GENOMDA GEN

GENOMDA GEN

• Yakın akraba bakteri türlerinde genom dizilerinin çok benzer olduğunun belirlenmesi ile birlikte, bakteriyal genomlara bakış açımız kökten değişime uğramıştır.

• 16S rRNA dizilerindeki küçük farklılıkların bütün genomda büyük değişimlere neden olduğu görülmüştür.

• Yakın ilişkili genomlar arasındaki farklanmanın büyük çoğunluğunun gen

duplikasyonunun da dahil olduğu genomik yeniden düzenlenmelerin yanı sıra yatay gen

transferi yolu ile gen kazanımı ya da kaybından ileri geldiği belirlenmiştir.

• Bu mekanizmalar yolu ile genomda meydana gelen değişimler, organizmalara farklı çevresel koşullarda canlı kalma avantajı sağlar.

• Bununla birlikte; genlerin duplikasyonu ya da aktarılabilirliği yalnızca organizma düzeyinde değil, gen düzeyinde de doğal seçilimin işleyişini beraberinde getirir.

Organizmaya canlı kalma avantajı sağlar.

• Genlerin genom ile bağlantıları, bu seçici baskının üstesinden gelebilme yetenekleri ile doğrudan ilişkilidir.

• Analizler sonucunda 16s rRNA dizisindeki çok küçük bir değişikliğin, bütün genomda

büyük değişiklikleri beraberinde getireceği anlaşılmıştır.

• Özellikle; transpozonlar, fajlar ve plazmidlerin dahil olduğu mobil genetik elemanlar (MGE’ler), yakın ilişkili türler arasındaki gen farklılıklarının büyük kısmından

sorumludur.

• Bununla birlikte, büyük duplikasyonları delesyonlar ve inversiyonların da dahil olduğu

genomik yeniden düzenlenmeler laboratuvar ortamında geliştirilen hücrelerde de

gözlenmiştir.

• MGE’lerin bencil şekilde evrimleştikleri araştırıcılar tarafından uzun zamandır bilinmekteydi.

• Bununla birlikte, HGT’den dolayı bencil, mobil DNA ve hareketsiz konak genomu arasındaki ayrım oldukça belirsizdir. Daha önce de belirttiğimiz gibi her gen doğal seleksiyona farklı düzeyde cevap verir.

• 1)Bencil: duplikasyon yolu ile kendilerini çoğaltır ve intragenomik translokasyon ya da HGT ile göç ederek

• 2) Kooperatif: Entegre oldukları gen bölgesinin replikasyon yetenekleri ile uzun süre

kalıcı olmaları doğru orantılıdır.

GEN KOPYA SAYISI

• Genom karşılaştırma analizleri ve laboratuvar denemeleri sonucunda genetik

duplikasyonların ve büyük gen amplifikasyonlarının yaygın durumlar olduğu ortaya çıkmıştır.

• Son yapılan çalışmalar sonucunda, hücre bölünmesi başına 10

-10

bölge duplikasyonu gerçekleşirken, bu oranın nokta mutasyonundan 10

-10

kat fazla olduğu

belirlenmiştir.

• Ayrıca, gen duplikasyonundan sonra ilave kopya sayısı yükselmeleri, yüksek düzeyde

gerçekleşmektedir (hücre bölünmesi başına 10

).

• Genom dizi analizleri yaşam türlerinin tamamının gen duplikasyonları ile dolu olduğunu göstermiştir.

• Arke, bakteri ve ökaryotlara ait mevcut genom dizileri incelendiğinde, çok sayıda gen

duplikasyonları içerdikleri ve soya özgü gen genişlemesi taşıdıkları belirlenmiştir.

DUPLİKASYON BECERİSİ:SEÇİCİ ZORLAMA

• Genom dizi analizleri ve deneysel çalışmalar, duplikasyon sıklığının genler arasında farklılık gösterdiğini belirlemiştir.

• S. enterica kültürüne bakıldığında, spesifik bir gen bakımından duplikasyon içerenlerin oranı %0.0005-%3 arasında değişim göstermektedir.

• Benzer şekilde, pek çok organizma ile yürütülen bilgisayar analizleri sonucunda, bir

gen ailesinin kendini çoğaltmasının ya da genom içinde yayılma eğiliminin oldukça

değişken olduğu belirlenmiştir.

• Bazı genler evrensel olarak genom içinde neredeyse tek kopya sayısında bulunurken, diğerleri küçük gen aileleri oluşturur ve son olarak da bazıları çok çeşitli

organizmalarda çok sayıda karşımıza çıkabilir.

• Bakteri genomundaki yeri DNA dizisinin duplikasyon oranını etkilese de, farklı

kısımların duplikasyon yeteneği genellikle ilgili duplikasyonun uyum değerinden

(fitness cost) etkilenmektedir.

• Bu hipoteze göre protein komplekslerinin alt ünitelerini kodlayan genler düşük düzeyde duplikasyon eğiliminde olmalıdır çünkü bu eğilim yüksek olur ise, doz dengesizliği ortaya çıkar.

• Araştırıcılar tarafından ortaya konulan bu hipotez Saccharomyces cereviseae genom

analizlerine dayanmaktadır ve gerçekten de mayalarda protein alt ünitelerinde ya da

protein komplekslerinde gen duplikasyon miktarı azalma göstermektedir.

• Duplikasyonun hetero-kompleks (farklı alt ünitelerinden oluşan kompleks) proteinlerde problem teşkil etmektedir.

• Ancak E. coli ile yürütülen analizler sonucunda, protein kompleksitesi ve duplikasyon

arasında genel bir korelasyon belirlenmemiştir.

• Gen duplikasyonu ile ilişkili farklı faktörler de tanımlanmıştır.

• Gen duplikasyon düzeyi yalnızca molekül komplekslerini değil yolakları da etkilemektedir.

• Örneğin bir yolağın merkezinde bulunan, yolakta büyük rol oynayan bir proteinde

duplikasyon düzeyinin düşük olduğu belirlenmiştir.

• Örneğin fungal genomlarda mayalar için oldukça önemli olan genlerin, neredeyse her zaman tek kopya halinde olduğu belirlenmiştir.

• Ek olarak, bu tek-kopya evrensel fungal genler çok kopyası bulunan fungal genlere kıyasla, daha yavaş evrimleşmektedir.

• Bunun aksine, araştırmalar sadece evrensel genlerle sınırlandırılmadığında, yavaş evrimleşen

dizilerin bakteri ve mayalarda daha sık duplike olduklarının bulunması, genlerin çeşitliliğine

göre duplikasyon gücünün ve dizi değişiminin de farklandığı belirlenmiştir.