Məlumat

14.2: Ökaryotik Mənşə - Biologiya

14.2: Ökaryotik Mənşə - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Fosil qeydləri və genetik sübutlar prokaryotik hüceyrələrin Yer üzündə ilk orqanizmlər olduğunu göstərir. Bu hüceyrələr, təxminən 3,5 milyard il əvvəl, Yerin meydana gəlməsindən təxminən 1 milyard il sonra meydana gəlmişdi və təxminən 2.1 milyard il əvvəl eukaryotik hüceyrələr ortaya çıxana qədər planetdəki yeganə canlı formaları idi. Prokaryotik hökmranlıq dövründə, karbon qazından və bir elektron mənbəyindən (hidrogen, hidrogen sulfid və ya su kimi) üzvi materialları (karbohidratlar kimi) sintez etmək üçün günəş işığının enerjisini tətbiq edə bilən fotosintetik prokaryotlar inkişaf etdi.

Suyu elektron donoru olaraq istifadə edən fotosintez, karbon qazını istehlak edir və molekulyar oksigeni (O2) yan məhsul kimi. Milyonlarla il ərzində fotosintetik bakteriyaların işləməsi Yerin suyunu tədricən oksigenlə doyurdu və daha sonra daha çox karbon qazı və daha aşağı oksigen konsentrasiyası olan atmosferi oksigenlə doyurdu. Dövrün köhnə anaerobik prokaryotları yeni aerobik mühitlərində işləyə bilməzdi. Bəzi növlər məhv oldu, digərləri Yerdə qalan anaerob mühitlərdə sağ qaldı. Hələ digər erkən prokaryotlar, aerobik tənəffüs kimi, orqanik molekullarda olan enerjini saxlamaq üçün oksigen istifadə edərək oksigenli atmosferi istismar etmək üçün mexanizmlər inkişaf etdirdilər. Aerobik tənəffüs, bu növlərin müvəffəqiyyətinə kömək edən üzvi molekullardan enerji almağın daha təsirli bir yoludur (bu gün Yer üzündə yaşayan aerob orqanizmlərin sayı və müxtəlifliyi bunu sübut edir). Aerob prokaryotların təkamülü ilk eukariotun təkamülü yolunda mühüm addım idi, lakin bir sıra digər fərqləndirici xüsusiyyətlər də təkamül etməli idi.

Endosimbioz

1960-cı illərdə Lynn Margulis tərəfindən inqilabi bir fərziyyə hərtərəfli araşdırılana qədər eukaryotik hüceyrələrin mənşəyi əsasən sirr idi. Endosimbiotik nəzəriyyə, ökaryotların bir -birinin içərisində yaşayan, digərinin içərisində yaşayan və ayrı -ayrı hüceyrələr artıq tanınmayana qədər birlikdə inkişaf edən bir prokaryotik hüceyrənin məhsulu olduğunu bildirir. Bir vaxtlar inqilabi fərziyyə dərhal inandırıcılığa malik idi və indi geniş şəkildə qəbul edilir, bu təkamül prosesində iştirak edən addımların, eləcə də əsas oyunçuların üzə çıxarılması üzərində iş gedir. Bir çox nüvə eukaryotik geninin və bu genlərin təkrarlanmasından və ifadə edilməsindən məsul olan molekulyar mexanizmlərin Arxea ilə yaxından əlaqəli olduğu aydın oldu. Digər tərəfdən, metabolik orqanoidlər və bir çox enerji toplama proseslərindən məsul olan genlər bakteriyalardan qaynaqlanır. Bu əlaqənin necə meydana gəldiyinə dair aydınlıq gətiriləcək çox şey var; bu biologiyada həyəcan verici bir kəşf sahəsi olaraq qalmağa davam edir. Bir çox endosimbiotik hadisə, ehtimal ki, eukaryotik hüceyrənin yaranmasına kömək etmişdir.

Mitoxondriya

Ökaryotik hüceyrələr, hüceyrənin enerji istehlak səviyyəsinə görə birdən bir neçə minə qədər mitokondriyə malik ola bilər. Hər bir mitokondriyanın uzunluğu 1 ilə 10 mikrometrə bərabərdir və hüceyrədə hərəkət edən, birləşən və bölünən uzunsov sferoid şəklində mövcuddur (Şəkil 13.2.1). Ancaq mitoxondriya hüceyrədən kənarda yaşaya bilməz. Atmosfer fotosintezlə oksigenlə dolduqca və müvəffəqiyyətli aerobik prokaryotlar inkişaf etdikcə, sübutlar göstərir ki, ata-baba bir hüceyrə sərbəst yaşayan aerobik prokaryotu yeyib sağ saxlayır. Bu, ev sahibi hüceyrəyə qida maddələrində yığılan enerjini buraxmaq üçün oksigendən istifadə etmək imkanı verdi. Bir neçə dəlil xətti mitoxondrilərin bu endosimbiotik hadisədən törədiyini təsdiqləyir. Mitokondriya, müəyyən bir bakteriya qrupuna bənzəyir və iki membranla əhatə olunmuşdur ki, bu da bir membrana bağlı orqanizmin başqa bir membrana bağlı orqanizm tərəfindən udulması ilə nəticələnəcəkdir. Mitokondriyal daxili membran, müəyyən bakteriyaların toxumalı xarici səthinə bənzəyən əhəmiyyətli bükülmələr və ya kristalları əhatə edir.

Mitokondriya, prokaryotlarda ikili parçalanmaya bənzəyən bir proseslə təkbaşına bölünür. Mitokondriyaların, bakteriyalar tərəfindən ifadə edilənlərə bənzər genləri daşıyan öz dairəvi DNT xromosomu var. Mitoxondrilərdə də prokaryotlarda bu komponentlərə bənzəyən xüsusi ribosomlar və transfer RNT-ləri var. Bütün bu xüsusiyyətlər mitoxondrilərin bir zamanlar sərbəst yaşayan prokaryotlar olduğunu təsdiqləyir.

Xloroplastlar

Xloroplastlar, nişasta, yağ, zülal və piqmentlərin saxlanmasında iştirak edən bitki hüceyrələrində əlaqəli orqanoidlər qrupu olan bir növ plastiddir. Xloroplastlarda yaşıl piqment xlorofil var və fotosintezdə rol oynayır. Genetik və morfoloji tədqiqatlar göstərir ki, plastidlər fotosintetik bir siyanobakteriyanı əhatə edən ata -baba hüceyrəsinin endosimbiyozundan əmələ gəlir. Plastidlər, ölçü və forma baxımından siyanobakteriyalara bənzəyir və siyanobakteriyaların daxili və xarici membranlarına uyğun gələn iki və ya daha çox membranla əhatə olunur. Mitoxondriya kimi, plastidlər də dairəvi genomları ehtiva edir və prokaryotik hüceyrə bölünməsini xatırladan bir proseslə bölünürlər. Qırmızı və yaşıl yosunların xloroplastları fotosintetik siyanobakteriyalarla yaxından əlaqəli olan DNT ardıcıllığını nümayiş etdirir və bu, qırmızı və yaşıl yosunların bu endosimbiotik hadisənin birbaşa nəsilləri olduğunu göstərir.

Mitoxondriya, ehtimal ki, plastidlərdən əvvəl təkamül etmişdir, çünki bütün eukariotlarda ya funksional mitoxondriya, ya da mitoxondriyaya bənzər orqanoidlər vardır. Bunun əksinə olaraq, plastidlər yalnız yerüstü bitkilər və yosunlar kimi eukariotların alt çoxluğunda olur. İlk eukaryota gedən təkamül addımlarının bir hipotezi Şəkil 13.2.2 -də ümumiləşdirilmişdir.

İlk ökaryotik hüceyrəyə aparan dəqiq addımlar yalnız fərziyyə edilə bilər və əslində hansı hadisələrin və hansı ardıcıllıqla meydana gəldiyinə dair bəzi mübahisələr mövcuddur. Spirochete bakteriyalarının mikrotübüllərin meydana gəlməsinə səbəb olduğu hipotez edildi və bayraqlı bir prokaryot, ökaryotik flagella və siliya üçün xammala köməkçi ola bilər. Digər elm adamları mitoxondriya və plastidlərin inkişafına endosimbiotik hadisələrin deyil, membranın proliferasiyası və kompartmentallaşmasının səbəb olduğunu irəli sürürlər. Bununla birlikdə, tədqiqatların böyük əksəriyyəti eukaryotik təkamülün endosimbiotik hipotezini dəstəkləyir.

Erkən eukariotlar indiki əksər protistlər kimi birhüceyrəli idilər, lakin eukariotlar daha mürəkkəbləşdikcə çoxhüceyrəliliyin təkamülü hüceyrələrin hələ də xüsusi funksiyalar nümayiş etdirərək kiçik qalmasına imkan verdi. Bugünkü çoxhüceyrəli eukariotların əcdadlarının təxminən 1,5 milyard il əvvəl təkamül etdiyi güman edilir.

Bölmə Xülasəsi

İlk eukaryotlar, membranların yayılması, hüceyrə divarının itirilməsi, sitoskeletin təkamülü, orqanellərin əldə edilməsi və təkamülü ilə əlaqəli bir proses nəticəsində ata -baba prokaryotlarından əmələ gəlmişdir. Nüvə eukaryotik genlərinin Arxeya mənşəli olduğu görünür, eukaryotik hüceyrələrin enerji mexanizmi isə bakteriya mənşəlidir. Mitokondriya və plastidlər, əcdad hüceyrələrinin aerobik bir bakteriya (mitokondriya vəziyyətində) və fotosintetik bir bakteriya (xloroplastlar halında) udması nəticəsində endosimbiotik hadisələrdən əmələ gəlmişdir. Mitokondriyanın təkamülü, ehtimal ki, xloroplastların təkamülündən əvvəl baş vermişdir. Əvvəlki endosimbiotik hadisədən sonra plastidlərin endosimbiozun nəticəsi kimi göründüyü ikincil endosimbiyotik hadisələrə dair sübutlar var.

Çoxlu seçim

Eukariotların təkamülünə hansı hadisənin töhfə verdiyi güman edilir?

A. qlobal istiləşmə
B. buzlaşma
C. vulkanik fəaliyyət
D. atmosferin oksigenləşməsi

D

Mitokondriya çox güman ki, _____________ -dən inkişaf etmişdir.

A. fotosintetik bir siyanobakteriya
B. sitoskeletal elementlər
C. aerob bakteriyalar
D. membran proliferasiyası

C

Pulsuz Cavab

Eukariot hüceyrələrinin mənşəyindəki fərziyyə mərhələlərini təsvir edin.

Eukariot hüceyrələri endosimbiotik hadisələr nəticəsində yaranmışdır ki, bu da eukaryotik hüceyrələrdə mitoxondriya və plastidlər kimi enerji istehsal edən orqanoidlərə səbəb olmuşdur. Ökaryotların nüvə genomu ən çox Archaea ilə əlaqəlidir, buna görə də mitokondriyaya çevrilən bir bakteriya hüceyrəsini bürüyən erkən bir arxeey ola bilər. Mitokondriya bir alfa-proteobakteriyadan, xloroplastlar isə bir siyanobakteriyadan əmələ gəlir. İkinci dərəcəli endosimbiotik hadisələrin də sübutu var. Digər hüceyrə komponentləri endosimbiotik hadisələrin nəticəsi ola bilər.

Lüğət

endosimbioz
bir hüceyrənin digər hüceyrə tərəfindən qucaqlanması, udulmuş hüceyrənin sağ qalması və hər iki hüceyrənin faydalanması; eukariotlarda mitoxondrilərin və xloroplastların təkamülündən məsul olan proses

Ökaryot mənşəli endosimbiotik nəzəriyyələr

100 ildən çoxdur ki, endosimbiotik nəzəriyyələr prokaryotik və ökaryotik hüceyrələr arasındakı fərqlər haqqında düşüncələrdə meydana gəlmişdir. Eukaryotların və onların mitokondriyalarının mənşəyini izah etmək üçün ədəbiyyatda endosimbiotik nəzəriyyənin 20 -dən çox fərqli versiyası təqdim edilmişdir. Bu modellərin çox az hissəsi eukaryotik anaeroblara aiddir. Prokaryotik hüceyrə təşkilatının hüceyrə tarixində təkamül yeniliyinə qoyduğu enerjinin rolu və enerjili məhdudiyyətlər son zamanlarda endosimbiotik nəzəriyyəni üzərinə götürdü. Yalnız mitokondriyaya malik olan hüceyrələr, ökaryotik hüceyrə kompleksliyinə çatmaq üçün bioenergetik vasitələrə malik idilər, bu səbəbdən prokaryotdan eukaryota keçiddə əsl vasitəçilər yoxdur. Endosimbiotik nəzəriyyənin hazırkı versiyalarında ev sahibinin eukaryot deyil, arxeon (arxebakterium) olduğu deyilir. Beləliklə arxeanın təkamül tarixi və biologiyası getdikcə daha çox ökaryotik mənşəyə söykənir. Burada, eukaryotların və mitokondriyaların mənşəyinə və ökaryotik nüvənin mənşəyinə dair endosimbiotik nəzəriyyələrin bir araşdırmasını tərtib etdik, hər birinin əsaslarını ümumiləşdirərək bəzi proqnozlarını müşahidələrlə ziddiyyət təşkil etdik. Ökaryot təkamülündə endosimbiyozun yeni bir aspekti bu mülahizələrdən irəli gəlir: plastidlərin mənşəyinin sahibi fakültativ anaerob idi.

Açar sözlər: anaeroblar endosymbiosis eukaryotes mitochondria nucleus plastids.

Rəqəmlər

Mənşəyini izah edən modellər…

Ökaryotlarda nüvənin mənşəyini izah edən modellər. ( ao...

Mənşəyini təsvir edən modellər…

Eukaryotlarda mitokondrilərin və/və ya xloroplastların mənşəyini izah edən modellər. ( a –…

Prokaryotik mitokondrial mənşəli…

Mitokondrial mənşəli bir prokaryotik ev sahibi. ( ah ) İllüstrasiyalar...

Anaerobların təkamülü və…

Anaerobların və plastidin təkamülü. ( ad ) Şaxələndirmə…


Eukaryotik mənşəli

Fosil qeydləri və genetik sübutlar prokaryotik hüceyrələrin yer üzündəki ilk orqanizmlər olduğunu göstərir. Bu hüceyrələr, təxminən 3,5 milyard il əvvəl, Yerin meydana gəlməsindən təxminən 1 milyard il sonra meydana gəlmişdi və təxminən 2.1 milyard il əvvəl eukaryotik hüceyrələr ortaya çıxana qədər planetdəki yeganə canlı formaları idi. Prokaryotik hökmranlıq dövründə, karbon qazından və bir elektron mənbəyindən (hidrogen, hidrogen sulfid və ya su kimi) üzvi materialları (karbohidratlar kimi) sintez etmək üçün günəş işığının enerjisini tətbiq edə bilən fotosintetik prokaryotlar inkişaf etdi.

Suyu elektron donoru olaraq istifadə edən fotosintez, karbon qazını istehlak edir və molekulyar oksigeni (O2) yan məhsul kimi. Milyonlarla il ərzində fotosintetik bakteriyaların işləməsi Yerin suyunu tədricən oksigenlə doyurdu və daha sonra daha çox karbon qazı və daha aşağı oksigen konsentrasiyası olan atmosferi oksigenlə doyurdu. Eranın köhnə anaerob prokaryotları yeni aerob mühitlərində fəaliyyət göstərə bilmədilər. Bəzi növlər tələf oldu, digərləri isə Yerdə qalan anaerob mühitlərdə sağ qaldı. Hələ digər erkən prokaryotlar, üzvi molekulların içərisində olan enerjini saxlamaq üçün oksigendən istifadə edərək oksigenlə zəngin atmosferdən istifadə etmək üçün aerob tənəffüs kimi mexanizmlər inkişaf etdirdilər. Aerobik tənəffüs, bu növlərin müvəffəqiyyətinə kömək edən üzvi molekullardan enerji almağın daha təsirli bir yoludur (bu gün Yer üzündə yaşayan aerob orqanizmlərin sayı və müxtəlifliyi bunu sübut edir). Aerobik prokaryotların təkamülü ilk eukaryotun təkamülü yolunda atılan əhəmiyyətli bir addım idi, lakin bir sıra digər fərqləndirici xüsusiyyətlərin də inkişaf etməsi lazım idi.

Endosimbioz

Ökaryotik hüceyrələrin mənşəyi, 1960 -cı illərdə Lynn Margulis tərəfindən inqilabi bir fərziyyə hərtərəfli araşdırılana qədər böyük bir sirr idi. The endosimbiotik nəzəriyyə ökaryotların, digərini qucaqlayan, biri digərində yaşayan və ayrı hüceyrələr artıq tanınmayana qədər zaman keçdikcə birlikdə inkişaf edən bir prokaryotik hüceyrənin məhsulu olduğunu bildirir. Bir zamanlar inqilabçı olan bu fərziyyə dərhal inandırıcı idi və hazırda bu təkamül prosesində iştirak edən addımların və əsas oyunçuların ortaya çıxarılması üzərində iş gedir. Bir çox nüvə eukaryotik geninin və bu genlərin təkrarlanmasından və ifadə edilməsindən məsul olan molekulyar mexanizmlərin Arxea ilə yaxından əlaqəli olduğu aydın oldu. Digər tərəfdən, metabolik orqanoidlərin və bir çox enerji yığma prosesindən məsul olan genlərin mənşəyi bakteriyalardan idi. Bu əlaqənin necə meydana gəldiyinə dair hələ çox şey aydınlaşdırılmalıdır, bu, biologiyada maraqlı bir kəşf sahəsi olaraq qalır. Bir neçə endosimbiotik hadisə, ehtimal ki, eukaryotik hüceyrənin mənşəyinə kömək etmişdir.

Mitoxondriya

Ökaryotik hüceyrələr, hüceyrənin enerji istehlak səviyyəsinə görə birdən bir neçə minə qədər mitokondriyə malik ola bilər. Hər bir mitoxondrinin uzunluğu 1-10 mikrometrdir və hüceyrədə hərəkət edən, birləşən və bölünən uzunsov sferoid şəklində mövcuddur ([link]). Ancaq mitoxondriya hüceyrədən kənarda yaşaya bilməz. Atmosfer fotosintezlə oksigenlə dolduqca və müvəffəqiyyətli aerobik prokaryotlar inkişaf etdikcə, sübutlar göstərir ki, ata-baba bir hüceyrə sərbəst yaşayan aerobik prokaryotu yeyib sağ saxlayır. Bu, ev sahibi hüceyrəyə qida maddələrində saxlanılan enerjini sərbəst buraxmaq üçün oksigen istifadə etmək imkanı verdi. Bir neçə dəlil xətti mitoxondrilərin bu endosimbiotik hadisədən törədiyini təsdiqləyir. Mitoxondriyaların əksəriyyəti müəyyən bir bakteriya qrupu kimi formalaşır və iki membranla əhatə olunur. Mitoxondrial daxili membran müəyyən bakteriyaların toxumalı xarici səthinə bənzəyən əhəmiyyətli infoldings və ya cristae ehtiva edir.

Mitoxondriya prokaryotlarda ikili parçalanmaya bənzəyən bir proseslə öz-özünə bölünür. Mitoxondriyanın öz dairəvi DNT xromosomu var ki, bu da bakteriyaların ifadə etdiyi genlərə oxşar genləri daşıyır. Mitoxondrilərdə də prokaryotlarda bu komponentlərə bənzəyən xüsusi ribosomlar və transfer RNT-ləri var. Bütün bu xüsusiyyətlər mitoxondrilərin bir zamanlar sərbəst yaşayan prokaryotlar olduğunu təsdiqləyir.

Xloroplastlar

Xloroplastlar bir növdür plastidnişasta, yağ, zülal və piqmentlərin saxlanmasında iştirak edən bitki hüceyrələrində əlaqəli orqanoidlər qrupu. Xloroplastlarda yaşıl piqment xlorofil var və fotosintezdə rol oynayır. Genetik və morfoloji tədqiqatlar göstərir ki, plastidlər fotosintetik bir siyanobakteriyanı əhatə edən ata -baba hüceyrəsinin endosimbiyozundan əmələ gəlir. Plastidlər, ölçü və forma baxımından siyanobakteriyalara bənzəyir və siyanobakteriyaların daxili və xarici membranlarına uyğun gələn iki və ya daha çox membranla əhatə olunur. Mitoxondriya kimi, plastidlər də dairəvi genomları ehtiva edir və prokaryotik hüceyrə bölünməsini xatırladan bir proseslə bölünürlər. Qırmızı və yaşıl yosunların xloroplastları, qırmızı və yaşıl yosunların bu endosimbiotik hadisənin birbaşa törəmələri olduğunu irəli sürərək fotosintetik siyanobakteriyalarla yaxından əlaqəli DNT ardıcıllığı nümayiş etdirir.

Mitoxondriya, ehtimal ki, plastidlərdən əvvəl təkamül etmişdir, çünki bütün eukariotlarda ya funksional mitoxondriya, ya da mitoxondriyaya bənzər orqanoidlər vardır. Bunun əksinə olaraq, plastidlər yalnız yerüstü bitkilər və yosunlar kimi eukaryotların bir hissəsində olur. İlk eukaryota gedən təkamül addımlarının bir hipotezi [link] də ümumiləşdirilmişdir.

İlk ökaryotik hüceyrəyə aparan dəqiq addımlar yalnız fərziyyə edilə bilər və əslində hansı hadisələrin və hansı ardıcıllıqla meydana gəldiyinə dair bəzi mübahisələr mövcuddur. Spirochete bakteriyalarının mikrotübüllərin meydana gəlməsinə səbəb olduğu hipotez edildi və bayraqlı bir prokaryot, ökaryotik flagella və siliya üçün xammala köməkçi ola bilər. Digər elm adamları, endosimbiyotik hadisələrin deyil, membranların yayılması və bölünməsinin mitokondriya və plastidlərin inkişafına səbəb olduğunu irəli sürürlər. Bununla birlikdə, tədqiqatların böyük əksəriyyəti eukaryotik təkamülün endosimbiotik hipotezini dəstəkləyir.

Erkən eukaryotlar bu gün əksər protistlər kimi birhüceyrəli idi, lakin eukaryotlar daha mürəkkəbləşdikcə çoxhüceyrəli təkamül hüceyrələrin hələ də xüsusi funksiyalar nümayiş etdirərkən kiçik qalmasına imkan verdi. Bugünkü çoxhüceyrəli eukariotların əcdadlarının təxminən 1,5 milyard il əvvəl təkamül etdiyi güman edilir.

Bölmə Xülasəsi

İlk eukaryotlar, membranların yayılması, hüceyrə divarının itirilməsi, sitoskeletin təkamülü, orqanellərin əldə edilməsi və təkamülü ilə əlaqəli bir proses nəticəsində ata -baba prokaryotlarından əmələ gəlmişdir. Nüvə eukaryotik genlərin arxeeya mənşəli olduğu, eukaryotik hüceyrələrin enerji maşınlarının isə bakteriya mənşəli olduğu görünür. Mitokondriya və plastidlər, əcdad hüceyrələrinin aerobik bir bakteriya (mitokondriya vəziyyətində) və fotosintetik bir bakteriya (xloroplastlar halında) udması nəticəsində endosimbiotik hadisələrdən əmələ gəlmişdir. Mitokondriyanın təkamülü, ehtimal ki, xloroplastların təkamülündən əvvəl baş vermişdir. Əvvəlki endosimbiotik hadisədən sonra plastidlərin endosimbiozun nəticəsi kimi göründüyü ikincil endosimbiyotik hadisələrə dair sübutlar var.

Çoxlu seçim

Eukariotların təkamülünə hansı hadisənin töhfə verdiyi güman edilir?


Giriş seçimləri

1 il ərzində tam jurnal girişi əldə edin

Bütün qiymətlər NET qiymətləridir.
ƏDV sonradan hesaba əlavə olunacaq.
Vergi hesablanması ödəniş zamanı yekunlaşacaq.

ReadCube-da vaxt məhdud və ya tam məqaləyə giriş əldə edin.

Bütün qiymətlər NET qiymətləridir.


Ökaryotik mənşəylə bağlı fikirlərin dəyişdirilməsi

Ökaryotik hüceyrələrin mənşəyi biologiyada ən maraqlı problemlərdən biridir və onilliklər ərzində mübahisə və müzakirələrə səbəb olmuşdur. Son işlər, ökaryotik mənşəyi anlamaqda böyük çaxnaşmalara səbəb oldu və həyat ağacı boyunca endosimbiozun rolu və gen axını haqqında yeni mübahisələrə səbəb oldu.Təkmilləşdirilmiş filogenetik analiz üsulları, mitoxondrial endosimbiont üçün ev sahibi hüceyrənin Arxeyanın üzvü olduğu ssenariləri dəstəkləyir və ətraf mühitin prokaryotlarının genomlarının nümunələrinin götürülməsi üçün yeni texnologiyalar tədqiqatçılara simbiotik partnyorların daha yaxın qohumları ilə tanış olmağa imkan verir. Filogenetik ağacların genomik məlumatlardan çıxarması və təfsiri bu mübahisələrin bir çoxunun mərkəzində qalır və eukaryotların digər hüceyrələrlə əlaqəsini və ya evrenselin kökünü izah etməklə yanaşı, qeyri -adekvat metodlardan istifadə edərək tikilmiş ağacların yanıltıcı ola biləcəyini qəbul etmək getdikcə artmaqdadır. ağac Yeni statistik yanaşmalar bu suallara cavab verəcəyini vəd edir, lakin öz hesablama çətinlikləri ilə gəlir. Bu mövzudakı məqalələr eukaryotik hüceyrələrin və genomların mənşəyi ilə bağlı son irəliləyişləri müzakirə edir, davam edən bəzi mübahisələri vurğulayır və gələcək tərəqqinin mümkün yollarını təklif edir.

1. Daha əvvəl nə düşünürdük?

Köklü "üç sahə" ağacında [1], ökaryotik nüvə soyu, arxea ilə əlaqəli dərin bir budaqlı qardaş qrupudur və eukaryotların o prokaryotlar qrupu qədər köhnə olduğunu göstərir (şəkil 1). Üç domen ağacında eukaryotların əsasında olan növlər parazitlər kimidir Giardia və mitoxondrial endosimbiozdan əvvəl digər eukariotlardan ayrılan nəsillərdən (çox vaxt Arxezoanlar adlanır—[2]) törəmə fərziyyəsi ilə razılaşaraq klassik mitoxondriləri olmayan Microsporidia. Üç sahə ağacında, eukaryotlar - nüvəsi olan hüceyrələr mitokondrial endosimbiyozdan əvvəl mövcud idi. Filogeniya ilə hüceyrə biologiyası arasındakı anlaşma, erkən təkamülün bu versiyasını cəlbedici etdi. Beləliklə, o zamanlar bir-biri ilə rəqabət aparan fərziyyələr [3-7] dövriyyədə olsa da və eukaryotik genomlardakı bir çox genin üç domen ağacı ilə ziddiyyət təşkil etdiyi məlum olsa da [8,9], standart dərsliklərdə və əsərlərdə ortaya çıxan hipotezlərdir. populyar elmin. Ağac diaqramı 'Növlərin Mənşəyi' ndə tək rəqəmdir [10, s. 160–161] və buna görə də Darvinin klassikasının yenilənmiş populyar elmi versiyasında [11] tək bir rəqəmin olması təbii idi. Seçilmiş ağac, Arxeya və eukaryotları ayrı-ayrı qruplar kimi təsvir edən və eukariotların əsasında aydın şəkildə işarələnmiş arxezoyalılar olan üç domen ağacının köksüz versiyası idi.

Şəkil 1. Ökaryotların mənşəyi ilə bağlı rəqabətli hipotezlər. (a) Dərslikdəki 'üç sahə' ağacında, eukaryotlar və arxeylər, hər soyu digərindən daha qədim olan monofil qardaş qruplardır. (b) Təkmilləşdirilmiş filogenetik metodlar və taksonomik seçmə ilə dəstəklənən 'iki sahə' görünüşü. Bu ssenaridə Bakteriyalar və Arxeya iki əsas hüceyrə nəslini təşkil edir və eukaryotlar onların arasında simbiozda əmələ gəlir. §5 -də müzakirə edildiyi kimi, bu kök mövqeyinin əsaslandığı təhlillər ehtiyatla şərh edilməsinə baxmayaraq, hər iki ağacın da Bakteriyalara aparan budaqda kök saldığı göstərilir.

Bu mövzudakı məqalələr eukaryotik təkamülə dair bu baxışın son bir neçə ildə necə köklü şəkildə dəyişdiyini təsvir edir və müzakirə edir və davam edən əsas mübahisələri və problemləri müəyyən edir. İştirakçılar bəzən bu məsələlərlə bağlı çox fərqli perspektivlər təklif edirlər, ona görə də prinsipial fikir ayrılığı və konsensus var. Qismən, bu, yalnız sürətli və həyəcan verici irəliləyişi deyil, həm də qeyri -kamil metodlardan istifadə edərək az miqdarda natamam məlumatlardan qədim hadisələri çıxarmağın özünəməxsus çətinliyini və verilən sualların həvəsini və miqyasını əks etdirir. Düşüncədə ən nəzərə çarpan dəyişikliklərdən bəziləri mitoxondrial endosimbion üçün ev sahibinin təbiəti və keçmiş arxezoanlar da daxil olmaqla, eukaryotlar arasında mitoxondriya ilə əlaqəli orqanoidlərin hər yerdə olduğunun tanınması ilə bağlıdır. Bu dəyişikliklər mitoxondrial ev sahibinin artıq eukariot olması ilə bağlı əsas dəlil silsiləsini aradan qaldırdı və öz növbəsində, eukaryotik nəslin əsasını qoyarkən mitoxondrial endosimbiozun ev sahibi arxeonun olması ilə bağlı fərziyyələrin daha ciddi nəzərdən keçirilməsinə səbəb oldu. . Eukaryotik genomun təkamülündə mitoxondrial endosimbionun rolu, hidrogenosomlar və mitosomlar da daxil olmaqla müasir mitoxondrial homoloqların təkamülü və müxtəlifliyi ilə bağlı müzakirələr indi əsas araşdırma mövzusudur. Ökaryotik təkamüldəki genlərin mənşəyi və endosimbiotik olmayan lateral gen köçürmələrinin miqyası hələ də mübahisəlidir, lakin eukaryotların Arkea və Bakteriyalara böyük bir genomik borcu olduğu, eyni zamanda daha əvvəl qiymətləndirilməmiş bir gen ixtirası istedadına sahib olduğu aydındır. və yenilik. Virusların ökaryotik mənşəyində və təkamülündə rol oynayıb-oynamadığı, son dərəcə gözlənilmədən böyük və genlə zəngin DNT viruslarının kəşfləri ilə qızışdırılır.

Mikrob ekoloqları çoxdan bilirlər ki, mədəni və tədqiq edilmiş mikroblar mövcud birhüceyrəli həyatın yalnız kiçik bir hissəsini təşkil edir, buna görə də hüceyrə təkamülü haqqında anlayışımızın təbii mikrob müxtəlifliyinin natamam və qərəzli nümunələri ilə məhdudlaşdığını gözləmək lazımdır. Yeni metagenomik və tək hüceyrəli genom sekanslama üsulları, mikrobiyal həyatın indiyə qədər öyrənilməmiş əksəriyyətini nümunə götürmək üçün böyük vədlər verir. Bu mövzuda müzakirə edildiyi kimi, bu üsullar, hələ nümunə götürülməmişdən daha çox ökaryotlarla daha yaxından əlaqəli olan və daha əvvəl ökaryotik hüceyrələrin biologiyasının vacib aspektlərini təyin etdiyi düşünülmüş genləri paylaşan yeni arxaeal soyları müəyyən etmişdir. Çox vaxt həddən artıq sadə statistik modellər və qısa ardıcıllıqlardan istifadə etməklə edilən dərin eukaryotik əlaqələri və ya gen mənşəyini təxmin etmək üçün ağacların düzgünlüyünə dair narahatlıqlar bir sıra töhfəçilərimizi tutur. Model və məlumat arasındakı uyğunluğu nəzərə almaq və zəif modellərin ümumiyyətlə yoxsul ağaclar yaradacağını qəbul etmək ehtiyacı tez-tez təkrarlanan və vacib xəbərdarlıq mesajıdır. Müxtəlif növ ağaclar və şəbəkələr, eukaryotik təkamülü araşdırmaq və şaquli və üfüqi enişi ayırmaq məqsədi daşıyan tədqiqatlarda böyük rol oynamağa davam edəcək, lakin mövcud üsullar problemlərlə doludur və müstəqil sübut xətləri arasında uyğunluq axtarışı həmişə vacib olacaqdır.

2. Mitokondrial endosymbiont üçün yeni bir ev sahibi

Üç domen ağacı eukariotları və Arxeyanı ayrı-ayrı qruplar kimi təsvir edir və mitoxondrial endosimbion üçün ev sahibi kimi tam formalaşmış eukaryotik hüceyrəyə malikdir [1]. Bununla birlikdə, bəzi analizlər üç sahə ağacını bərpa edərkən, eyni məlumatların digər analizləri ([12] də nəzərdən keçirilmişdir), lakin daha yaxşı üsullardan istifadə etməklə 'eosit ağacı' [3] adlı başqa bir hipotezi dəstəkləyirdi. "Eosit ağacı" nda eukaryotlar Archaea içərisindən qaynaqlanan növlərin qardaş qrupu olaraq əmələ gəlir. Sulfolobus— hansı Ceyms Gölü [13] Eocyta və ya ‘sübh hüceyrələri’ [3] adlı ayrıca bir krallıq daxilində təsnif etdi və hansı Woese və s. sonradan Crenarchaeota adlandırıldı [1]. Təkamül modelləri və ekoloji Arxeadan daha geniş nümunə götürülməsi ilə son illərdə eosit ağacı dəstəyi toplanmağa davam etdi [12,14,15]. Beləliklə, daha yaxşı uyğun gələn modellərdən istifadə edərək universal əsas genlərin təhlili eukariotları Arxeyanın müxtəlifliyinə yerləşdirir, Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Crenarchaeota və Korarchaeota nəsillərini ehtiva edən 'TACK' superfilum adlı qrupla budaqlanır [16-19]. Eositlər əvvəlcə filogenetik olaraq eukaryotların bacı qrupu [3] kimi müəyyən edildiyi üçün bu yeni ağaclar eosit fərziyyəsinə uyğundur. Xüsusi buraxılışımız Ceyms Leyk tərəfindən [13] eosit fərziyyəsinin genezisi və inkişafını və digər əsas töhfələrini, o cümlədən eukaryotik təkamülün əsas hərəkətvericiləri kimi böyük gen axınlarını işə salan yüksək orijinal “həyat halqası” hipotezini təsvir edən şəxsi perspektivi ilə açılır. Bu 'həyat üzüyü' də McInerney -in məqaləsinin diqqət mərkəzindədir və s. [20], eukaryotik mənşələrdən danışan müxtəlif məlumat növlərini izah etməyin ən yaxşı dəstəklənən və ən ümumi hipotez olduğunu müdafiə edənlər.

Arxeya daxilində eukaryotik nüvə nəslinin mənşəyini yerləşdirən ağaclar doğrudursa, genlər və zülallar səviyyəsində eukariotlara daha çox bənzəyən yeni növlərin tapılmasını gözləməliyik. Eugene Koonin [21] bu fərziyyəyə uyğun gələn son məlumatları müzakirə edir və arxeal genom təkamülünün başa düşülməsinin erkən eukaryotik təkamülü başa düşmək üçün necə vacib olduğunu nümayiş etdirir. Son filogenomik analizlərin proqnozlarına uyğun olaraq, əsas eukaryotik komponentlərin prokaryotik homologları, o cümlədən sitoskeleton və ubikuitin vasitəsi ilə zülalların parçalanması ilə əlaqəli genlər TACK Archaea arasında tapılmışdır. Lakin Koonin [21], hüceyrə bölünməsi, membranın yenidən qurulması və RNA müdaxilə maşınlarının komponentləri də daxil olmaqla, digər imza eukaryotik genlərin homologlarının, Arxeyanın ardıcıl müxtəlifliyi boyunca yamaqlı bir dağılıma malik olduğunu göstərir və bu, kompleks gen itkisi və potensial arxaeal təkamül boyunca üfüqi köçürmə. §1 -də qeyd edildiyi kimi, təbii mikrob müxtəlifliyinin məhdud və potensial qərəzli nümunələri, erkən təkamül haqqında fikirlərimizi məhdudlaşdıra bilər. Genomların azlığı Arxeya üçün xüsusilə kəskindir, çünki bu sahənin tədqiqi ənənəvi olaraq Bakteriyalar və eukariotlardan geri qalır. Bu vəziyyət, təkhüceyrəli və metagenomik yanaşmalardakı irəliləyişlər səbəbindən sürətlə dəyişir ki, bu da indi mədəniləşdirilməmiş mikrobların genomlarının birbaşa ətraf mühitdən ardıcıllığını təmin edir [22]. Bu günə qədər ən möhtəşəm tapıntı, indiyə qədər aşkar edilmiş eukaryotların ən yaxın qohumlarını ehtiva edən arxaeal bir soy olan Lokiarchaeota'dır [23,24]. Eukariotlarla bacı qrup əlaqəsinə uyğun olaraq, Lokiarchaeota hələ təsvir edilən hər hansı digər Arxeyaya nisbətən daha çox eukaryotik imza genlərinə malikdir [23]. gördüm və b. [25] genomunu ardıcıllaşdırmaq və yığmaq üçün istifadə etdikləri üsulları təsvir edir Lokiarchaeum və TACK qrupunun digər mədəniyyətsiz üzvləri və Lokiarchaeota gen repertuarlarının sitoskeleton, membranın yenidən qurulması və faqositoz kimi əsas eukaryotik xüsusiyyətlərin mənşəyinə təsiri. Bu son əlamətin mitoxondrial endosimbionu əldə edən əcdad ana hüceyrəsinin əsas qabiliyyəti olduğu tez-tez mübahisə edilir [26]. Ökaryogenez nəzəriyyələri üçün maraqlı olan ESCRT maşınları - eukaryotlarda, eləcə də Lokiarchaeota və digər TACK Archaea -da tapıldı - mitozdan sonra nüvə zərfinin yenidən qurulmasını tənzimlədiyi göstərildi [27].

3. Endosimbiyoz, mitokondrial homologlar və ökaryotik genomlardakı bakteriya genlərinin mənşəyi

Archezoa fərziyyəsinin rədd edilməsi və parazitlərdə və anaeroblarda əvvəllər onların primitiv olaraq olmadığı düşünülən mitoxondrial homoloqların aşkar edilməsi [28], mitoxondrial endosimbiozun eukaryotik təkamüldə əcdad hadisəsi olduğunu irəli sürən fikirlərə marağı artırdı. Eukaryotik genomlardakı bakteriya genlərinin bəzilərinin, bəlkə də bir çoxunun mənbəyi olaraq mitokondriyal endosymbionta da diqqət yetirmişdir. Məsələmizin iki töhfəsi bu sualların bəzilərinə fərqli baxışlar təqdim edir. Martin və s. [29], eukaryotik mənşəli endosimbiotik hipotezlərin ətraflı və gözəl təsvir edilmiş bir müzakirəsini təqdim edir, avtotrof Arxeonun və mitokondriyal endosymbiontun iştirak edənlərin alternativ hipotezlərdən daha yaxşı cari məlumatlara uyğun olduğunu müdafiə edir. Pilləkənlər və b. [30], eukaryotik ağacın hər tərəfindən anaerob və parazitik protistlərdə kəşf edilmiş mitokondriyal homologlar - hidrogenozomlar və mitozomlar da daxil olmaqla, ortaq ataları paylaşan orqanellər arasında metabolik müxtəlifliyin mənşəyinə diqqət yetiririk. Endosymbiosis xaricində üfüqi gen köçürməsinin (HGT) bu müxtəlif metabolizmalar üçün əhəmiyyətli bir gen mənbəyi ola biləcəyini və HGT və ümumi ekologiyadan qaynaqlanan yaxınlaşmanın mitokondrial təkamülün təkrarlanan bir xüsusiyyəti olduğunu irəli sürürlər.

Bu mübahisələrin bəziləri, zəif dəstəklənən gen ağaclarından yamaqlı nümunələr götürməklə möhkəm nəticələr əldə etməkdəki çətinlikləri və əcdadların gen məzmunu və mitokondriyal endosymbiont genomunun özünün kimerik olduğu dərəcəsindəki fikir fərqlərini əks etdirir [31]. HGT müasir Bakteriyaların genom təkamülünü formalaşdıran güclü bir qüvvə kimi görünür və qədim Bakteriyaların fərqli olduğunu güman etmək üçün heç bir xüsusi səbəb yoxdur.

Üfüqi köçürmənin eukaryotik genomlara təsiri çox aktualdır, çünki eukaryotik genomlardakı genlərin yüksək nisbəti Bakteriyalardan qaynaqlanır [8,9,32-34]. Bəziləri bu genlərin çoxunun qədim endosimbionlardan [32], digərləri isə zaman keçdikcə müxtəlif donorlardan davamlı gen axınının tərəfdarı olduğunu irəli sürdülər [33]. Hər iki mənbə üçün yaxşı sübutlar var ([32,35-37]-də nəzərdən keçirilir), lakin onların nisbi əhəmiyyəti ilə bağlı fikir ayrılığı [38,39]. Katz [40], ökaryot HGT'ye namizəd prokaryotu təyin etmək üçün ökaryotik müxtəlifliyin son dərəcə geniş bir nümunəsi kontekstində gen varlığı və olmaması nümunələrinin analizini təqdim edir. Analizləri ökaryotlara mindən çox köçürməni müəyyən edir, lakin əksəriyyəti bir və ya bir -biri ilə sıx əlaqəli genomlarla məhdudlaşır. Bu, HGT -nin davam edən bir proses olduğuna dəlil olaraq şərh olunur, lakin ən çox təsbit edilən hadisələr son zamanlardadır və mitokondrial və plastid endosymbionts mənşəli genlər istisna olmaqla, nisbətən az köçürülmüş genlərin eukaryotik təkamülün ən erkən dövründən qaldığını sübut edir. Bu məlumatlar, HGT ilə digər genom təkamül prosesləri arasında, məsələn, pozitiv seçimlə saxlanılmadığı təqdirdə, ən yeni genetik materialın tez itirildiyi nöqtə mutasiyası, gen- və bütün genom duplikasiyası kimi maraqlı bir paralelliyi göstərir [41,42].

Üfüqi köçürmə ümumiyyətlə prokaryotlarda eukariotlara nisbətən daha tez-tez baş verir [35], lakin bir neçə birbaşa müqayisə aparılmışdır. Szöllősinin töhfəsi və s. [43] bu problemi həll edir. Müəlliflər, bol genom məlumatları olan ökaryotik və prokaryotik qrupların nümunələri olan göbələk və siyanobakteriyalarda gen köçürmə dinamikasının bir nümunə işini təqdim edirlər. Onların təhlili, hər iki qrupun təkamül tarixi boyunca transfer hadisələrini aşkar etmək və xəritələşdirmək üçün filogenetik profillərin və gen ağac növlərinin ağac uzlaşdırma metodlarından istifadə edir. Nəticələr göstərir ki, bu qruplarda gen köçürmə dərəcələri geniş şəkildə oxşardır və HGT-nin əhəmiyyəti və dinamikasının prokaryotlar və eukaryotlar arasında keyfiyyətcə oxşar ola biləcəyi fikrinə müəyyən dəstək verir. Bu nəticənin, ümumiyyətlə daha çox olduğu təsbit edilərsə, ata-baba endosymbioses ilə əlaqəli geniş miqyaslı qazanclara əlavə olaraq, müxtəlif mənbələrdən gələn ökaryotik genomlara davamlı bakteriya genlərinin axınını təklif edər.

4. Eukaryotik genomun daxildən təkamülü

Eukaryotik genomlar eukaryotik biologiyanın əsas aspektlərini dəstəkləyən eukariotlara xas genlərin əhəmiyyətli bir hissəsini - maya genomunun [44] son ​​analizlərinə görə 63%-ə qədərini kodlayır. Eukaryotik genlərin mənşəyi üçün ənənəvi modellər əvvəlcədən mövcud genlərin təkrarlanması və funksional fərqliliyini vurğulayırdı [45], lakin kodlaşdırmayan ardıcıllıqdan yeni genlərin de novo mənşəyinin də vacib olduğuna dair artan sübutlar var. McLysaght & amp Guerzoni [46] bu məlumatlara ümumi bir baxış təqdim edir və bəziləri funksional olaraq əhəmiyyətli olan və müsbət seçimə məruz qalan eukaryotik ağacdan maraqlı nümunələr təqdim edir. Müasir eukaryotlarda geniş yayılmış de novo geninin mənşəyinə dair sübutlar, ökaryotların mənşəyi əsnasında ortaya çıxan ökaryotik kök soyunda evkaryotlara xas genlərin təkamül edə biləcəyi inandırıcı bir mexanizm təqdim edir.

Prokaryotlarla müqayisədə eukaryotik genomların ən fərqli xüsusiyyətlərindən biri kodlaşdırmayan ardıcıllığın üstünlük təşkil etməsidir ki, bu da bir çox nəsillərdə kodlaşdıran DNT-nin miqdarını üstələyir və ya hətta cırtdan edir. Bu artıq materialın çoxu ehtimal eqoist və ya qeyri-funksional olsa da [47], kodlaşdırma elementlərinin kodlaşdırma ardıcıllığının ifadəsini tənzimləyərək eukaryotik fenotipik mürəkkəbliyə nə dərəcədə töhfə verəcəyi ilə bağlı yüksək profilli müzakirələr gedir [48-52]. Elliott & amp Gregory [53], eukaryotik genom müxtəlifliyinin ən böyük araşdırmasından bu günə qədər genom ölçüsü, kodlaşdırma qabiliyyəti, təkrarlanan məzmun və digər genomik parametrlər arasındakı əlaqələrə yeni fikirlər verərək bu müzakirəyə qatqı təmin edir. Onların məlumatları, prokaryotların gen baxımından zəngin olan genomları ilə bir çox eukaryotların böyük, çox təkrarlanan genomları arasındakı təəccüblü fərqləri vurğulayır. Bu fərqlər eukariotların mənşəyi ilə müşayiət olunan populyasiyanın genetik mühitində hüceyrə ölçüsünün artmasından (və populyasiya sıxlığının eyni vaxtda azalması) meiozun və cinsin təkamülünə qədər olan əsas dəyişikliklərdən yarana bilər. Ökaryotların və onların genomlarının mənşəyinə və təkamülünə genetik sürüşmə [54], mutasiya [55] və seleksiyanın [56,57] nisbi töhfələri, bəlkə də çox səviyyələrdə [58] maraqlı bir müzakirə sahəsi olaraq qalır və geniş müqayisəli Elliott & amp Gregory [53] tərəfindən təqdim olunan məlumatlar, aparıcı hipotezlərin proqnozlarının ziddiyyət təşkil etməsində əhəmiyyətli rol oynamağa davam edəcək.

5. Keçmişdən nəticə çıxarmaq üçün metodlarımız nə qədər yaxşıdır?

Bu cilddə müzakirə olunan irəliləyişlərin çoxu, hətta mədəniyyətsiz orqanizmlər üçün də bütün genomların və transkriptomların ardıcıllıqla sıralanması asanlaşması ilə asanlaşdırılmışdır. Prinsipcə, təmsilçi seçmənin əldə edilməsi artıq əsas maneə deyil, lakin məlumatların yaradılmasının artan sürəti onu təhlil etmək üçün lazım olan hesablama gücünü xeyli üstələyib. Bu, verilənlər bazası ölçüsü ilə model adekvatlığı arasında arzuolunmaz alış-verişlərin edildiyi bir vəziyyət yaratdı və bu, irəliləyişə mane olur. Təkamül prosesinin mürəkkəb olduğunu və zamanla və növlər arasında dəyişə biləcəyini qəbul edən daha yaxşı filogenetik modellər artıq mövcuddur, lakin onlar analiz müddətinin artması ilə gəlir və buna görə də çox sayda növ üçün istifadə edilə bilməz. Təkmilləşdirilmiş taksonomik seçmənin filogenetik rekonstruksiyaların düzgünlüyünə təsir etdiyi bilindiyindən [59], daha çox məlumatı idarə etmək üçün kompleks metodların miqyasının yaxşılaşdırılması çox arzuolunandır. Nicolas Lartillot [60] bu məsələlərin icmalını təqdim edir və bəzi görkəmli problemlərin potensial həll yollarını vurğulayır. Bayes yanaşmaları, genom məlumatlarına daha mürəkkəb və bioloji motivli modellərin uyğunlaşdırılması üçün təbii bir çərçivə yaradır, lakin Lartillot [60] gələcək tərəqqinin standart Markov Chain Monte Carlo (MCMC) alqoritmlərinin alternativlərinin hazırlanmasından asılı ola biləcəyini müdafiə edir.MCMC, Bayes filogenetikinin bu günə qədər qazandığı uğurların əsasını qoydu, lakin bu texnikanın indi 50 yaşı var və hətta hesablama gücündə davam edən irəliləyişlərlə belə, irimiqyaslı genom məlumat toplusunda yaxınlaşma əldə etmək üçün mübarizə apara bilər.

Ehtimal olunan super ağaclar [61], üfüqi köçürmə və ya daha çox filogenetik səhv mənbələri səbəbiylə ayrı -ayrı genlərin tarixləri arasında bəzi fikir ayrılığına imkan verərkən, ümumi bir növ ağacı çıxarmaq üçün bir sıra gen ağacları məlumatlarını sintez edir. Bu səbəbdən, Szöllősi tərəfindən izah edilən genin genom təkamülünün kompleks və hiyerarşik modelləri arasında maraqlı və potensial olaraq çox dəyərli bir "orta yeri" təmsil edirlər. və b. [43] və Lartillot [60] və genomların və növlərin təkamül tarixini araşdırmaq üçün tez -tez istifadə edilən daha sadə 'supermatrix' və ya birləşmə yanaşmaları. Parimsonyaya əsaslanan erkən supertree metodlarının problemləri olduğu bilinir, buna görə Akanni və b. [62] töhfələrində bu yaxınlarda inkişaf etdirilən Bayesian ehtimal supertree metodundan istifadə etdi. Onların təhlili, Bakteriyalardan arxaeal genomlara iri miqyaslı gen axınının sübutlarını qiymətləndirir. Bu yaxınlarda nəşr olunan əsər, böyük gen axınlarının Arxeyanın təkamülü və ekologiyasında əhəmiyyətli bir faktor olduğunu irəli sürdü [63,64]. Archaea üçün qazandıqları super ağac, güclü bir şaquli siqnal təklif etsə də, Archaea və Bakteriyalar da daxil olmaqla kompozit ağaclar Akanni'nin daha dərin qovşaqlar üçün zəif həll edildi. və b. [62], epizodik sahələrarası köçürməni iddia edən nəşr olunan əsərlərə uyğun olaraq, şaquli və üfüqi siqnalların qarışığından nəticələr təklif edir. Bunlar, HGT-nin Bakteriyalara və Arxeyalara fərqli təsirləri və bu iki prokaryotik qrupun niyə fərqli davranması ilə bağlı maraqlı suallar doğuran maraqlı nəticələrdir. Mitokondriyal endosymbiont ilə birləşən arxaeal ev sahibi soyunun da genom tərkibi baxımından oxşar kimerik ola biləcəyini irəli sürür.

Həddindən artıq sadə üsullardan istifadə edərək çıxarılan tək gen ağaclarının məhdud etibarlılığı bu mövzuya bir sıra töhfələrin əsasını təşkil edir. Moreira və López-García [65] eukaryotik mənşəli virusların əsas rol oynadığına dair təklifləri qiymətləndirmək üçün daha yaxşı ağaclardan necə istifadə edildiyini müzakirə edirlər. Bu ideyalar ilkin olaraq gözlənilməz dərəcədə böyük genomları (1-2,5 Mbp, bir çox hüceyrə genomları ilə müqayisə edilə bilən) eukaryotik DNT replikasiya və tərcümə mexanizmlərinin əsas komponentlərinin homoloqlarını kodlayan nəhəng amöba yoluxduran viruslar olan Megaviridae-nin kəşfi ilə bağlı olmuşdur. –68]. Erkən ağaclardakı eukaryotik təbəqənin xaricində dallanan viral homologlar, ehtimal ki, "dördüncü həyat sahəsinin" bir hissəsi olan qədim bir Megavirusun bu genləri ata -baba eukaryotuna bağışladığını irəli sürürlər [67]. Moreira və López-García [65] qeyd edir ki, virusları filogenetik ağaclara yerləşdirmək onların yüksək ardıcıl təkamül sürətinə görə olduqca çətindir, çünki bu, hüceyrə domenləri arasındakı dərin fərqlərdən fərqli olaraq, uzun budaqlı cazibə kimi artefaktlara səbəb ola bilər. əvəzetmə prosesində təsadüfi yaxınlaşmalar səbəbindən sürətlə inkişaf edən ardıcıllıqların saxta qruplaşdırılması. Onların yeni təhlilləri, son işlərin nəzərdən keçirilməsi ilə birlikdə, onları eukaryotik genlərin virus genomlarında mövcudluğunun onların eukaryotik sahiblərindən üfüqi alınması ilə ən yaxşı şəkildə izah edildiyini söyləməyə vadar edir. Ökaryotların mənşəyinə viral bir töhfə və ya virusların həyatın ilk dördüncü sahəsini təmsil etdiyi fərziyyəsinə heç bir inandırıcı dəstək olmadığı qənaətinə gəlirlər.

Cilddəki töhfələrin çoxu ilk növbədə prokaryotların və eukaryotların Arxeya və Bakteriyaların birləşməsindən əmələ gələn törəmə qrupa sahib olduğu fərziyyələrə üstünlük verir. Hüceyrə təkamülünün eukaryot qütbləşməsinə qədər olan bu prokaryot, bakterial kök üzərində universal ağacı kök salmaq üçün qədim paralellər və filogenetik şəbəkələrdən istifadə edərək nəşr olunan məlumatlara uyğundur [1,69-72]. Bu, ən erkən eukaryotik fosillərdən bir milyard il əvvəl [12,73,74] əvvəl prokaryotların və prokaryotik maddələr mübadiləsinin fosil dəlilləri ilə üst -üstə düşsə də, bütün tanınmış eukaryotların mitokondrial homologuna malik olduğunu müşahidə edir. alfa-proteobakteriyaların mənşəyinin məlum eukaryotların şüalanmasından əvvəl meydana gəldiyini [28]. Buna baxmayaraq, paraloq köklənməsi üçün istifadə edilən ağaclar, qədim hadisələrin yenidən qurulması üçün etibarsız olduğu bilinən həddən artıq sadə filogenetik üsullardan istifadə edilməklə müəyyən edilmişdir [5,75], tənqid və müzakirələrə yer buraxmışdır. Nəticədə, eukaryotların və ya ən azından ökaryotlarla əlaqələndirdiyimiz bir çox mürəkkəbliyi daşıyan hüceyrələrin prokaryotların əvvəldən ola biləcəyi ilə bağlı hipotezlər ədəbiyyatda qalmaqdadır [6,7]. Bu 'ilk ökaryotlar' və ya 'erkən eukaryotlar' ssenarilərində, hüceyrə həyatının hər üç qrupunun ya bir anda meydana gəldiyi ehtimal edilir, ya da prokaryotların müasir bir çox xüsusiyyətlərə malik olan kompleks bir əcdadın sadələşdirilməsi nəticəsində əmələ gəldiyi irəli sürülür. eukaryotlar [76-78]. Mariscal & amp Doolittle [79], "ilk ökaryotlar" ssenarilərinə aydın bir tarixi baxış təqdim edir, orijinal motivlərini araşdırır və yeni məlumatlar toplandıqca necə yaşadıqlarını müzakirə edir. Onların töhfəsi qarışıq və bəzən ziddiyyətli bir ədəbiyyata aydınlıq gətirir və ən əsası, 'ilk növbədə eukaryotlarda' eukaryotların nə demək olduğunu aydınlaşdırmağa və bu fikirlərin necə sınanacağını müəyyən etməyə çalışır.

Gouy və s. [80] universal ağaclarda təsvir olunan bakterial kökə alternativlərin (şəkil 1) onu bərpa etmək üçün istifadə edilən modellərin məhdudiyyətlərini nəzərə alaraq, həqiqətən də rədd edilə biləcəyini sorğu-sual edərək, metodoloji baxımdan ilk olaraq nəyin gəldiyi sualını həll edin [69-71] . Kök mövqeyini yenidən qiymətləndirmək üçün daha yaxşı modellərin istifadəsinə və məlumatların xüsusiyyətlərinə daha diqqətli yanaşmanın lazım olduğunu irəli sürürlər və bunun təcili olaraq lazım olduğunu qəti şəkildə qəbul edirik. Xüsusilə, arxea içərisində ökaryotların budaqlandığı qənaəti, bu iki qrupun xaricində bir kökü ehtiva etdiyini söyləyir - Gouy görə. və s. [80]. Bakteriya kökünə üstünlük verilməsinin sadə təkamüldən mürəkkəb təkamül ssenarilərinə üstünlük verən davamlı bir qərəzdən, Mariscal & amp Doolittle tərəfindən tənqid olunan yararsız bir mütərəqqi münasibətdən təsirləndiyini də iddia edirlər [79].

Filogenetik ağacları necə kökləndirmək olarsa, taksonomik iyerarxiyanın bütün səviyyələrində görkəmli bir sual var, eukaryotik ağacın kökü ilə bağlı son mübahisə başqa vacib bir nümunə verir [81-83]. Köklənmə üçün nəşr olunan ağac əsaslı üsulların əksəriyyəti qrup köklənməsinə əsaslanır. Bunun məlum problemləri var, çünki qrup çox vaxt qrupdan çox fərqlənir və bu, bir çox töhfəçilərimiz tərəfindən müzakirə edildiyi kimi, erkən təkamül üzərində iş aparan tanınmış uzun budaqlı artefaktın təhlilini həssas edir. Qrupu kökləməyə alternativ olaraq Williams və s. [84], analizin ayrılmaz bir hissəsi olaraq ağacın kökü ilə nəticələnən, geri çevrilməyən və sabit olmayan əvəzetmə modellərinin potensialını qiymətləndirir. Bunlar, ağacın ehtimalının əvəzetmə prosesinin başlanğıc nöqtəsindən asılı olduğu modellərdir ki, nəticədə çıxarılan ağaclar köklü olsun. Bu üsullar əvvəllər vəd vermişdi [85,86], lakin standart modellərə nisbətən modelin əlavə hesablama yükü olduğundan daha çox tətbiq edilməmişdir. Bu yaxınlarda təsvir edilmiş iki model universal ağacın kökünü çıxarmaq üçün tətbiq edildi və ya bakterial sahədə, ya da Bakteriya və Arxeyanı ayıran budaqda bir kök əldə etdi, prokaryotların ilk fərziyyələrinə bir qədər dəstək verdi və gen ardıcıllığının kök siqnalı ehtiva etdiyini irəli sürdü. çıxarıla biləndir. Bununla belə, Lartillot [60] və Gouy tərəfindən müzakirə edilən üsullarda olduğu kimi və b. [80], cari tətbiqlər yavaşdır, təhlil edilə bilən verilənlər toplusunun ölçüsünü məhdudlaşdırır - filogenetik ağacları çıxarmaq üçün geniş taksonomik seçmənin müəyyən edilmiş əhəmiyyəti nəzərə alınmaqla ciddi çətinlik [59] və modellər perspektivli olsa da, heç bir halda mükəmməl deyil. .

6. Bəzi yekun qeydlər

İşə tamamilə uyğun olmayan üsullardan istifadə edərək az miqdarda məlumatlardan qədim hadisələr çıxarmaq səhvsiz ola bilməz və bəzi fikirlər şübhəsiz ki, yenidən dəyişəcək. Buna baxmayaraq, bu mövzuda olan məqalələr - və son başqa bir kolleksiyada [87] - eukaryotik mənşə sahəsində diqqətəlayiq bir həyəcan dövrünə təsadüf edir. Qeyri-endosimbiotik gen transferinin nisbi əhəmiyyəti və eukaryotik və arxeal genomlarda prokaryotik genlərin mənbəyi (mənbələri) kimi kütləvi və davamlı köçürmə fərziyyələri ilə bağlı mübahisələr xüsusilə canlıdır. Müzakirələrin bir qismi, genlərin təkamülünün doymuşluğu və digər mürəkkəbliyi səbəbiylə zəif həll edilməmiş ağaclardan hadisələr çıxarmağa çalışmağın özünəməxsus çətinliklərindən qaynaqlanır. Buna baxmayaraq, çox aydındır və bir müddətdir [8,9,88], geniş yayılmış HGT o deməkdir ki, heç bir ağac prokaryotik və ya eukaryotik genomlardakı bütün genlərin tarixini təsvir edə bilməz. Ağaclar və şəbəkələr kimi ağaca əsaslanmayan üsullar genomların necə təkamül etdiyini təhlil etmək üçün bir-birini tamamlayan və sinergik yanaşmalar olmağa davam edəcək.

Xüsusilə maraqlı olan sahə, mitoxondrial endosimbiontun [89] və təklif olunan arxeal ana nəsillərinin [23] ən yaxın mövcud qohumlarını öyrənmək və sınaq üçün eksperimental çərçivə təmin etmək potensialına malik olan mədəniyyətsiz mikrob müxtəlifliyinin tədqiqidir. hazırda üstünlük verilən fərziyyələr. Erkən eukaryotik təkamülün ortaqları, bütün atalar kimi, çoxdan yox olmuşlar, lakin müasir qohumlarından daha yaxşı nümunələr götürmək ağacları yaxşılaşdırmağa və prokaryotik əcdadlarımızın gen tərkibi və hüceyrə xüsusiyyətləri ilə bağlı qənaətləri yaxşılaşdırmağa kömək edə bilər. Daha əvvəl eukaryotik spesifik olduğu düşünülən gen məzmununu artıran Lokiarchaeota'nın kəşfi, xüsusilə həyəcan verici bir kəşfdir və filogenetik metodların qeyri -mükəmməl olmasına baxmayaraq, qədim əlaqələri çıxarmaq üçün istifadə edilə biləcəyinə dair sübutlar verir [24]. Ancaq ardıcıllıq məlumatları bizi bu günə qədər apara bilər və indi əsas problem Lokiarchaeota'yı və digər müvafiq ətraf mühit soylarını mədəniyyətə təcrid etməkdir ki, genom tərkibinin hüceyrə təzahürü - biologiya və fiziologiyası əslində laboratoriyada öyrənilsin.


Fon

Nüvəsi, endomembran sistemi və membrana bağlı orqanoidləri olan ökaryotik hüceyrənin ortaya çıxması, prokaryotlarda [1]-[3] görünən hər şeyin ötəsində mürəkkəblikdə kvant sıçrayışını təmsil edir. Mürəkkəb hüceyrə bölgüsünün və mitoxondriya ilə simbiotik əlaqənin eukaryotlara yeni ekoloji rollar qəbul etməyə imkan verdiyi və çoxhüceyrəliliyin çoxsaylı uğurlu mənşəyinin xəbərçisi olduğu düşünülür. Buna baxmayaraq, hüceyrə quruluşunda tək ən dərin təkamül keçidi kimi tanınmasına baxmayaraq, eukaryotik hüceyrənin mənşəyi hələ də zəif başa düşülür.

Eukariotların təkamülünün əsas hadisələri nüvənin, endomembrana sisteminin və mitoxondriyanın alınması idi. Mitoxondrilərin endosimbiotik α-proteobakteriyalardan [4]-[6] əmələ gəldiyi heç bir şübhə doğurmadan müəyyən edilmişdir. Ökaryotların mənşəyi üçün mövcud modellər ümumiyyətlə proto-mitokondriyanın hüceyrəyə faqositoz yolu ilə daxil olması ilə razılaşırlar. Eyni şəkildə, nüvənin mənşəyi üçün ən çox bəyənilən modellər, bunun nüvə bölməsinə uyğun gələn bir endosymbiontun faqositozu və ya membranların içlənməsi ilə əlaqədar olaraq, plazma membranının invaginasiyası nəticəsində bir prokaryotik hüceyrə daxilində meydana gəldiyini güman edir. xromatin ətrafında təşkil edildi ([7] -də nəzərdən keçirildi və aşağıda daha ətraflı müzakirə edildi). Beləliklə, eukaryotların mənşəyinə dair mövcud nəzəriyyələr, nüvənin yeni bir quruluş olduğu fərziyyəsini bölüşür daxilində mövcud və əsasən dəyişməyən plazma membranının [8] sərhədləri - xaricində olan modellərdir.

Burada biz xaricdəki perspektivə meydan oxumağa başladıq. Arxealar tez-tez hüceyrədaxili çıxıntılar [9]-[14] yaradır, lakin endositoz və ya faqositoza bənzər proseslərə məruz qalmadığı bilinmir. Buna görə də, eukaryotik hüceyrə arxitekturasının membran ekstruziyası nəticəsində yarandığını təklif edirik. Qısacası, eukaryotların sitoplazma və endomembran sistemini meydana gətirmək üçün əridilmiş hüceyrədaxili çıxıntıları uzadan tək bir məhdudlaşdırıcı membrana malik bir prokaryotik hüceyrədən əmələ gəldiyini irəli sürürük. Bu daxili-xarici modelə əsasən, əcdad prokaryotik hüceyrə orqanına ekvivalent olan nüvə bölməsi hüceyrənin ən qədim hissəsidir və prokaryotik hüceyrədən eukaryotik hüceyrə təşkilinə keçid zamanı struktur olaraq toxunulmaz qalmışdır.

İçəridən xarici model eukariotların təkamülü üçün sadə addım-addım yol təqdim edir, biz iddia edirik ki, bu, ən azı hər hansı cari nəzəriyyə kimi mövcud məlumatlara uyğun gəlir. Bundan əlavə, eukaryotik hüceyrə biologiyasının əvvəllər müəmmalı olan xüsusiyyətlərinə, o cümlədən başqalarının mövcud hüceyrə nəzəriyyəsinə yenidən baxılması lazım olduğunu irəli sürən xüsusiyyətlərə yeni işıq salır [15]. Modelimiz tərəfindən edilən çox sayda test edilə bilən proqnozlar və yeni empirik tədqiqatları stimullaşdırmaq potensialı nəzərə alınmaqla, içdən gələn modelin eukaryotların mənşəyi üçün yeni bir nəzəriyyə olaraq nəzərdən keçirilməyə layiq olduğunu iddia edirik.

Ökaryotik hüceyrə təkamülünün mövcud modellərinə ümumi baxış

Endosimbiotik, xarici modellər nüvənin və mitoxondriyanın mənşəyini faqositoz və endosimbiozun ardıcıl dövrlərinin nəticəsi kimi izah edir. Bu modellər üç ortağı - ev sahibi, nüvə və mitokondriyanı - çağırır və nüvə bölməsinin bir ana hüceyrə tərəfindən udulmuş bir endosymbiontdan əmələ gəlməsini nəzərdə tutur. Müəlliflər ev sahibinin (yəni sitoplazmanın) bir arxeon [16]-[18], bir proteobakterium [19]-[21] və ya Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chlamydiae (PVC) superphylum [22] ola biləcəyini irəli sürmüşlər. ]. Endosimbiontun (yəni nüvənin) bir arxeon [19]-[22], spiroket [16] və ya membrana bağlı bir virus [17], [18] olduğu irəli sürülmüşdür. Ümumiyyətlə, endosimbiotik modellər mitoxondriyanın nüvədən əvvəl və ya sonra əldə edilib-edilməməsi ilə bağlı aqnostikdir. Bunun istisnası, hər üç tərəfdaşdan: sitoplazma, nüvə və mitokondriyadan ibarət simbiyotik birliyin eyni vaxtda birləşməsini nəzərdə tutan sintrofik konsorsium modelidir [23], [24]. Daha fərqli bir "endosimbiotik" model endospor modelidir [25]. Bu, müəyyən qram-müsbət bakteriyalarda endosporların əmələ gəlmə üsuluna bənzər hüceyrə bölünməsindən sonra hüceyrənin öz bacısını əhatə etdiyi zaman nüvənin təkamül etdiyini təsdiqləyir. Bununla birlikdə, Arxeyada endospor əmələ gəlməsinə və ya digər udma proseslərinə dair heç bir dəlil yoxdur və bu fərziyyəni qeyri -mümkün edir.

Son filogenomik analizlər, eukaryotik genomun, ehtimal ki, bir arxeal [26], [27] və bir proteobakterial [28], [29] iki genomun birləşməsini təmsil etdiyini ortaya qoydu. Nüvə endosimbiotik modelləri altında gözlənildiyi kimi hər hansı əlavə, əsas genom donorunu dəstəkləmək üçün heç bir sübut yoxdur [30]. Bundan əlavə, endosimbiotik modellər (endospor modeli də daxil olmaqla) endomembran sisteminin mənşəyini, daxili və xarici nüvə membranlarının fiziki davamlılığını və nüvə məsamələrinin meydana gəlməsini izah etmək üçün əlavə nəzəriyyələr tələb edir. Bu faktları nəzərə alaraq, endosimbiozun nüvə bölməsinin [2], [7], [31]-[33] mənşəyinə inandırıcı bir açıqlama verdiyini düşünmürük.

Endosimbiotik modellərlə bağlı problemləri nəzərə alaraq, eukaryotların mənşəyi üçün ən cazibədar cari modellərin nüvənin otogen mənşəyini çağıran modellər olduğuna inanırıq. Adətən bunlar, bir prokaryotik əcdadın, bir nüvə meydana gətirmək üçün xromatin ətrafında təşkil edilən daxili membrana bağlı bölmələr yaratmaq üçün membranları invaginasiya etmək qabiliyyətini inkişaf etdirdiyini irəli sürür [32], [34]-[36]. Bəzi modellərdə plazma membranının qatlanması endoplazmik retikuluma (ER) bənzəyən daxili bölmələr əmələ gətirmək üçün sıxışdırıldı və daha sonra daxili və xarici nüvə zərfini yaratmaq üçün xromatinin ətrafında təşkil olundu [35],[37]-[39]. Alternativ olaraq, nüvə membranları plazma membranının invaginasiyalarından yaranan kimi görünə bilər, belə ki, erkən eukaryot hüceyrəsi xarici hüceyrə membranı ilə davamlı bir ER və nüvə zərfinə malikdir [40]. Hər iki halda, bu modellər altında nüvə membranı son nəticədə daxili plazma membranından əldə edilir.

Köhnə autogenous çöldəki modellər ümumiyyətlə mitokondriyanı əvvəllər filogenetik tədqiqatların nəticələrinə uyğun olaraq [32], [34], [35] bir nüvəsi olan bir hüceyrə tərəfindən əldə edildiyini irəli sürdü [41]. Daha yeni filogenetik məlumatlar mitokondriyanın son eukaryotik ortaq atada [42], [43] mövcud olduğunu irəli sürmüşdür. Bu, mitokondriyanın əldə edilməsinin nüvə bölməsinin yaranmasından əvvəl [1], [23], [44]-[46] olduğu yeni avtogen modellərin formalaşmasına səbəb oldu.

İçəridən modelə ümumi baxış

Növbəti hissələrdə, ilk növbədə arxaeal bir ev sahibi hüceyrə ilə α-proteobakteriyalar (proto-mitokondriya) arasında getdikcə daha yaxın bir qarşılıqlı əlaqə yaratmaq üçün seçilmiş bir prokaryotikdən tam ökaryotik bir hüceyrə quruluşuna qədər bir sıra sadə təkamül addımlarını təsvir edirik. ana hüceyrə səthi (Şəkil 1). Daxili hipotezə görə, xarici nüvə membranı, plazma membranı və sitoplazma hüceyrə xaricindəki çıxıntılardan (bleblər), ER isə boşluqlar arasındakı boşluqları təmsil edir (Cədvəl 1). Mitokondriyalar əvvəlcə ER -də qalıblar, lakin sonra sitoplazmaya düzgün daxil olmaq üçün ER membranına nüfuz ediblər. Daxili-xarici modelə əsasən, eukaryogenezin son mərhələsi ER-ni xarici tərəfdən bağlayan davamlı plazma membranının formalaşması idi.

Eukaryotik hüceyrə təşkilatının təkamülü üçün içəridən model. Dən ökaryotik hüceyrə təşkilatının mərhələli təkamülünü göstərən model (A) epibiotik α-proteobakteriyalarla (proto-mitoxondriya) qarşılıqlı əlaqədə olan tək bir sərhəd membranı və qlikoproteinlə zəngin hüceyrə divarı (S-qat) olan eosit əcdadı. (B) Eosit hüceyrəsinin çıxıntı boynunda zülal-membran qarşılıqlı təsirləri ilə çıxıntılar meydana gətirdiyini düşünürük. Bu çıxıntılar proto-mitokondriya ilə material mübadiləsini asanlaşdırdı. (C) Simbiontlar arasında daha böyük bir təmas sahəsi üçün seçim, blb genişlənməsinə və nəticədə çıxıntılardan S-təbəqəsinin itirilməsinə səbəb olardı. (D) Daha sonra simmetrik nüvə məsaməli xarici halqa kompleksinin inkişafı (Şəkil 2) və S təbəqəsinin tədricən itirilməsindən sonra ilkin hüceyrə orqanını (yeni yaranmaqda olan) fiziki olaraq birləşdirən LINC komplekslərinin yaradılması yolu ilə bleblər daha da sabitləşəcəkdi. nüvə bölməsi) daxili bleb membranlara. (E) Proto-mitoxondriləri əhatə etmək üçün qabarcıqların genişlənməsi ilə, bu proses ev sahibi tərəfindən bakterial lipid biosintezi mexanizmlərinin əldə edilməsini asanlaşdıracaq, hüceyrə böyüməsi yeri tədricən sitoplazmaya keçəcək və bu, vasitəsilə tənzimlənən trafikin inkişafı ilə asanlaşdırılacaqdır. nüvə məsaməsi. Eyni zamanda, qabarcıqlar arasındakı boşluqlar perinuklear boşluq vasitəsilə ətraf mühitə ifraz olunan zülalların qlikozilləşmə və proteolitik parçalanma yolu ilə tədricən yetişməsinə imkan verərdi. (F) Nəhayət, bleb birləşməsi sitoplazmik bölmələri birləşdirəcək və bütöv plazma membranının meydana gəlməsinə səbəb olacaq, bəlkə də bir blebin bütünü əhatə etdiyi faqositoza bənzər bir proses vasitəsilə. Bu sadə topoloji keçid, endoplazmik retikulu xarici dünyadan təcrid edər, vesikulyar alver sisteminin tam inkişafına təkan verər və müasir eukaryotik hüceyrə quruluşlu bir hüceyrəyə aparan mitokondriyanın ciddi şaquli ötürülməsini qurardı.

Bildiyimiz yalnız bir başqa sənəd, nüvə bölməsinin ata -baba hüceyrəsinin sərhədlərinə uyğun olduğunu irəli sürdü. De Roosun [47] ekzomembran hipotezi, burada irəli sürülən modeldən olduqca fərqlidir. De Roos, başlanğıc nöqtəsinin qapalı bir plazma membranı meydana gətirmək üçün əridilmiş membranalı hüceyrədaxili veziküllər ifraz edən ikiqat membranlı proto-eukaryot olduğunu irəli sürdü. Üstəlik, modeli, eukaryotik və prokaryotik hüceyrələrin müstəqil mənşəyi də daxil olmaqla, təkamül tarixinin qeyri -ənənəvi baxışına əsaslanır. Beləliklə, ekzomembran hipotezini daha ətraflı müzakirə etməyəcəyik.

Aşağıdakı bölmələrdə biz içəridən xaric olan modeli ətraflı təsvir edirik. Sitoplazmik bölmənin, vezikül alveri sisteminin və plazma membranının, siliya və bayraqların yaranmasında iştirak edən hüceyrə proseslərini müzakirə edirik. Hər bölmədə müvafiq seçici sürücülərə və dəstəkləyici dəlillərə işarə edirik. Nəhayət, modelin bəzi nəticələrinə və test edilə bilən proqnozlarına baxırıq və içəridən və ya xaricdən olan modellərin hansının daha doğru olduğunu müəyyən etmək perspektivləri üzərində düşünərək yekunlaşdırırıq.


Mitozlaşdıran hüceyrələrin mənşəyi haqqında

Ökaryotik hüceyrələrin (klassik mitozla bölünən "daha yüksək" hüceyrələrin) mənşəyi haqqında bir nəzəriyyə təqdim olunur. Fərziyyəyə görə, üç əsas orqanoid: mitokondriya, fotosintetik plastidlər və (9+2) flagellaların bazal cisimləri bir vaxtlar sərbəst yaşayan (prokaryotik) hüceyrələr idi. İlkin atmosferin anaerob şəraitində fotosintezin anaerob bakteriyalar, fotosintetik bakteriyalar və nəhayət mavi-yaşıl yosunlar (və protoplastidlər) əmələ gətirmək üçün təkamülü təsvir edilmişdir. Prokaryotlarda aerob maddələr mübadiləsinin sonrakı təkamülü aerob bakteriyaların (protoflagella və protomitochondria) əmələ gəlməsi, ehtimal ki, oksidləşdirici atmosferə keçid zamanı baş vermişdir. Klassik mitoz, fotosintezin təkamülündən milyon illər sonra protozoa tipli hüceyrələrdə əmələ gəlmişdir. İbtidai amoeboflagellatlarda klassik mitozun mənşəyi üçün inandırıcı bir sxem təqdim edilmişdir. Mitozun təkamülü əsnasında, fotosintetik plastidlər (özləri prokaryotlardan əmələ gəlmiş) ökaryotik yosunları və yaşıl bitkiləri meydana gətirmək üçün bu protozoyanlardan bəziləri tərəfindən simbiyotik olaraq alındı. Bu nəzəriyyənin sitoloji, biokimyəvi və paleontoloji dəlilləri, mümkün olan eksperimental yoxlama üçün təkliflərlə birlikdə təqdim olunur. Aşağıdakı orqanizmlərin sistematikasına bu sxemin təsirləri müzakirə olunur.


Məzmun

Genlər müxtəlif yollarla üst -üstə düşə bilər və mövqelərinə görə təsnif edilə bilər. [2] [6] [7] [8] [9]

  • Birtərəfli və ya tandem üst-üstə düşmə: bir genin 3' ucu eyni zəncirdə başqa bir genin 5' ucu ilə üst-üstə düşür. Bu tənzimləmə → → işarəsi ilə simvollaşdırıla bilər, burada oxlar əvvəldən axıra qədər oxu çərçivəsini göstərir.
  • Konvergent və ya sona çatmaq üst -üstə düşür: iki genin 3 'ucları əks ipliklərdə üst -üstə düşür. Bu → ← olaraq yazıla bilər.
  • Fərqli və ya quyruqlu üst -üstə düşür: iki genin 5 'ucları əks ipliklərdə üst -üstə düşür. Bu ← → kimi yazıla bilər.

Üst -üstə düşən genlər də təsnif edilə bilər mərhələlərnisbi oxu çərçivələrini təsvir edən : [2] [6] [7] [8] [9]

  • Fazada üst-üstə düşmə paylaşılan ardıcıllıqlar eyni oxu çərçivəsini istifadə etdikdə baş verir. Buna "faza 0" da deyilir. Faza 0 üst -üstə düşən tək yönlü genlər fərqli genlər hesab edilmir, əksinə eyni genin alternativ başlanğıc yerləri olaraq qəbul edilir.
  • Fazadan kənar üst-üstə düşmələr paylaşılan ardıcıllıqlar müxtəlif oxu çərçivələrindən istifadə etdikdə baş verir. Bu, oxu çərçivələrinin 1 və ya 2 nukleotidlə əvəzlənməsindən asılı olaraq "faza 1" və ya "faza 2" də baş verə bilər. Bir kodon üç nukleotid uzunluğunda olduğu üçün, üç nukleotidin ofseti faza, faza 0 çərçivəsidir.

Üst-üstə düşən genlər viruslar, bakteriyalar və mitoxondriyalar kimi sürətlə inkişaf edən genomlarda xüsusilə yaygındır. Onlar üç şəkildə yarana bilər: [10]

  1. Mövcud açıq oxu çərçivəsinin (ORF) bir dayanma kodonunun itirilməsi səbəbindən bitişik genin aşağı axını ilə genişləndirilməsi ilə
  2. Başlanğıc kodonun itirilməsi səbəbindən mövcud ORF-nin bitişik genə qədər uzanması ilə
  3. Nöqtə mutasiyasına görə mövcud ORF -də yeni bir ORF yaradaraq.

Eyni nukleotid ardıcıllığının birdən çox geni kodlaşdırmaq üçün istifadə edilməsi, genom ölçüsünün azalması və üst-üstə düşən genlərin transkripsiya və translational birgə tənzimlənməsi imkanı səbəbiylə təkamül üstünlüyü təmin edə bilər. [7] [11] [12] [13] Gen üst -üstə düşməsi, üst -üstə düşən bölgələrin ardıcıllığında yeni təkamül məhdudiyyətləri yaradır. [9] [14]

Yeni genlərin mənşəyi

1977-ci ildə Pierre-Paul Grasse cütlükdəki genlərdən birinin mənşəli ola biləcəyini təklif etdi. de novo Yeni ORF -ləri alternativ oxu çərçivələrində tətbiq etmək üçün mutasiyalarla bu mexanizmi təsvir etdi üst çap. [15] : 231 Daha sonra Susumu Ohno tərəfindən əsaslandırıldı və o, bu mexanizmlə yarana biləcək namizəd geni təyin etdi. [16] Bu şəkildə yaranan bəzi de novo genlər üst-üstə düşməyə bilər, lakin genlərin təkrarlanmasından sonra subfunksionallaşaraq, [3] yetim genlərin yayılmasına kömək edir. Üst-üstə düşən gen cütünün hansı üzvünün daha gənc olması bioinformatik olaraq ya daha məhdud filogenetik paylanma, ya da daha az optimallaşdırılmış kodon istifadəsi ilə müəyyən edilə bilər. [4] [17] [18] Cütlüyün gənc üzvləri, yaşlı üzvlərə nisbətən daha yüksək daxili struktur pozuqluğuna meyllidirlər, lakin yaşlı üzvlər, ehtimal ki, üst -üstə düşmənin yaratdığı artan təkamül məhdudiyyətlərini yüngülləşdirmək üçün digər zülallara nisbətən daha pozuqdur. . [17] Üst-üstə düşmələrin artıq yüksək pozğunluğu olan zülallarda yaranma ehtimalı daha çoxdur. [17]

Fərqli tezliklərdə olsa da, üst -üstə düşən genlər həyatın bütün sahələrində baş verir. Xüsusilə viral genomlarda yaygındır.

Virusların redaktəsi

Üst -üstə düşən genlərin varlığı, ilk dəfə bir neçə nümunə olan bakteriofaq ΦX174 -ün ilk DNT genomu olan viruslarda təsbit edildi. [19] Başqa bir misaldır ORF3d SARS-CoV 2 virusundakı gen. [1] [21] Üst-üstə düşən genlər xüsusilə viral genomlarda geniş yayılmışdır. [4] Bəzi tədqiqatlar bu müşahidəni genomun viral kapsiddə, xüsusən də ikosahedral həndəsədə qablaşdırılmasının fiziki məhdudiyyətlərinin vasitəçiliyi ilə kiçik genom ölçülərinə qarşı seçici təzyiqlə əlaqələndirir. [22] Bununla birlikdə, digər tədqiqatlar bu nəticəni mübahisə edir və viral genomlarda üst -üstə düşmənin paylanmasının üst -üstə düşən viral genlərin təkamül mənşəyi olaraq üst çapı əks etdirmək ehtimalının daha yüksək olduğunu iddia edir. [23] Overprinting ümumi bir qaynaqdır de novo viruslardakı genlər. [18]

Overprinted viral genlərin tədqiqatları göstərir ki, onların zülal məhsulları viral yayılması üçün vacib olmayan, lakin patogenliyə kömək edən köməkçi zülallardır. Aşırı çap olunmuş zülallar çox vaxt qeyri -adi amin turşularının paylanmasına və yüksək səviyyəli daxili xəstəliklərə malikdir. [24] Bəzi hallarda, çox çap olunmuş zülallar yaxşı müəyyən edilmiş, lakin yeni, üç ölçülü quruluşlara malikdir [25] bir nümunə, Tombusvirüslərdə tapılan R19 susdurucu bastırıcı p19dur, həm yeni bir protein qatı, həm də tanımaqda yeni bir bağlama rejimi var. siRNA-lar. [18] [20] [26]

Prokaryotların redaktəsi

Bakterial genomlarda genlərin üst-üstə düşməsi ilə bağlı hesablamalar adətən bakterial genlərin təxminən üçdə birinin üst-üstə düşdüyünü aşkar edir, baxmayaraq ki, adətən yalnız bir neçə əsas cütü. [7] [27] [28] Bakterial genomların üst-üstə düşməsi ilə bağlı aparılan tədqiqatların çoxu, üst-üstə düşmənin genlərin tənzimlənməsində bir rol oynadığına dair sübutlar tapır və üst-üstə düşən genlərin transkripsiyaya və tərcümə ilə birgə tənzimlənməsinə icazə verir. [7] [13] Prokaryotik genomlarda bir istiqamətli üst -üstə düşmələr ən çox yayılmışdır, bəlkə də bitişik prokaryotik genlərin oriyentasiyanı bölüşmək meylinə görə. [7] [9] [6] Biristiqamətli üst-üstə düşmələr arasında uzun üst-üstə düşmələr daha çox oxu çərçivəsində bir nukleotidli ofsetlə oxunur (yəni, 1-ci faza) və qısa üst-üstə düşmələr daha çox 2-ci mərhələdə oxunur. [28] [29] ] 60-dan çox baza cütünün uzun üst-üstə düşmələri konvergent genlər üçün daha çox rast gəlinir, lakin ehtimal olunan uzun üst-üstə düşmələr çox yüksək yanlış şərhlərə malikdir. [30] Bakterial genomların uzun müddət üst-üstə düşməsinin etibarlı şəkildə təsdiqlənmiş nümunələri yaxşı öyrənilmiş model orqanizmdə nadirdir. Escherichia coli, yalnız dörd gen cütünün uzun, üst-üstə düşən üst-üstə düşmələri yaxşı təsdiqlənir. [31]

Eukaryotların redaktəsi

Prokaryotik genomlarla müqayisədə, eukaryotik genomlar çox vaxt zəif şərh olunur və beləliklə, həqiqi üst-üstə düşmələri müəyyən etmək nisbətən çətindir. [18] Bununla birlikdə, təsdiqlənmiş gen üst -üstə düşmə nümunələri, siçanlar və insanlar kimi məməlilər də daxil olmaqla, müxtəlif eukaryotik orqanizmlərdə sənədləşdirilmişdir. [32] [33] [34] [35] Ökaryotlar üst-üstə düşmə növlərinin paylanmasında prokaryotlardan fərqlənir: prokaryotlarda bir istiqamətli (yəni eyni telli) üst-üstə düşmələr daha çox rast gəlinir, eukaryotlarda isə əks və ya antiparalel-telli üst-üstə düşmələr daha çox rast gəlinir. Qarşılıqlı tellərin üst-üstə düşmələri arasında konvergent oriyentasiya ən çox yayılmışdır. [33] Eukaryotik genlərin üst-üstə düşməsi ilə bağlı aparılan əksər tədqiqatlar aşkar etmişdir ki, üst-üstə düşən genlər hətta yaxın qohum növlərdə belə genomik yenidən quruluşa məruz qalır və beləliklə, üst-üstə düşmənin olması həmişə yaxşı qorunmur. [34] [36] Daha qədim və ya daha az taksonomik cəhətdən məhdudlaşdırılmış genlərlə üst -üstə düşmək də genlərin genetik xüsusiyyətidir de novo müəyyən eukaryotik nəsildə. [34] [37] [38]

Üst-üstə düşən genlərin dəqiq funksiyaları həyatın sahələrində fərqli görünür, lakin bir sıra təcrübələr göstərdi ki, onlar düzgün protein ifadəsi və stexiometriya [39] vasitəsilə virusun həyat dövrləri üçün vacibdir, həmçinin zülalların düzgün qatlanmasında rol oynayır. [40] Bütün genin üst -üstə düşdüyü [41] replikasiya üçün lazım olmadığını sübut edən bakteriofaq ΦX174 versiyası da yaradılmışdır.


Məzmun

19-cu əsrin ikinci yarısında Qreqor Mendelin noxud bitkilərində əlamətlərin irsiyyətinə dair qabaqcıl işi, orqanizmin əlamətlərinin nəsillər arasında ötürülməsində xüsusi “amillərin” (bu gün genlər kimi qurulmuş) məsuliyyət daşıdığını irəli sürdü. [4] Zülalların əvvəlcə irsi material kimi xidmət etdiyi güman edilsə də, Avery, MacLeod və McCarty bir əsr sonra Friedrich Miescher tərəfindən kəşf edilmiş DNT -ni genetik məlumat daşıyıcısı olaraq qurdular. [5] Bu tapıntılar, DNT-nin kimyəvi təbiətini və genetik məlumatları kodlaşdırma qaydalarını kəşf edən araşdırmalara yol açdı və nəticədə Watson və Crick tərəfindən DNT-nin ikiqat sarmal quruluşu təklifinə səbəb oldu. [6] DNT-nin bu üçölçülü modeli, genetik məlumatların hüceyrə bölünməsindən əvvəl yarı mühafizəkar şəkildə kopyalana biləcəyi potensial mexanizmləri işıqlandırdı, daha sonra Meselson və Stahl tərəfindən izotop birləşməsindən istifadə edərək yeni sintez edilənlərdən fərqləndirmək üçün eksperimental olaraq dəstəklənən bir hipotez. DNT. [7] [8] Kornberg və həmkarları tərəfindən yeni DNT zəncirlərinin sintezini kataliz edən fermentlər olan DNT polimerazalarının sonrakı təcrid edilməsi, ilk olaraq bakterial model orqanizmdə bioloji DNT replikasiya mexanizminin bir çox müxtəlif komponentlərinin müəyyən edilməsinə öncülük etdi. E. coli, lakin sonradan eukaryotik həyat formalarında da. [2] [9]

DNT replikasiyası üçün əsas şərt ondan ibarətdir ki, hüceyrənin sağ qalması və orqanizmin canlılığı üçün potensial zərərli nəticələrə səbəb olan genetik dəyişikliklərin yığılmasının qarşısını almaq üçün onun son dərəcə yüksək sədaqət və səmərəliliklə hər bir hüceyrə siklində bir dəfə baş verməsi lazımdır. [10] Yarımçıq, səhv və ya vaxtında olmayan DNT replikasiyası hadisələri, hər biri öz növbəsində xərçəng də daxil olmaqla xəstəliklərə səbəb ola biləcək mutasiyalar, xromosomal poliploidiya və ya aneuploidiya və genlərin nüsxə sayı varyasyonlarına səbəb ola bilər. [11] [12] Bütün genomun tam və dəqiq təkrarlanmasını və nəsil hüceyrələrinə doğru genetik məlumat axını təmin etmək üçün bütün DNT replikasiya hadisələri yalnız hüceyrə dövrü işarələri ilə sıx tənzimlənmir, həm də digər hüceyrə hadisələri ilə əlaqələndirilir. transkripsiya və DNT təmiri. [2] [13] [14] [15] Bundan əlavə, mənşə ardıcıllıqları adətən bütün krallıqlarda yüksək AT məzmununa malikdir, çünki adenin və timin təkrarlarını ayırmaq daha asandır, çünki onların əsas yığma qarşılıqlı təsirləri guaninin və guanininki qədər güclü deyildir. sitozin. [16]

DNT replikasiyası müxtəlif mərhələlərə bölünür. Başlama zamanı replisomlar adlanan replikasiya mexanizmləri iki istiqamətli şəkildə DNT-də yığılır. Bu montaj yerləri DNT replikasiyası və ya replikasiya mənşəyinin başlanğıc yerlərini təşkil edir. Uzanma mərhələsində, replisomlar replikasiya çəngəlləri ilə əks istiqamətdə səyahət edir, DNT sarmalını açır və şablon olaraq hər iki valideyn ipini istifadə edərək tamamlayıcı qızı DNT tellərini sintez edir. Replikasiya tamamlandıqdan sonra, xüsusi sonlandırma hadisələri replisomların sökülməsinə səbəb olur. Hüceyrə bölgüsündən əvvəl bütün genom təkrarlandığı müddətdə, replikasiya başlanğıc yerlərinin yerinin hələ də əhəmiyyətli olmadığını düşünmək olar, bir çox orqanizmin mənşəyi olaraq üstünlük verilən genomik bölgələrdən istifadə etdiyi göstərilmişdir. [17] [18] Mənşə yerini tənzimləmək zərurəti çox güman ki, DNT zəncirinin qırılması və DNT zədələnməsinin qarşısını almaq üçün DNT replikasiyasını paylaşılan xromatin şablonunda hərəkət edən digər proseslərlə əlaqələndirmək ehtiyacından irəli gəlir. [2] [12] [15] [19] [20] [21] [22] [23]

Beş onillikdən çox əvvəl Jacob, Brenner və Cuzin xromosomal DNT sintezinin tənzimlənməsini izah etmək üçün replikon hipotezini təklif etdilər. E. coli. [24] Model diffuziyalı, trans-hərəkət edən amil, təşəbbüskar deyilən, a ilə qarşılıqlı əlaqədə olur cis-təsir edən DNT elementi, replikator, replikasiyanın yaxın bir mənşədə başlamasını təşviq etmək üçün. Replikatorlara bağlandıqdan sonra, təşəbbüskarlar (tez-tez yükləyici zülalların köməyi ilə) DNT-yə replikativ helikazlar atırlar ki, bu da sonradan əlavə replisome komponentlərinin cəlb edilməsinə və bütün replikasiya maşınlarının yığılmasına səbəb olur. Replikator bununla replikasiya başlama hadisələrinin yerini göstərir və tək bir mənşədən və ya başlanğıc hadisəsindən təkrarlanan xromosom bölgəsi replikon olaraq təyin olunur. [2]

Replikon hipotezinin əsas xüsusiyyəti, bakteriya və faj sistemlərində bir çox təcrübi müşahidəni izah edə bilən DNT replikasiyasının başlanğıcını idarə etmək üçün müsbət tənzimləməyə söykənməsidir. [24] Məsələn, mənşəyi olmayan ekstraxromosomal DNT-lərin ev sahibi hüceyrələrə daxil edildiyi zaman replikasiya olunmaması ilə əlaqədardır. O, E. coli-də plazmid uyğunsuzluqlarını daha da rasionallaşdırır, burada müəyyən plazmidlər eyni molekulyar başlanğıc mexanizmləri üçün rəqabət səbəbindən bir-birlərinin irsiyyətini pozur. [25] Bunun əksinə olaraq, mənfi tənzimləmə modeli (transkripsiya üçün replikon-operator modelinin analoqu) yuxarıdakı tapıntıları izah edə bilmir. [24] Buna baxmayaraq, Jacob, Brenner və Cuzin'in replikon model təklifindən sonra aparılan araşdırmalar bakteriya və eukaryotlarda həm pozitiv, həm də mənfi tənzimləyici elementləri ehtiva edən çoxsaylı replikasiya nəzarət təbəqələrini kəşf etdi və DNT replikasiyasını məhdudlaşdırmağın həm mürəkkəbliyini, həm də əhəmiyyətini vurğuladı. zaman və məkan baxımından. [2] [26] [27] [28]

Replikatorun genetik bir varlıq kimi konsepsiyası, replikatorların təşkili və mürəkkəbliyi həyatın sahələri arasında əhəmiyyətli dərəcədə fərqli olsa da, prokaryotlarda və müəyyən dərəcədə eukaryotlarda replikator DNT ardıcıllıqlarını və təşəbbüskar zülalları müəyyən etmək axtarışında çox faydalı olduğunu sübut etdi. [29] [30] Bakterial genomlar adətən konsensus DNT ardıcıllığı elementləri ilə müəyyən edilən və bütün xromosomun replikasiyasını idarə edən tək replikatordan ibarət olsa da, əksər eukaryotik replikatorlar – tumurcuqlanan maya istisna olmaqla – DNT səviyyəsində müəyyən edilmir. ardıcıllıq, yerli DNT struktur və xromatin işarələri ilə kombinator olaraq təyin olunduqları görünür. [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] Ökaryotik xromosomlar da bakterial həmkarlarından xeyli böyükdür və bir çoxlarından DNT sintezinin başlamasına ehtiyac yaradır. bütün genomun vaxtında təkrarlanmasını təmin etmək üçün eyni vaxtda mənşəli. Bundan əlavə, müəyyən bir hüceyrə dövründə replikasiyanı başlatmaq üçün aktivləşdiriləndən daha çox replikativ helikazlar yüklənir. Replikatorların kontekstə əsaslanan tərifi və mənşə seçimi, eukaryotik sistemlərdə DNT replikasiya proqramında elastikliyə imkan verən rahat bir replikon modelini təklif edir. [29] Replikatorlar və mənşələr xromosomlar üzərində fiziki olaraq bir-birindən uzaqlaşdırıla bilsələr də, onlar tez-tez birgə lokallaşdırılır və ya sadəlik üçün yaxın məsafədə yerləşirlər, buna görə də biz bu nəzərdən keçirmə zamanı hər iki elementə “mənşə” kimi istinad edəcəyik. Birlikdə götürsək, müxtəlif orqanizmlərdə mənşə ardıcıllığının kəşf edilməsi və təcrid edilməsi, replikasiyanın başlanmasının mexaniki anlayışını əldə etmək yolunda əhəmiyyətli bir mərhələdir. Bundan əlavə, bu nailiyyətlərin bakteriya, maya və məməlilər hüceyrələrində yayıla bilən servis vektorlarının inkişafı üçün dərin biotexnoloji təsiri vardı. [2] [41] [42] [43]

Bakterial xromosomların çoxu dairəvidir və xromosom replikasiyasının tək mənşəyini ehtiva edir (oriC). Bakterial oriC bölgələr təəccüblü dərəcədə müxtəlifdir (250 bp-dən 2 kbp-ə qədər), ardıcıllıq və təşkilat [45] [46] buna baxmayaraq, onların təkrarlanma başlanğıcını idarə etmək qabiliyyəti adətən bakterial təşəbbüskar tərəfindən konsensus DNT elementlərinin ardıcıllıqla oxunuşundan asılıdır. DnaA adlı bir protein. [47] [48] [49] [50] Bakteriyaların mənşəyi ya davamlı, ya da ikitərəfli olur və mənşə fəaliyyətinə nəzarət edən üç funksional elementdən ibarətdir: AT ilə zəngin olan DnaA (DnaA qutuları adlanır) tərəfindən xüsusi olaraq tanınan qorunmuş DNT təkrarları. DNT-nin açılması elementi (DUE) və replikasiya başlanğıcını tənzimləməyə kömək edən zülallar üçün bağlanma yerləri. [17] [51] [52] DnaA-nın həm cüt telli (ds) DnaA-qutu bölgələri ilə, həm də DUE-də tək telli (ss) DNT ilə qarşılıqlı əlaqəsi, mənşəyi aktivləşdirmək üçün vacibdir və müxtəlif sahələrdə vasitəçilik edilir. təşəbbüskar zülal: müvafiq olaraq müxtəlif hüceyrə fəaliyyətləri (AAA+) sahəsi ilə əlaqəli bir Helix-turn-helix (HTH) DNT bağlayıcı elementi və ATPase. [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] Mənşə ilə əlaqəli DnaA-qutularının ardıcıllığı, sayı və düzülüşü bütün bakteriya səltənətində fərqli olsa da, onların xüsusi yerləşməsi və müəyyən bir məsafədə yerləşməsi növlər üçün vacibdir oriC funksiyası və məhsuldar başlanğıc üçün kompleks formalaşması. [2] [45] [46] [60] [61] [62] [63] [64]

Bakteriyalar arasında, E. coli çoxalmanın mənşəyinin təşkili, tanınması və aktivləşdirilməsi mexanizmini öyrənmək üçün xüsusilə güclü bir model sistemidir. E. coli oriC təqribən ibarətdir

DnaA-ya yaxınlıqları və ATP ko-faktorundan asılılıqları ilə fərqlənən dörd növ başlatıcı bağlama elementini ehtiva edən 260 bp bölgəsi. DnaA-qutuları R1, R2 və R4, təşəbbüskarın nukleotid bağlayan vəziyyətindən asılı olmayaraq, DnaA-nın HTH domeni ilə bağlanan yüksək yaxınlıqlı saytları təşkil edir. [47] [65] [66] [67] [68] [69] Bunun əksinə olaraq, R-saytları arasında kəsişən I, τ və C-saytlar aşağı yaxınlıqlı DnaA-qutulardır və üstünlük olaraq birləşirlər. ATP ilə bağlı DnaA ilə, baxmayaraq ki, ADP-DnaA müəyyən şərtlərdə ATP-DnaA-nı əvəz edə bilər. [70] [71] [72] [63] HTH domenlərinin yüksək və aşağı yaxınlıqlı DnaA tanıma elementlərinə bağlanması DnaA-nın AAA+ modullarının dupleks DNT-ni saran sağ əlli filamentə ATP-dən asılı yüksək dərəcəli oliqomerizasiyasını təşviq edir. onun xarici səthi ətrafında, beləliklə, bitişik AT ilə zəngin DUE-nin əriməsini asanlaşdıran superhelik burulma yaradır. [53] [73] [74] [75] DNA zəncirinin ayrılmasına əlavə olaraq DnaA-nın AAA+ ATPase sahəsinin DNAA-trios adlanan üçlü təkrarlama ilə DUE proksimal bölgəsindəki birbaşa qarşılıqlı təsirləri kömək edir. [76] Tək telli trinükleotid seqmentlərinin başlatma filamenti ilə əlaqəsi DNT-ni uzadır və yenidən qurulmanın qarşısını alaraq inisiyasiya balonunu sabitləşdirir. [57] DnaA-trio mənşəli element bir çox bakteriya növündə qorunub saxlanılır ki, bu da mənşə funksiyası üçün əsas elementdir. [76] Əriyəndən sonra, DUE E. coli replikativ helikaz DnaB, yükləyici zülal DnaC tərəfindən tək DNT zəncirlərinin hər birinə yerləşdirilir. [2]

Baxmayaraq ki, DnaA-nın müxtəlif DNT bağlama fəaliyyətləri biokimyəvi və müxtəlif üsullarla geniş şəkildə öyrənilmişdir. apo, ssDNA- və ya dsDNA-ya bağlı strukturlar müəyyən edilmişdir, [56] [57] [58] [74] daha yüksək dərəcəli DnaA-nın dəqiq arxitekturasıoriC başlanğıc quruluşu aydın deyil. Əsas mənşəli elementlərin və DnaA vasitəçiliyinin təşkilini izah etmək üçün iki model təklif edilmişdir oriC əriməsi. İki vəziyyətli model, bir dsDNA bağlama rejimindən (təşkilat kompleksi) DUE-də (ərimə kompleksi) bir ssDNA bağlama rejiminə keçən davamlı bir DnaA filamentini qəbul edir. [74] [77] Əksinə, geri dönmə modelində DNT kəskin şəkildə əyilmişdir oriC və DnaA protomerləri eyni vaxtda cüt və tək telli DNT bölgələri ilə məşğul olmaları üçün başlatma filamentinə geri qatlanır. [78] Necə dəqiq olduğunu aydınlaşdırmaq oriC DNA, DnaA tərəfindən təşkil edilir, beləliklə gələcək tədqiqatlar üçün vacib bir vəzifə olaraq qalır. Başlanğıc kompleks memarlıq anlayışları, yalnız DNT -nin necə əridildiyini deyil, həm də DUE -də açılmış tək DNT zəncirlərinin hər birinə necə bir replikativ helikazın yükləndiyini və bu hadisələrin helikazın qarşılıqlı təsirləri ilə necə kömək edildiyini izah etməyə kömək edəcəkdir. başlatıcı və xüsusi yükləyici zülallar. [2]

Archaeal replikasiya mənşəli bakteriyaların təşkilati xüsusiyyətlərinin hamısını deyil, hamısını paylaşır oriC. Archaea, bakteriyalardan fərqli olaraq, bir xromosom üçün birdən çox mənşədən replikasiyaya başlayır (birdən dördə qədər məlumat verilir) [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [46] hələ də arxaeal mənşə də mənşə funksiyasını idarə edən xüsusi ardıcıllıq bölgələrinə malikdir. [87] [88] [89] Bu elementlərə həm DNT ardıcıllığına xas mənşənin tanınması qutuları (ORB və ya miniORB) və bir və ya bir neçə ORB bölgəsi ilə əhatə olunan AT ilə zəngin DUE daxildir. [85] [90] ORB elementləri həm müxtəlif arxeal növlər arasında, həm də bir növ daxilindəki müxtəlif mənşələr arasında onların sayı, düzülüşü və ardıcıllığı baxımından əhəmiyyətli dərəcədə müxtəliflik nümayiş etdirir. [80] [85] [91] Təşəbbüskar, ORB bölgələrini birləşdirən arxeyada Orc1/Cdc6 tərəfindən əlavə mürəkkəblik dərəcəsi təqdim edilir. Arxeal genomlar adətən fərqli ORB elementlərinə yaxınlıqlarında əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənən və mənşə fəaliyyətlərinə diferensial şəkildə töhfə verən Orc1/Cdc6-nın çoxsaylı paraloqlarını kodlayır. [85] [92] [93] [94] In Sulfolobus solfataricusməsələn, üç xromosom mənşəli xəritələndirildi (oriC1, oriC2 və oriC3) və biokimyəvi tədqiqatlar bu sahələrdə təşəbbüskarların kompleks bağlanma nümunələrini ortaya qoydu. [85] [86] [95] [96] oriC1 üçün ortaq təşəbbüskar, bu mənşəli bir neçə ORB ilə birləşən Orc1-1-dir. [85] [93] OriC2 və oriC3 həm Orc1-1, həm də Orc1-3 ilə bağlıdır. [85] [93] [96] Əksinə, üçüncü paraloq, Orc1-2, hər üç mənşədə ayaq izləri daşıyır, lakin replikasiyanın başlanmasını mənfi şəkildə tənzimlədiyi güman edilir. [85] [96] Bundan əlavə, Orc1/Cdc6 ilə əlaqəsi olmayan təşəbbüskar olan WhiP zülalının bütün mənşələri də bağladığı və yaxından əlaqəli olan oriC3 mənşəli fəaliyyətini idarə etdiyi göstərilmişdir. Sulfolobus islandicus. [93] [95] Arxeal mənşələr çox vaxt bir neçə bitişik ORB elementini ehtiva etdiyinə görə, çoxlu Orc1/Cdc6 paraloqları eyni vaxtda mənşəyə daxil ola və bəzi hallarda oliqomerləşə bilər [94] [97] lakin bakterial DnaA-dan fərqli olaraq, daha yüksək səviyyəli başlatma qurğusu arxaeal alanda mənşə funksiyası üçün ümumi bir şərt kimi görünmür. [2]

Struktur tədqiqatlar arxeal Orc1/Cdc6-nın ORB elementlərini necə tanıdığı və mənşəli DNT-ni yenidən modelləşdirməsi ilə bağlı fikirlər təmin etmişdir. [97] [98] Orc1/Cdc6 paralelləri iki sahəli zülallardır və C-terminallı qanadlı sarmal qatına birləşdirilmiş AAA+ ATPase modulundan ibarətdir. [99] [100] [101] Orc1/Cdc6-nın DNA kompleksli quruluşları, ORB elementləri içərisində ters çevrilmiş təkrar ardıcıllıqların olmasına baxmayaraq, ORB-lərin Orc1/Cdc6 monomeri ilə bağlı olduğunu ortaya qoydu. [97] [98] Həm ATPaz, həm də qanadlı sarmal bölgələr DNT dupleksi ilə qarşılıqlı əlaqə qurur, ancaq Orc1/Cdc6-nı müəyyən bir istiqamətdə oriyentasiya edən palindromik ORB təkrar ardıcıllığı ilə əlaqə qurur. [97] [98] Maraqlıdır ki, DUE-nin yanındakı ORB və ya miniORB elementləri tez-tez əks polaritələrə malikdir, [80] [85] [94] [102] [103], AAA+ qapaq alt sahələrinin və qanadlı sarmal sahələrinin olduğunu proqnozlaşdırır. Orc1/Cdc6, DUE -nin hər iki tərəfində bir -birinə baxacaq şəkildə yerləşdirilmişdir. [97] [98] Orc1/Cdc6 -nın hər iki bölgəsi minikromosom saxlama (MCM) replikativ helikaz ilə birləşdiyi üçün [104] [105] ORB elementlərinin və Orc1/Cdc6 -nın bu xüsusi tənzimlənməsi simmetrik olaraq iki MCM kompleksinin yüklənməsi üçün çox vacibdir. DUE. [85] Təəccüblüdür ki, ORB DNT ardıcıllığı Orc1/Cdc6 bağlanmasının istiqamətliliyini müəyyən edərkən, başlatıcı DNT ilə nisbətən az ardıcıllığa xas təmaslar qurur. [97] [98] Bununla birlikdə, Orc1/Cdc6, DNT-ni ciddi şəkildə yuyur və bükür, bu da mənşəyi tanımaq üçün həm DNT ardıcıllığının, həm də kontekstdən asılı DNT struktur xüsusiyyətlərinin qarışığına əsaslandığını irəli sürür. [97] [98] [106] Qeyd etmək lazımdır ki, kristal strukturlarda Orc1/Cdc6 bağlandıqdan sonra təhrif edilmiş DNT dupleksində baza cütləşməsi saxlanılır, [97] [98] biokimyəvi tədqiqatlar isə arxeal təşəbbüskarların əriyə biləcəyinə dair ziddiyyətli nəticələr əldə etmişdir. DNT bakteriya DnaA -ya bənzəyir. [93] [94] [107] Arxeal və eukaryotik təşəbbüskarların və replikativ spiralların təkamül qohumluğu, archaeal MCM-nin çox güman ki, dupleks DNT-yə yükləndiyini göstərsə də (növbəti hissəyə baxın), mənşənin ərimə və helikaz yüklənməsinin müvəqqəti qaydası, həmçinin Arxeal sistemlərdə mənşəli DNT-nin əriməsi mexanizmi aydın şəkildə qurulmalıdır. Eyni şəkildə, MCM helikazının DNT-yə tam olaraq necə yükləndiyi gələcək tədqiqatlarda müzakirə edilməlidir. [2]

Eukariotlarda mənşənin təşkili, spesifikasiyası və aktivləşdirilməsi bakterial və ya arxeal sahələrə nisbətən daha mürəkkəbdir və prokaryotik replikasiyanın başlanması üçün qurulmuş paradiqmadan əhəmiyyətli dərəcədə kənara çıxır. 12 Mbp ilə qədər dəyişən eukaryotik hüceyrələrin böyük genom ölçüləri S. cerevisiae insanlarda 3 Gbp'ye qədər, hər bir hüceyrə dövrü ərzində bütün xromosomların DNT replikasiyasını tamamlamaq üçün DNT replikasiyasının bir neçə yüzdən (qönçələnən mayada) on minlərlə (insanlarda) başlanmasını tələb edir. [27] [36] istisna olmaqla S. cerevisiae və əlaqəli Sakaromikotina növlər, eukaryotik mənşəli konsensus DNT ardıcıllığı elementləri ehtiva etmir, lakin onların yerləşməsi yerli DNT topologiyası, DNT struktur xüsusiyyətləri və xromatin mühiti kimi kontekstual işarələrdən təsirlənir. [110] [35] [37] Buna baxmayaraq, eukaryotik mənşəli funksiya hələ də hüceyrə dövrünün son M və G1 fazalarında replikativ helikazları DNT-yə yükləmək üçün qorunmuş başlatıcı zülal kompleksinə əsaslanır, bu addım mənşənin lisenziyalaşdırılması kimi tanınır. [111] Bakterial analoqlarından fərqli olaraq, eukariotlarda replikativ helikazlar mənşəli dupleks DNT-yə qeyri-aktiv, cüt heksamerik formada yüklənir və onların yalnız bir hissəsi (məməli hüceyrələrində 10-20%) istənilən S fazasında aktivləşir. , mənşəli atəş kimi istinad edilən hadisələr. [112] [113] [114] Buna görə də aktiv eukaryotik mənşəli yerlər ən az iki fərqli səviyyədə müəyyən edilir, bütün potensial mənşələri qeyd etmək üçün mənşə lisenziyası və çoxalma maşınlarının yığılmasına və başlamasına icazə verən bir alt dəsti seçmək üçün mənşəli atəş. DNT sintezi. Əlavə lisenziyalı mənşələr ehtiyat olaraq xidmət edir və yalnız hüceyrələr replikasiya stresi ilə qarşılaşdıqda DNT replikasiyasının tamamlanmasını təmin edərək yaxınlıqdakı replikasiya çəngəllərinin yavaşlaması və ya dayandırılması ilə aktivləşir. [115] [116] Birlikdə, lisenziyalı mənşələrin çoxluğu və mənşəli lisenziyalaşdırma və atəşin sıx hüceyrə dövrü nəzarəti, az və çox təkrarlanmanın qarşısını almaq və eukaryotik genomların bütövlüyünü qorumaq üçün iki vacib strategiyanı təcəssüm etdirir. [2]

Erkən tədqiqatlar S. cerevisiae eukariotlarda replikasiya mənşəyinin prokaryotlarda olduğu kimi DNT ardıcıllığına xas şəkildə tanınmasının mümkün olduğunu göstərdi. Qönçələnən mayada, genetik replikatorların axtarışı, ekstrakromosomal DNT -nin təsirli DNT replikasiyası başlamasını dəstəkləyən, avtonom şəkildə təkrarlanan ardıcıllıqların (ARS) müəyyən edilməsinə səbəb olur. [117] [118] [119] Bu ARS bölgələri təxminən 100-200 bp uzunluğundadır və mənşə funksiyası üçün birlikdə vacib olan A, B1, B2 və bəzən B3 elementlərindən ibarət çox tərəfli bir təşkilat nümayiş etdirir. [120] [121] Bir element, B1 elementi ilə birlikdə heteroheksamerik mənşəyi tanıma kompleksi (ORC) üçün əsas bağlama yerini təşkil edən qorunmuş 11 bp ARS konsensus ardıcıllığını (ACS), [122] [123] əhatə edir. , eukaryotik replikasiya təşəbbüskarı. [124] [125] [126] [127] ORC daxilində beş alt bölmə qorunmuş AAA+ ATPaz və qanadlı sarmal qıvrımlara əsaslanır və DNT-ni əhatə edən pentamer halqaya birləşir. [127] [128] [129] Qönçələnən maya ORC-də, ATPase və qanadlı sarmal sahələrindəki DNT bağlayıcı elementlər, eləcə də bəzi ORC alt bölmələrində bitişik əsas yamaq bölgələri ORC halqasının mərkəzi gözündə yerləşir. ATP-dən asılı olaraq ACS-nin DNT-ardıcıllığına xüsusi tanınmasına kömək edəcəklər. [127] [130] Bunun əksinə olaraq, B2 və B3 elementlərinin rolları daha az aydındır. B2 bölgəsi ardıcıllıqla ACS-yə bənzəyir və müəyyən şərtlər altında ikinci ORC bağlama yeri kimi və ya replikativ helikaz nüvəsi üçün bağlama yeri kimi fəaliyyət göstərməsi təklif edilmişdir. [131] [132] [133] [134] [135] Əksinə, B3 elementi Abf1 transkripsiya faktorunu cəlb edir, baxmayaraq ki, B3 bütün qönçələnmə maya mənşəyində tapılmaz və Abf1 bağlanması mənşə funksiyası üçün ciddi şəkildə vacib görünmür. [2] [120] [136] [137]

Başqa eukariotlarda mənşənin tanınması S. cerevisiae və ya yaxın qohumları qorunmuş mənşəli DNT elementlərinin ardıcıllıqla oxunmasına uyğun gəlmir. Ökaryotik növlərdə spesifik xromosom replikator ardıcıllığını, genetik olaraq və ya başlatıcı bağlayıcı və ya replikasiya başlanğıc yerlərinin genom xəritələməsi ilə təcrid etmək üçün edilən axtarışlar, mənşəyində aydın konsensus ardıcıllığını müəyyən edə bilmədi. [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] Beləliklə, qönçələnmə mayasında ardıcıllıqla xüsusi DNT-inisiator qarşılıqlı təsirləri eukaryotik sahədəki mənşə spesifikasiyası üçün arxetipik bir rejim deyil, bu sistemdə mənşəyi tanımaq üçün xüsusi bir rejim. Buna baxmayaraq, DNT replikasiyası, eukaryotik genomlar arasında təsadüfi olaraq paylanmayan ayrı yerlərdə başlayır və alternativ vasitələrin bu sistemlərdə mənşəyinin xromosomal yerini təyin etdiyini iddia edir. Bu mexanizmlər DNT-nin əlçatanlığı, nukleotid ardıcıllığının əyriliyi (həm AT zənginliyi, həm də CpG adaları mənşəyi ilə əlaqələndirilir), Nukleosomların yerləşdirilməsi, epigenetik xüsusiyyətlər, DNT topologiyası və müəyyən DNT struktur xüsusiyyətləri (məsələn, G4 motivləri) arasında mürəkkəb qarşılıqlı əlaqəni əhatə edir. tənzimləyici zülallar və transkripsiya müdaxiləsi kimi. [17] [18] [34] [35] [37] [150] [151] [143] [152] Əhəmiyyətlisi odur ki, mənşə xassələri təkcə orqanizmdəki müxtəlif mənşələr və növlər arasında deyil, həm də bəziləri eyni zamanda dəyişə bilər. inkişaf və hüceyrə fərqlənməsi. İçindəki xorion lokusu Drosophila follikul hüceyrələri başlanğıc hadisələrinin məkan və inkişafa nəzarəti üçün yaxşı qurulmuş nümunədir. Bu bölgə oogenez zamanı müəyyən bir mərhələdə DNT-dən asılı olan gen gücləndirilməsinə məruz qalır və xorionun mənşəyinin vaxtında və spesifik aktivləşdirilməsinə əsaslanır ki, bu da öz növbəsində mənşəyə məxsus cis-elementlər və Myb kompleksi də daxil olmaqla bir neçə protein faktoru ilə tənzimlənir. E2F1 və E2F2. [153] [154] [155] [156] [157] Metazoan mənşəyinin bu kombinatorial spesifikasiyası və çoxfaktorlu tənzimlənməsi eukaryotlar arasında replikasiya başlanğıc yerlərinin yerini təyin edən birləşdirici xüsusiyyətlərin müəyyənləşdirilməsini daha da çətinləşdirmişdir. [2]

Replikasiya başlanğıcını və mənşəyi tanımağı asanlaşdırmaq üçün, müxtəlif növlərdən olan ORC məclisləri, ümumiyyətlə xromosom mənşəli və ya xromosomları hədəf alan təşəbbüskara kömək etdiyi düşünülmüş xüsusi köməkçi sahələri inkişaf etdirmişdir. Məsələn, Orc4 alt bölməsi S. pombe ORC-də AT-lə zəngin DNT-ni üstünlük təşkil edən bir neçə AT ​​qarmaqları var, [158] metazoan ORC-də isə Orc6-nın TFIIB-bənzər domeninin oxşar funksiyanı yerinə yetirdiyi düşünülür. [159] Metazoan Orc1 zülalları həmçinin H4K20me2-nukleosomları ilə qarşılıqlı əlaqədə olan bromo-bitişik homologiya (BAH) domenini saxlayır. [109] Xüsusilə məməli hüceyrələrində H4K20 metilasiyasının effektiv replikasiyanın başlanması üçün tələb olunduğu bildirilmişdir və Orc1-BAH domeni ORC-nin xromosomlarla əlaqəsini və Epstein-Barr virusunun mənşəyindən asılı replikasiyasını asanlaşdırır. [160] [161] [162] [163] [164] Buna görə də hər iki müşahidənin ən azı bir metazoa alt hissəsində mexaniki olaraq əlaqəli olduğunu söyləmək maraqlıdır, lakin bu ehtimalın gələcək tədqiqatlarda daha da araşdırılması lazımdır. Müəyyən DNT və ya epigenetik xüsusiyyətlərin tanınması ilə yanaşı, ORC, həmçinin LRWD1, PHIP (və ya DCAF14), HMGA1a və digərləri daxil olmaqla, təşəbbüskarın işə götürülməsinə kömək edə biləcək bir neçə tərəfdaş zülal ilə birbaşa və ya dolayı şəkildə əlaqələndirilir. [33] [165] [166] [167] [168] [169] [170] [171] Maraqlıdır ki, Drosophila ORC, qönçələnən maya həmkarı kimi, DNT-ni əyir və mənfi super qıvrımın bu kompleksin DNT bağlanmasını gücləndirdiyi bildirilmişdir, bu da DNT formasının və elastikliyinin metazoa genomları arasında ORC bağlanma yerlərinin yerləşməsinə təsir göstərə biləcəyini göstərir. [31] [127] [172] [173] [174] ORC -nin DNT bağlayıcı bölgələrinin, DNT dupleksinin struktur xüsusiyyətlərinin oxunmasını spesifik DNT ardıcıllığından deyil, metazoanlarda necə dəstəkləyə biləcəyinə dair molekulyar anlayış. S. cerevisiae DNT ilə əlaqəli metazoan başlatma qurğularının yüksək qətnaməli struktur məlumatlarını gözləyir. Eyni şəkildə, fərqli epigenetik amillərin metazoa sistemlərində təşəbbüskarların işə götürülməsinə kömək edib-etməməsi və necə kömək etməsi zəif müəyyən edilmişdir və daha ətraflı şəkildə həll edilməli olan vacib bir sualdır. [2]

Mənşəyə cəlb edildikdən sonra ORC və onun ko-faktorları Cdc6 və Cdt1 minixromosomun saxlanması 2-7 (Mcm2-7) kompleksinin DNT-də çökməsinə səbəb olur. [111] [175] Arxaeal replikativ helikaz nüvəsi kimi, Mcm2-7 də mənşəyi lisenziyalaşdırmaq üçün DNT-yə baş-başa ikiqat hexamer kimi yüklənir. [112] [113] [114] S-fazasında Dbf4-dən asılı kinaz (DDK) və siklindən asılı kinaz (CDK) bir neçə Mcm2-7 alt bölməsini və Cdc45 helikaz ko-aktivatorlarının işə cəlb edilməsini təşviq etmək üçün əlavə başlanğıc amillərini fosforlaşdırır. və GINS, DNT əriməsi və nəticədə lisenziyalı mənşələrin bir alt qrupunda iki istiqamətli təkrar montaj. [28] [176] Həm mayalarda, həm də metazoanlarda mənşələr nukleosomlardan azaddır və ya tükənmişdir, bu xüsusiyyət Mcm2-7 yüklənməsi üçün çox vacibdir, bu da onu göstərir ki, mənşədə xromatin vəziyyəti təkcə təşəbbüskarın işə götürülməsini deyil, həm də helikaz yüklənməsini tənzimləyir. [144] [177] [178] [179] [180] [181] İcazə verən xromatin mühiti mənşənin aktivləşdirilməsi üçün daha da vacibdir və həm mənşənin səmərəliliyinin, həm də mənşəli atəşin vaxtının tənzimlənməsində iştirak etmişdir. Evromatik mənşələr adətən aktiv xromatin işarələrini ehtiva edir, erkən çoxalırlar və əksinə repressiv işarələrlə xarakterizə olunan gec təkrarlanan heteroxromatik mənşələrdən daha səmərəlidirlər.[27] [179] [182] Təəccüblü deyil ki, bir neçə xromatin yenidən qurucusu və xromatini dəyişdirən fermentlərin mənşəyi və müəyyən başlanğıc faktorları ilə əlaqəli olduğu təsbit edilmişdir, [183] ​​[184] lakin fəaliyyətlərinin fərqli replikasiyanın başlanğıc hadisələrinə necə təsir etməsi əsasən qaranlıq olaraq qalır. . Maraqlıdır ki, bu yaxınlarda replikasiya vaxtını tənzimləməyə kömək etmək və məməli hüceyrələrində 3D genom arxitekturasına təsir etmək üçün sis-fəaliyyət göstərən “erkən replikasiyaya nəzarət elementləri” (ECREs) müəyyən edilmişdir. [185] 3B genom təşkilatı, lokal və daha yüksək dərəcəli xromatin quruluşu və replikasiyanın başlanğıcı arasındakı bu kompleks qarşılıqlı əlaqəni təşkil edən molekulyar və biokimyəvi mexanizmləri anlamaq, sonrakı tədqiqatlar üçün həyəcan verici bir mövzudur. [2]

Niyə metazoan replikasiyasının mənşəyi prokaryotlarda və qönçələnən mayada replikasiyanın başlanğıc yerlərini təyin edən DNT ardıcıllığına xas tanınma paradiqmasından fərqlənir? Metazoan mənşəli tez-tez promouter bölgələri ilə birlikdə lokalizasiya edən müşahidələr Drosophila və məməlilərin hüceyrələri və əsas molekulyar mexanizmlərin toqquşması nəticəsində yaranan replikasiya-transkripsiya münaqişələrinin DNT zədələnməsinə səbəb ola biləcəyi, transkripsiya və replikasiyanın düzgün koordinasiyasının genom sabitliyini qorumaq üçün vacib olduğunu göstərir. [139] [141] [143] [146] [186] [20] [187] [188] Son tapıntılar həm də Mcm2-7 yüklənməsini maneə törətməklə və ya yüklənmiş Mcm2-7-nin xromosomlarda yerini dəyişdirməklə. [189] [152] Ardıcıllıqdan asılı olmayan (lakin mütləq təsadüfi deyil) təşəbbüskarın DNT-yə bağlanması əlavə olaraq helikaz yükləmə yerlərinin təyin edilməsində çevikliyə imkan verir və transkripsiya müdaxiləsi və lisenziyalı mənşələrin aktivasiya effektivliyindəki dəyişkənlik ilə birlikdə, ehtimal ki, mənşə yerini müəyyənləşdirir və töhfə verir. inkişaf və hüceyrə taleyi keçidləri zamanı DNT replikasiyası və transkripsiya proqramlarının birgə tənzimlənməsinə. Başlama hadisələrinin hesablama modelləşdirilməsi S. pombevə metazoidlərdə hüceyrə tipli spesifik və inkişafla tənzimlənən mənşəyinin müəyyən edilməsi də bu anlayışa uyğundur. [140] [148] [190] [191] [192] [193] [194] [152] Bununla birlikdə, vahid populyasiyadakı müxtəlif hüceyrələr arasında [143] [149] mənşə seçimində böyük dərəcədə elastiklik mövcuddur. [191] mənşəli istifadədə heterojenliyə səbəb olan molekulyar mexanizmlər hələ də dəqiq müəyyən edilməmişdir. Metazoan sistemlərində tək hüceyrələrin mənşəyinin xəritələndirilməsi və bu başlanğıc hadisələrinin tək hüceyrəli gen ifadəsi və xromatin statusu ilə əlaqələndirilməsi, mənşə seçiminin sırf stokastik olub-olmadığını və ya müəyyən bir şəkildə nəzarət edildiyini aydınlaşdırmaq üçün əhəmiyyətli olacaqdır. [2]