имеет «небольшую специфичность и дает мало или не дает никакого избирательного преимущества организму». Этот термин встречается в основном в популярной науке и в разговорной речи в научных публикациях, и было высказано предположение, что его коннотации могли отсрочить интерес к биологическим функциям некодирующей ДНК.

Некоторые свидетельства указывают на то, что некоторые последовательности «мусорной ДНК» являются источниками (будущей) функциональной активности в эволюции путем эксаптации изначально эгоистичной или нефункциональной ДНК.

Классификация

Геном делится на функциональную и нефункциональную части, поскольку они являются продуктом естественных эволюционных процессов, где функция определяется как функция избранного эффекта. Функционал делится на буквальную ДНК, «порядок нуклеотидов находится в процессе отбора, а« безразличная ДНК »включает Сегменты генома, которые являются функциональными и необходимыми, но чьи последовательности не имеют большого значения, такие как спейсеры, наполнители и средства защиты от сдвигов рамки считывания. Нефункциональная или «мусорная ДНК», придуманная Бреннером, - это сегменты генома, которые не имеют функции селективного эффекта. Ненужная ДНК падает. в этой категории, где нефункциональная ДНК не отбирается за или против, другой категорией мусорной ДНК является «мусорная ДНК», которая относится к последовательностям, которые существуют в геноме, несмотря на их активную селекцию. Это различие было предложено Бреннером:

«Несколько лет назад я заметил, что в мире существует два вида мусора и что в большинстве языков используются разные слова, чтобы их различать. Есть мусор, который мы храним, то есть мусор, и мусор, который мы выбрасываем, то есть мусор. Избыточная ДНК в наших геномах - это мусор, и он существует потому, что он безвреден, а также бесполезен, а также потому, что молекулярные процессы, генерирующие дополнительную ДНК, опережают тех, кто от нее избавляется. Если бы лишняя ДНК стала невыгодной, она стала бы объектом отбора, так же как мусор, который занимает слишком много места или начинает пахнуть, мгновенно превращается в мусор женой, этим прекрасным дарвиновским инструментом ».

Каждую из четырех функциональных категорий, описанных выше, можно либо транскрибировать и переводить, либо транскрибировать, но не переводить, либо не транскрибировать. вот почему может быть мусорная ДНК, мусорная РНК и мусорные белки.

Изменения в функции

Мусорная ДНК может изменить свою функциональную классификацию в процессе эволюции. Такой пример можно найти в том, что мусорная ДНК становится мусорной ДНК, если эффективный размер популяции увеличивается; и обратное происходит, если эффективный размер популяции уменьшается. Нежелательная ДНК, полученная из буквальной ДНК, будет псевдогеном, тогда как некоторые заболевания вызваны либо переходом от функциональной ДНК к мусорной ДНК, либо с измененной ДНК на мусорную ДНК. Нежелательная ДНК также может стать мусорной ДНК, которую Колата придумал как «ДНК зомби».

  1. ^ Эрет, CF; Де Халлер, Г. (октябрь 1963 г.). «Происхождение, развитие и созревание органелл и систем органелл клеточной поверхности Paramecium». журнал исследований ультраструктуры. 23: SUPPL6: 1–42. DOI : 10.1016 / S0022-5320 (63) 80088-X. PMID   14073743.
  2. ^ Граур, Дэн. «Мусорная ДНК Origi: исторический детектив».
  3. Перейти ↑ TR, ed (2005). «Комингс (1972), с другой стороны, дал то, что следует считать первым явным обсуждением природы« мусорной ДНК », и был первым, кто применил этот термин ко всей некодирующей ДНК»; «По этой причине маловероятно, что какая-либо одна функция для некодирующей ДНК может объяснить либо ее абсолютную массу, либо ее неравномерное распределение среди таксонов. Однако, отклонив ее как не более чем« мусор »в уничижительном смысле« бесполезный » или «расточительный» мало способствует пониманию эволюции генома. По этой причине в этой главе используется гораздо менее загруженный термин «некодирующая ДНК», который рекомендуется использовать вместо «мусорной ДНК» для будущего лечения этого субъекта ». ". Elsevier: 29–31. ISBN   978-0123014634.
  4. ^ Граур, Дэн (2016). Молекулярная и геномная эволюция. Эми Кэтрин Сатер, Тим Ф. Купер. Сандерленд, Массачусетс. ISBN   978-1-60535-469-9. OCLC   951474209.
  5. ^ S, Оно; Смит, HH (редактор) (1972). «В нашем геноме так много« мусорной »ДНК». Брукхейвенские симпозиумы по биологии, Нью-Йорк. 23: 366–70. PMID   5065367. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  6. ^ Кэри, М. "Парадокс C-значения, мусорная ДНК и КОДИРОВАТЬ". Текущая биология. 22: (21): R898–9. DOI : 10.1016 / j.cub.2012.10.002. PMID   23137679. S2CID   28289437.
  7. Перейти ↑ TR, ed (2005). «Комингс (1972), с другой стороны, дал то, что следует считать первым явным обсуждением природы« мусорной ДНК », и был первым, кто применил этот термин ко всей некодирующей ДНК»; «По этой причине маловероятно, что какая-либо одна функция для некодирующей ДНК может объяснить либо ее абсолютную массу, либо ее неравномерное распределение среди таксонов. Однако, отклонив ее как не более чем« мусор »в уничижительном смысле« бесполезный » или «расточительный» мало способствует пониманию эволюции генома. По этой причине в этой главе используется гораздо менее загруженный термин «некодирующая ДНК», который рекомендуется использовать вместо «мусорной ДНК» для будущего лечения этого субъекта ». ". Elsevier: 29–31. ISBN   978-0123014634.
  8. ^ a b c Граур, Дэн; Чжэн, Ичэнь; Азеведо, Рикардо Б.Р. (март 2015 г.). «Эволюционная классификация геномной функции». Геномная биология и эволюция. 7 (3): 642-645. DOI : 10.1093 / GbE / evv021.
  9. ^ Дулиттл, WF; Сапиенца, К. (апрель 1980 г.). «Эгоистичные гены, парадигма фенотипа и эволюция генома». Природа. 284 (5757): 601–3. Bibcode : 1980Natur.284..601D. DOI : 10.1038 / 284601a0. PMID   6245369. S2CID   423382.
  10. ^ Другой источник (8 июля 2021 г.). «дупликация генома». с последующей потерей функции из-за избыточности.
  11. ^ Orgel, LE; Крик, FH (апрель 1980 г.). «Эгоистичная ДНК: абсолютный паразит». Природа. 284 (5757): 604–7. Bibcode : 1980Natur.284..604O. DOI : 10.1038 / 284604a0. PMID   7366731. S2CID   4233826.
  12. ^ Khajavinia, A; Макаловски, В. (май 2007 г.). «Что такое« мусорная »ДНК и чего она стоит?». Scientific American. 296 (5): 104. Bibcode : 2007SciAm.296c.104.. DOI : 10.1038 / Scientificamerican0307-104. PMID   17503549. Термин «мусорная ДНК» отталкивал основных исследователей от изучения некодирующего генетического материала в течение многих лет.
  13. ^ Биемон, C; Виейра, К. (октябрь 2006 г.). «Генетика: мусорная ДНК как эволюционная сила». Природа. 443 (7111): 521–4. Bibcode : 2006Natur.443..521B. DOI : 10.1038 / 443521a. PMID   17024082. S2CID   205033991.
  14. ^ Неандер К. Функции как отдельные эффекты: концептуальная защита аналитиков. Philos Sci. 1991; 58: 168–184.
  15. ^ Неандер К. Типы черт: важность функциональных гомологов. В: Ariew A, Cummins R, Perlman M, редакторы. Функции: новые очерки философии психологии и биологии. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 2002. С. 390–415.
  16. ^ a b Граур, Дэн; Чжэн, Ичэнь; Прайс, Николай; Азеведо, Рикардо Б.Р.; Zufall, Rebecca A.; Эльхайк, Эран (2013). «О бессмертии телевизоров:« функция »в геноме человека согласно безэволюционному Евангелию ENCODE». Геномная биология и эволюция. 5 (3): 578–590. DOI : 10.1093 / GbE / evt028. ISSN   1759-6653. PMC   3622293. PMID   23431001.
  17. ^ a b Brenner, null (24 сентября 1998 г.). «Убежище пеленок». Современная биология: CB. 8 (19): R669. DOI : 10.1016 / s0960-9822 (98) 70427-0. ISSN   1879-0445. PMID   9776723.
  18. ^ Ота, Т. (1973-11-09). «Слегка вредные мутантные замены в эволюции». Природа. 246 (5428): 96–98. DOI : 10.1038 / 246096a0. ISSN   0028-0836. PMID   4585855.
  19. ^ Чен, И-Хан; Сюй, Ши-Цзе; Бендахоу, Саид; Ван, Сяо-Лян; Ван, Инь; Сюй Вэнь-Юань; Цзинь, Хун-Вэй; Сунь, Хао; Су, Сяо-Янь; Чжуан, Ци-Нань; Ян, И-Цин (10 января 2003 г.). «Мутация увеличения функции KCNQ1 при семейной фибрилляции предсердий». Наука (Нью-Йорк, Нью-Йорк). 299 (5604): 251–254. DOI : 10.1126 / science.1077771. ISSN   1095-9203. PMID   12522251.
  20. ^ Чо, Джуди Х.; Брант, Стивен Р. (2011). «Недавние исследования генетики воспалительного заболевания кишечника». Гастроэнтерология. 140 (6): 1704–1712. DOI : 10,1053 / j.gastro.2011.02.046. ISSN   0016-5085. PMC   4947143. PMID   21530736.
  21. ^ Колата, Г. (2010). Обнаружено, что реанимированная «мусорная» ДНК вызывает заболевание. Нью Йорк Таймс. Доступно по адресу: http: //www.nytimes. com / 2010/08/20 / science / 20gene
Последняя правка сделана 2023-03-29 12:26:35
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте