Информация

Можно ли использовать конвергентную эволюцию для объяснения сходства генома низкого и высокого видов, например? горилла и человек?

Можно ли использовать конвергентную эволюцию для объяснения сходства генома низкого и высокого видов, например? горилла и человек?



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.

Пример: 1) молекула родопсина в галобактериях для производства энергии из света. 2) молекула родопсина для зрения у человека. Говорят, что они принадлежат к разным родословным, и их большое сходство связано с конвергентной эволюцией. Очевидно, что по прошествии длительного геологического и до геологического времени, как говорится, вещи могут развиваться к лучшему или наиболее эффективному, по крайней мере, в конкретном случае. Так что мне интересно, многое сделано из сходства геномов высоких и низких видов, чтобы «доказать», что человек произошел от низших видов. Но нельзя ли вообще использовать приемлемую концепцию конвергентной эволюции для объяснения сходства, скажем, генома обезьяны и генома человека?


Поскольку обычно существует много различных возможных молекул, которые могут выполнять почти идентичные функции, возможно, но маловероятно, что две независимые эволюционные линии в конечном итоге получат одну и ту же молекулу, выполняющую одну и ту же функцию. Если молекулы A1 и A2 выполняют функцию FA в линиях 1 и 2 соответственно, а молекулы B1 и B2 выполняют функцию FB в линиях 1 и 2 соответственно; и если вероятность того, что A1 идентичен A2 равна PA, а вероятность того, что B1 идентичен B2, равна PB, то вероятность того, что оба линии используют одни и те же молекулы соответственно для выполнения функции FA и FB (PA) (PB): продукт двух вероятностей.

Допустим, вероятность PA равна 0,01, а вероятность PB также равна 0,01. Тогда вероятность того, что две линии будут иметь идентичные молекулы соответственно для каждой из двух функций, равна (PA) (PB) = 0,0001. Проделайте то же упражнение только для десяти таких функций, и результат будет произведением всех десяти вероятностей: (PA) (PB) (PC)… (PJ) = $10^{-20}$, ОЧЕНЬ небольшое количество. Таким образом, вероятность конвергентной эволюции, происходящей в молекулярном масштабе в значительной части генома, ничтожно мала.

Однако на уровне фенотипа конвергентная эволюция более вероятна. Различные молекулы и разные траектории развития могут создавать фенотипические структуры, которые выполняют очень похожие функции и даже могут быть очень похожи друг на друга. Рассмотрим, например, крылья летучих мышей, птиц и насекомых. Фенотипы могут быть похожими, но на геномном уровне сходства очень мало.

Напрашивается вывод, что ЕСЛИ существует близкое геномное сходство между двумя линиями по более чем нескольким генетическим локусам, тогда линии тесно связаны и расходятся от общего предка.


Вы запутались в терминах.

существует разница между конвергентной эволюцией на генетическом и функциональном уровнях.

Родопсин - это группа похожих белковых молекул с похожей структурой, некоторые из которых имеют схожую функцию. Это не одна идентичная молекула. У людей и галобактерий разные молекулы родопсина и гены родопсина.

Молекулярная структура родопсина может быть похожей, но она не такая же, И генетика и процесс его производства кардинально отличаются. Галобактерии и животные имеют очень разные гены родопсина, и даже у животных гены родопсина сильно различаются, но различаются по предсказуемой схеме, которая отражает их эволюционные отношения.

Это конвергентная эволюция на функциональном уровне, когда мы сталкиваемся с похожими конфигурациями, которые дают аналогичные результаты, даже если кодирование для этой структуры кардинально отличается. подумайте о сходстве крыльев насекомых и колибри. Это не похожая генетика, а похожие молекулы или структуры.

Конвергентная эволюция на генетическом уровне крайне редка и в основном обусловлена ​​законом большого числа, а не чем-либо еще. Это всегда небольшие сходства посреди огромного моря различий. эквивалент двух книг двух разных авторов, которые содержат одно и то же предложение, даже если вся остальная часть книги отличается. И даже тогда это имеет тенденцию происходить только у близкородственных видов, у которых достаточно генетических элементов, так что шансы получить одну и ту же мутацию дважды статистически возможны.

источники: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/bi00136a001

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/bi00128a002

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/037811199500458I

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0966842X06002307


Нет. Во-первых, идея о «низших» и «высших» видах является одним из тех «даже не неправильных» убеждений, которыми мы обременены по причинам, которые лучше не обсуждать здесь. Обезьяна, обезьяна или морская звезда не лучше и не хуже приспособлены к окружающей среде, чем человек. И у нас есть немало свидетельств, таких как летопись окаменелостей, связывающих обезьян и людей независимо от геномных свидетельств. (Многие из них были известны за десятилетия до открытия ДНК.)

@S. В ответе МакГрю обсуждается статистическая вероятность появления подобных геномов в результате конвергентной эволюции. Но давайте подойдем к вопросу с другой стороны и рассмотрим пару примеров реальной конвергентной эволюции.

Во-первых, ихтиозавры https://en.wikipedia.org/wiki/Ichthyosaur и китообразные https://en.wikipedia.org/wiki/Cetacea Сформированные давлением морской среды, они выглядят настолько одинаково, что случайный наблюдатель могут возникнуть проблемы с определением, к какой группе принадлежит конкретный вид. И все же одна группа - это рептилии, другая - млекопитающие, разделенные сотнями миллионов лет от своего последнего общего предка. Их телесная форма похожа, но их геномы очень разные.

Другим и даже более разобщенным примером являются колибри https://en.wikipedia.org/wiki/Hummingbird и бабочки-колибри https://www.fs.fed.us/wildflowers/pollinators/pollinator-of-the -month / hummingbird_moth.shtml Они настолько похожи друг на друга, что их трудно различить случайному наблюдателю, они занимают одну и ту же среду обитания (я вижу обоих в своем летнем саду), питаются примерно одинаково - но одна птица, другое насекомое. Опять же, сходство внешнего вида и поведения является результатом эволюционного давления, действующего на очень разные геномы.

Есть много других примеров конвергентной эволюции. В большинстве случаев, если не во всех, сходство стало результатом аналогичного давления окружающей среды, действующего на геномы, а НЕ результатом того, что геномы эволюционировали и стали почти одинаковыми. То есть, если вы сравните геномы двух таких конвергентных видов, у них не будет больше общего, чем у двух неконвергентных видов из одних и тех же групп.


Молекулярная конвергенция и параллельная эволюция четырех видов бесхвостых, обитающих в высокогорных районах Тибетского региона

На сегодняшний день доказательства относительной распространенности или редкости молекулярной конвергентной и параллельной эволюции противоречивы, и понимание того, как эти процессы способствуют адаптации, ограничено. Мы сравнили четыре высокогорных вида бесхвостых (Буфо тибетский, Nanorana parkeri, Рана кукунорис а также Scutiger boulengeri) из тибетского региона и изучили конвергентные и параллельные аминокислотные замены между ними и то, как они могли способствовать адаптации к высокому уровню.

Полученные результаты

Были собраны геномные данные четырех высокогорных видов и восьми их близких родственников низкорослых. Всего было идентифицировано 1098 ортологов, общих для всех видов. Сначала мы провели попарные сравнения с использованием теста Чжана и Кумара. Затем рКонв был рассчитан индекс и построено построение корреляции сходимости / расхождения. Кроме того, были исследованы гены, находящиеся под положительным отбором и с повышенной скоростью эволюции. Мы обнаружили большое количество аминокислотных сайтов с конвергентными или параллельными заменами. Несколько пар высокогорных видов, в частности, Р. кукунорис против N. parkeri а также Б. тибетанский против S. boulengeri, имело чрезмерное количество сходящихся замен по сравнению с нейтральным ожиданием. Тем не менее, эти сайты были в основном сконцентрированы в небольшом количестве генов (3–32), и конвергенции по всему геному не было обнаружено. Более того, большинство этих конвергентных генов не находились под обнаруживаемым положительным отбором и не имели повышенных темпов эволюции, хотя анализ функционального предсказания показал, что некоторые из конвергентных генов потенциально могут способствовать адаптации к высокому уровню развития.

Выводы

Существует значительный объем конвергентной эволюции на аминокислотном уровне среди высокогорных земноводных, хотя эти сайты сконцентрированы в нескольких генах и не распространены широко в геномах. Это может быть связано с тем, что все целевые виды происходят из одной среды. Относительное преобладание конвергентных замен среди высокогорных земноводных дает прекрасную возможность для дальнейшего изучения эволюции конвергентных молекул.


Варианты доступа

Получите полный доступ к журналу на 1 год

Все цены являются ценами НЕТТО.
НДС будет добавлен позже при оформлении заказа.
Расчет налога будет завершен во время оформления заказа.

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

Все цены являются ценами НЕТТО.


КЛАСТЕРЫ ГЕМОГЛОБИНОВ У ЧЕЛЮСТНЫХ ПОЗВОНОЧНЫХ

Регуляция развития экспрессии в кластерах генов & # x003b1-глобин и & # x003b2-глобин

У всех челюстных позвоночных эритроциты, образующиеся на разных стадиях развития, содержат разные формы гемоглобина. Все исследованные виды производят эмбрионально-специфические гемоглобины в примитивных эритроидных клетках, происходящих из желточного мешка, некоторые виды образуют эмбрионоспецифичную форму в печени, и все виды продуцируют гемоглобин & # x0201cadult & # x0201d в эритроидных клетках, продуцируемых в костном мозге ( Маниатис и др., Карлссон, 1980, 1985). Как и основной гемоглобин А взрослого человека, каждый из них является гетеротетрамером двух глобинов, подобных & # x003b1, и двух глобинов, подобных & # x003b2, каждый из которых связан с гемом. Глобины, подобные & # x003b1, паралогичны, что означает, что они являются гомологичными генами, генерируемыми дупликацией генов. & # x003b6-глобин вырабатывается в эритроцитах эмбриона, а & # x003b1-глобин вырабатывается в эритроцитах плода и взрослого человека (рис. 2) (Higgs et al. 2005). Точно так же паралогичные & # x003b2-подобные гены глобина также экспрессируются на прогрессирующих стадиях беременности. У людей & # x003b5-глобин вырабатывается в эмбриональных эритроцитах, & # x003b3-глобины вырабатываются в эритроидных клетках фетальной печени, а & # x003b4- и & # x003b2-глобины производятся в эритроидных клетках взрослого костного мозга (Grosveld и др., 1993). Гемоглобины, продуцируемые на разных стадиях развития, имеют разное сродство к кислороду и подвергаются сложной регуляции кофакторами, способствуя общему перемещению кислорода из кровотока матери в кровоток плода или эмбриона.

Модели эволюции комплексов генов гемоглобина у челюстных позвоночных. Кластеры генов у современных видов показаны на диаграмме Топ рисунка, а предполагаемое расположение генов у последнего общего предка челюстных позвоночных показано на диаграмме Нижний. Гены в скобках со знаком вопроса могут либо присутствовать в LCA и потеряны в одной или нескольких дочерних линиях, либо они могут отсутствовать в LCA, но приобретаться посредством транспозиции в некоторых потомках. (Толстые серые линии) Основные бифуркации во время эволюции линий, на примере видов на Топ. Карты кластеров генов были получены из комбинации аннотаций просмотра в UCSC Genome Browser (Kent et al. 2002) собранных геномов человека (Lander et al. 2001), утконоса (Warren et al. 2008), курицы (Hillier и др. 2004), лягушка Xenopus tropicalis (Hellsten et al. 2010), а рыба Медака (Kasahara et al. 2007), а также из недавних публикаций (Fuchs et al. 2006 Opazo et al. 2008b Patel et al. 2008). Гены представлены прямоугольниками, причем гены над линией расшифровываются слева направо, а гены под линией - в противоположной ориентации. (Красный) & # x003b2-подобные гены глобина (желтый) & # x003b1-подобные гены глобина (голубой) ИЛИ другие гены имеют цвета, характерные для каждого локуса (например, оттенки зеленого для неглобиновых генов в локусе LA). (Маленькие оранжевые кружки) Основные регулирующие регионы. Карты генов не полны, и они не в масштабе. Показанные здесь гены были выбраны для иллюстрации логики предложенных предков и транспозиций в двух кладах. Число слева от каждого кластера указывает хромосому, на которой он расположен для кластеров генов лягушки, дается идентификатор каркаса. Название с греческой буквой указано для генов гемоглобина у человека, утконоса и курицы, но общий & # x0201c & # x003b1-globin & # x0201d или & # x0201c & # x003b2-globin & # x0201d используется для лягушки и рыбы, потому что гены хуже охарактеризован. (Эта диаграмма адаптирована из Hardison 2008.)

Множественные, онтогенетически регулируемые гены в кластерах генов gnathostome & # x003b1-globin происходят из общего предкового кластера генов (Flint et al. 2001). Однако глобиновые гены & # x003b2 у млекопитающих больше похожи друг на друга, чем на множественные & # x003b2-подобные глобиновые гены птиц (Hardison and Miller 1993 Reitman et al. 1993). Это означает, что & # x003b2-подобные кластеры генов глобина были сгенерированы независимыми дупликациями генов у птиц и млекопитающих. Поскольку дифференциальная регуляция во время развития является постоянным свойством этих независимо полученных кластеров генов, либо наследственный регуляторный механизм развития был наложен на вновь продублированные гены, либо механизм, возникший в результате конвергенции. Регуляторные механизмы сложны, и, как обсуждается в последнем разделе, текущие механизмы представляют собой комбинации сохраненных и приобретенных функций.

Скоординированное регулирование между кластерами генов & # x003b1-Globin и & # x003b2-Globin

Экспрессия глобиновых генов & # x003b1 и & # x003b2 должна строго координироваться. Сбалансированное производство & # x003b1-глобина и & # x003b2-глобина в эритроидных клетках необходимо для эффективного образования гемоглобина, а дисбаланс приводит к патологическим фенотипам наследственных анемий, называемых талассемиями (Weatherall and Clegg 2001). Разделение кластеров генов глобина & # x003b1-подобных и & # x003b2-подобных у амниот требует координации экспрессии между различными хромосомами.

Виды рыб демонстрируют интересный контраст в том, что кластер генов, ортологичный (гомологичные гены, генерируемые событием видообразования) кластеру генов & # x003b1-глобина млекопитающих, содержит как & # x003b1-подобные, так и & # x003b2-подобные гены глобина ( Рис.2). Некоторые гены в более крупном кластере глобиновых генов у рыб экспрессируются в личинках, а другие - у взрослых особей (Chan et al. 1997). Таким образом, в этом кластере генов глобина рыб гены регулируются скоординированно (балансируя синтез & # x003b1-глобина и & # x003b2-глобина) и дифференцированно во время развития (личинка против взрослой особи).

Эволюция множественных кластеров глобиновых генов у позвоночных

Как только что обсуждалось, дифференциальная экспрессия паралогичных генов глобина внутри кластера и скоординированная регуляция между кластерами генов на разных хромосомах являются согласованными свойствами у амниот (птиц и млекопитающих). Разворачивающаяся история о том, как это возникло во время эволюции позвоночных, динамична и сложна. Анализ карт глобиновых генов и окружающих генов у современных видов позвоночных предлагает модель, показывающую перемещение к новым местам или дифференциальное удержание глобиновых генов, но все же приводящую к множественным кластерам генов гемоглобина у большинства, если не у всех исследованных позвоночных (рис. 2).

Гены, диагностирующие конкретную область генома, можно найти по бокам кластеров генов гемоглобина (Bulger et al. 1999 Flint et al. 2001 Gillemans et al. 2003). Диаграмма на рисунке 2 для ясности сфокусирована на одной копии, фланкирующих диагностических генах (Hardison 2008). Один кластер глобиновых генов обнаружен во всех исследованных гнатостомах, он фланкирован с одной стороны генами. MPG а также NPRL3 (Flint et al. 2001), и этот локус можно назвать & # x0201cMN, & # x0201d акронимом для этих двух генов (рис. 2). Основная область ДНК, регулирующая экспрессию генов глобина (MRE), расположена в интроне NPRL3 (Хиггс и др., 1990). Часто ген RHBDF1 примыкает к MPG ген. В отличие от плацентарных млекопитающих и цыплят, у которых есть только & # x003b1-подобные гены глобина на MN локус, ортологичные локусы у монотремного утконоса и сумчатых имеют набор генов глобина, подобных & # x003b1, плюс ген глобина, связанный с & # x003b2-глобином, геном & # x003c9-глобина (Wheeler et al., 2004 Patel et al. др. 2008 г.). Кроме того, утконос MN локус содержит гомолог гена глобина Y (GBY), глобин, обнаруженный у земноводных. Прямое молекулярное клонирование из генома лягушки Xenopus laevis (Jeffreys et al. 1980) и изучение сборки генома Xenopus tropicalis (Fuchs et al. 2006 Hellsten et al. 2010) выявили другой ген & # x003b2-глобина, связанный с несколькими генами & # x003b1-глобина в MN локус. Учитывая присутствие глобиновых генов в этом локусе во всех исследованных гнатостомах, можно со значительной уверенностью заключить, что MN локус содержал гены глобина у последнего общего предка (LCA) позвоночных (рис. 2).

Второй локус содержит гены & # x003b1- и & # x003b2-глобина у иглобрюхих. Fugu rubripes (Gillemans et al. 2003), а также изучение геномных сборок рыбок данио и Медака показана аналогичная компоновка (рис. 2). Гены глобина в этом локусе фланкируются генами LCMT1 а также AQP8, а локус можно назвать & # x0201cLA. & # x0201d Ген ARHGAP17 также является частью этого локуса у многих видов. Эти три неглобиновых гена находятся в одинаковом расположении и порядке у четвероногих (человека, утконоса, курицы и лягушки), но ЛА locus лишен глобиновых генов у этих видов. Это предполагает две разные модели этого локуса в LCA челюстных позвоночных. Одна модель утверждает, что у LCA были гены глобина на ЛА локус (Gillemans et al. 2003), и эти глобиновые гены сохраняются у рыб, но теряются у четвероногих. Обратное утверждает, что гены глобина не присутствовали в ЛА локус LCA, но переместился в него во время линии рыбной ловли.

Третий локус содержит только глобиновые гены & # x003b2 у амниот. Глобиновые гены & # x003b2 у амниот фланкированы генами обонятельных рецепторов (OR) (Bulger et al. 1999 Patel et al. 2008). У плацентарных млекопитающих в этом локусе находятся сотни OR генов, а также дополнительные мультигенные семейства, такие как ОТДЕЛКА гены. Таким образом, нужно отвести взгляд на несколько мегабаз от глобиновых генов, подобных & # x003b2, чтобы найти гены-единственные копии, которые являются отличительными для этого локуса, а именно: DCHS1 с одной стороны и STIM1 с другой. Следовательно, этот локус можно назвать DS (Рис. 2) RRM1 ген прилегает к STIM1 у многих видов. Присутствие & # x003b2-подобных глобиновых генов в DS локуса у амниот, но его отсутствие как у рыб, так и у земноводных легче всего объяснить переносом глобиновых генов, подобных & # x003b2, в DS локус в стеблевом амниоте (Рис. 2) (Patel et al. 2008). Предложение, чтобы они присутствовали на DS в LCA челюстных позвоночных также требует независимых делеций в клонах рыб и земноводных, таким образом, экономия способствует модели транспозиции. Одним из возможных источников глобиновых генов & # x003b2 может быть MN локус (Patel et al. 2008), но он также может происходить из ЛА locus (Hardison 2008).

Никакие глобиновые гены не были сопоставлены с ЛА или DS loci в текущей сборке X. tropicalis, но один контиг охватывает кластер & # x003b2-подобных глобиновых генов, связанных с RHBDF1 (Рис. 2). Необходима дальнейшая работа, чтобы выяснить, связан ли этот кластер с MN локус (Fuchs et al. 2006), или если они находятся на разных хромосомах.

Таким образом, история кластеров генов, кодирующих гемоглобины, динамична и сложна. В MN локус теперь содержит только гены & # x003b1-глобина у здоровых людей; он сохранил эти гены и гены, не фланкирующие глобин, начиная с LCA гнатостома, при этом теряя гены & # x003b2-глобина у многих клонов позвоночных. & # x003b2-подобные гены глобина были приобретены в DS локус в стволовой амниоте, и впоследствии они дублировались и приобретали дифференцированную онтогенетическую экспрессию независимо в клонах птиц и млекопитающих. В ЛА locus претерпел драматические потери или прирост глобиновых генов.

Относительная стабильность кластера генов глобина & # x003b1

Последовательное расположение & # x003b1-подобных генов глобина в MN локус в гнатостомах указывает на более стабильную историю, чем у & # x003b2-подобных генов глобина. Эта большая стабильность также видна в составе и паттернах экспрессии глобиновых генов, подобных & # x003b1. Обширные филогенетические сравнения показывают, что этот кластер генов в LCA четвероногих содержит ортологи генов & # x003b6-глобина, & # x003bc-глобина (также называемого & # x003b1 D) и & # x003b1-глобина (или & # x003b1 A). (Hoffmann and Storz 2007 Hoffmann et al. 2008), и это расположение все еще наблюдается у кур (рис. 3). До расхождения трех основных подклассов млекопитающих (одинарных, сумчатых и плацентарных) гены & # x003b6-глобина и & # x003b1-глобина дублировались. Большинство современных млекопитающих сохраняют как минимум две копии этих генов (в некоторых случаях они являются псевдогенами). Ген & # x003b8-глобина, по-видимому, возник в результате дупликации гена & # x003b1-глобина после расхождения монотремов от других млекопитающих (Hoffmann et al. 2008). Каждый из генов & # x003bc-глобина и & # x003b8-глобина присутствует только в одной копии, и, хотя они транскрибируются, не было обнаружено никаких доказательств наличия полипептидных продуктов любого из них у млекопитающих (Clegg 1987 Hsu et al. 1988 Leung et al. др., 1989 г., Гох и др., 2005 г., Купер и др., 2006 г.). Ортолог гена & # x003bc-глобина экспрессируется во взрослых эритроидных клетках птиц, продуцируя & # x003b1 D-глобин.

Карты ортологичных & # x003b1-подобных глобиновых генов и сроки экспрессии у амниот. Каждый ген показан в виде прямоугольника, окрашенного в соответствии с ортологическим отношением к человеческим генам, и помечен греческими буквами на Топ. Время выражения обозначено характерным затемнением фона, как указано в легенде. Буква & # x0201cp & # x0201d обозначает псевдоген. Размеры и расстояние между генами не соответствуют масштабу. Кластеры генов или их части дублируются или трижды дублируются у кроликов, мышей, крыс и tenrec, что указано в скобках и нижних индексах. Ген & # x003c9-глобина кодирует & # x003b2-подобный глобин, который был идентифицирован у сумчатых и одноплодных животных. Распределение ортологичных родств основано на группировке внутри филогенетических сравнений кодирующих последовательностей и фланкирующих областей (Hardison and Gelinas 1986 Cheng et al. 1987 Hoffmann et al. 2008) и автоматизированном определении ортологов с использованием метода, распознающего конверсии генов (Song et al. 2012 г.). Последовательность & # x0201cjunction & # x0201d кролика HBA кластер, связанный с точками останова рекомбинации, назначен на позицию & # x003bc на этой диаграмме, но он содержит только остаток гена глобина.

Время экспрессии генов, кодирующих & # x003b1-подобные глобины, удивительно стабильно. У всех исследованных видов, включая птиц, активные ортологи гена & # x003b6-глобина экспрессируются в эмбриональных эритроидных клетках, а ортологи гена & # x003b1-глобина экспрессируются в эмбриональных и взрослых эритроидных клетках (рис. 3). (Хиггс и др., 1989 г., Вайтлоу и др., 1990 г.).

Кластер генов глобина & # x003b1 делает показать некоторые динамические особенности. Гены теряются и приобретаются в определенных клонах (Hoffmann et al. 2008), и некоторые из генов претерпевают множественные события конверсии во время эволюции млекопитающих (Hess et al. 1984 Song et al. 2011, 2012). Однако геномный контекст, то есть MN locus, был постоянным на протяжении эволюции гнатостома, а паттерны экспрессии генов & # x003b6- и & # x003b1-глобина поразительно согласованы у амниот.

Зависящие от линии усиления и потери глобиновых генов & # x003b2

В трех основных подклассах млекопитающих глобиновые гены & # x003b2 в локусе DS были дублированы и потеряны в определенных клонах (рис. 4). И у монотрем, и у сумчатых есть два глобиновых гена, подобных & # x003b2. У сумчатых ортолог & # x003b5-глобина экспрессируется в эмбриональных эритроцитах, тогда как ортолог & # x003b2-глобина экспрессируется в эритроидных клетках плода и взрослого человека (Koop and Goodman 1988). Два & # x003b2-глобиновых гена у утконоса более похожи друг на друга, чем на другие & # x003b2-подобные гены глобина, что согласуется либо с событием конверсии гена (Patel et al., 2008), либо с дупликацией гена независимо от того, которое установили гены териана & # x003b5-глобина и & # x003b2-глобина (Opazo et al. 2008b). Оба гена & # x003b2-глобина у утконоса экспрессируются у взрослых (Patel et al., 2008), но в настоящее время нет информации о том, является ли крайний левый ген & # x003b2-глобина у утконоса (в ориентации на рис. 4) также экспрессируется в эмбриональных эритроидных клетках, как и ожидалось, исходя из его положения.

Карты ортологичных & # x003b2-подобных глобиновых генов и времени экспрессии у млекопитающих. Символы и фон аналогичны изображенным на рисунке 3. Когда время экспрессии предсказано, а не экспериментально определено (или весьма вероятно, как в случае эмбриональной экспрессии ортологов гена & # x003b5-глобина), фоновая штриховка обведена пунктирной линией. Кластеры генов повторяются трижды у коз и дублируются у коров, что указано в скобках и нижних индексах. Назначение ортологии и экспрессии для них основано в основном на первой копии сегментарной дупликации, три ортолога & # x003b2-globin экспрессируются у молодых, взрослых и эмбриональных коз (Townes et al. 1984). Распределение ортологичных родств основано на группировке внутри филогенетических сравнений кодирующих последовательностей (Koop, Goodman 1988, Opazo et al. 2008a, b, 2009 Patel et al. 2008) и автоматическом определении ортологов с использованием метода, распознающего конверсии генов (Song et al. al.2012). Время экспрессии основано на многочисленных сообщениях в литературе (Stockell et al., 1961 LeCrone, 1970 Efstratiadis et al., 1980 Rohrbaugh и Hardison, 1983 г., Shapiro et al., 1983 Townes et al., 1984 Schimenti и Duncan, 1985, Koop, Goodman, 1988, Tagle et al. 1988 Whitelaw et al. 1990 Johnson et al. 1996, 2000 Satoh et al. 1999 Patel et al. 2008).

Предлагаемый кластер из пяти & # x003b2-подобных глобиновых генов, в ориентации 5 & # x02032 - & # x003b5 - & # x003b3 - & # x003b7 - & # x003b4 - & # x003b2-3 & # x02032, в основе eutherian согласуется с расположением генов у современных видов (Goodman et al. 1984 Hardies et al. 1984 Hardison 1984). Относительное сходство между ортологичными генами указывает на то, что этот кластер генов был сформирован серией дупликаций, во-первых, чтобы сделать предком гены & # x003b2- и & # x003b4-глобина, а предком - & # x003b5-, & # x003b3-, и гены & # x003b7-глобина с последующими дупликациями для создания предложенного кластера из пяти генов (Hardison and Miller 1993). Первоначальная дупликация установила две основные линии генов & # x003b2-подобных глобиновых генов, которые различаются по своему положению в кластерах генов и по времени экспрессии (рис. 4). Гены в клонах & # x003b2- и & # x003b4-глобина расположены справа в кластерах генов и, если они активны, экспрессируются в эритроидных клетках плода и / или взрослых. Гены генов генов & # x003b5-, & # x003b3- и & # x003b7-глобина расположены слева в кластерах генов и экспрессируются в эмбриональных эритроидных клетках, за исключением генов & # x003b3-глобина у антропоидных приматов. которые были скопированы для специфической для плода экспрессии.

Полный набор из пяти генов глобина & # x003b2 не используется ни в одном из исследованных ныне млекопитающих. По крайней мере, один псевдоген обнаружен в этом кластере генов почти для каждого вида животных (рис. 4), и любые исключения из этого могут отражать отсутствие подробной характеристики генов. Псевдогены представляют собой сегменты ДНК с последовательностями, гомологичными последовательностям активно экспрессируемых глобиновых генов, но они несут мутации, такие как сдвиг рамки считывания или терминаторы цепи, которые препятствуют экспрессии с образованием глобинового белка.

Делеция может полностью инактивировать ген, и потеря гена также широко происходила в кластерах генов глобина, подобных & # x003b2, у здоровых людей. Потеря некоторых генов, как правило, одинакова для членов каждого отряда эутериан (рис. 4). Ортолог гена & # x003b7-глобина не обнаружен у видов, отобранных из отряда Glires (грызуны и зайцеобразные), но он присутствует в сестринских кладах приматов и лауразиатерий (представленных собаками, лошадьми, летучими мышами, козами и коровами). ). Это убедительно свидетельствует о том, что ген & # x003b7-глобина был потерян в LCA для Glires (Opazo et al. 2008a). Ген & # x003b7-глобина также отсутствует в отобранных членах надотряда Xenarthra или Afrotheria, что может быть объяснено либо потерей гена в LCA, либо, возможно, дупликацией с образованием & # x003b7-глобина, произошедшей после того, как эти надотряды отклонились от другие евтерианцы. Активный ген & # x003b3-глобина не был идентифицирован у Laurasiatherians, при этом ген либо отсутствует, либо частично удален, либо содержит инактивирующие мутации. Обратите внимание, что потеря гена & # x003b3-глобина произошла не в стволе лауразиатерианской, а в линиях каждого вида произошли разные потери и инактивации.

Все виды, исследованные у терианов (сумчатые и плацентарные млекопитающие), имеют ортолог гена & # x003b5-глобина. Этот ген обладает наиболее последовательными характеристиками у всех видов из всех паралогичных & # x003b2-подобных генов глобина. Он всегда присутствует в левом конце кластера генов, это почти всегда единственный ген, и у всех исследованных видов он экспрессируется только в эмбриональных эритроидных клетках (рис. 4).

Гены & # x003b3-глобина как у просимейных приматов galago, так и у видов отряда Glires (кролик, мышь и крыса) экспрессируются в эмбриональных эритроидных клетках (Rohrbaugh и Hardison 1983 Whitelaw et al. 1990 Satoh et al. 1999), тогда как гены & # x003b3-глобина антропоидных приматов (обезьяны, человекообразные обезьяны и люди) экспрессируются только в эмбриональных эритроидных клетках (рис. 4) (Johnson et al. 1996, 2000). Одна из распространенных интерпретаций состоит в том, что эмбриональный паттерн экспрессии был наследственным, и привлечение к эмбриональной экспрессии было адаптацией у антропоидов, совпадающей с дупликацией гена & # x003b3-globin (Johnson et al. 1996). Гены & # x003b3-глобина также присутствуют у афротериев, но о времени развития их экспрессии не сообщалось.

Гомолог гена & # x003b7-глобина у коз экспрессируется эмбрионально (Shapiro et al. 1983). В настоящее время это единственный пример активного гена & # x003b7-глобина, но исследования экспрессии у других лауразиатерий позволят выявить, активен ли он у других видов и является ли время экспрессии эмбриональным. Было обнаружено, что гемоглобины плода и взрослого человека идентичны для лошади (Stockell et al., 1961) и собаки (LeCrone 1970), и на основании отсутствия доказательств наличия гемоглобина, специфичного для плода, предполагается, что гомологи & # x003b7-глобина будут одинаковыми. эмбрионально экспрессируется на рисунке 4. Ген & # x003b7-глобина является псевдогеном у всех приматов.

Ген & # x003b4-глобина присутствует почти у всех исследованных видов птиц, но часто он является псевдогеном (рис. 4). В каждом случае, изученном достаточно подробно, ген & # x003b4-глобина участвовал в конверсии гена, при этом последовательность из паралогичного гена & # x003b2-глобина копировалась в локус гена & # x003b4-глобина (Spritz et al. 1980 Мартин и др., 1983 г., Харди и др., 1984 г., Хардисон, Марго, 1984 г., Сонг и др., 2012 г.). Границы преобразований различны у каждого вида, что указывает на то, что это независимые преобразования генов. Структурные и механистические основы этой склонности к конверсии не поняты. У галаго замена последовательностями гена & # x003b2-глобина распространяется в промоторную область, что приводит к высокому уровню экспрессии этого гена (Tagle et al. 1991). Это, в свою очередь, привело к усилиям по созданию формы гена & # x003b4-глобина, которая будет экспрессироваться на достаточно высоких уровнях, чтобы обеспечить потенциальную терапию (Tang et al. 1997).

У большинства видов животных ген & # x003b2-глобина экспрессируется в эритроидных клетках плода и взрослых (рис. 4). Одновременно с привлечением генов & # x003b3-глобина к экспрессии плода у антропоидных приматов начало экспрессии гена & # x003b2-глобина было отложено незадолго до рождения у катарринных приматов (обезьяны Старого Света, обезьяны и люди) ( Джонсон и др., 2000). Начало экспрессии гена & # x003b2-глобина происходит раньше в эмбриональной жизни обезьян Нового Света (Johnson et al. 1996), что, возможно, представляет собой промежуточное состояние между зарождением плода, наблюдаемым у большинства здоровых людей, и пренатальным началом, наблюдаемым у людей.

Этот обзор эволюции генов & # x003b2-глобина иллюстрирует разнообразие предполагаемых событий, включая дупликации, делеции, инактивации и реактивации. Это показывает, что гены & # x003b5-глобина оставались стабильными на протяжении эволюции человеческого организма, в то время как гены & # x003b3-, & # x003b7- и & # x003b4-глобин приобретались и терялись часто, иногда у целых отрядов млекопитающих. Кроме того, время экспрессии может резко меняться между кладами, особенно задержка экспрессии генов & # x003b3-глобина (плод) и & # x003b2-глобина (взрослый) у антропоидных приматов. Стратегии, преследуемые для реактивации экспрессии гена & # x003b3-глобина во взрослых эритроидных клетках, фармакологически или с помощью генной терапии, в некотором смысле представляют собой попытки модулировать паттерны экспрессии у людей, которые повторяют изменения экспрессии, произошедшие во время эволюции человека.


Практические соображения

Организмы, которые могут быть отличными исследовательскими организмами с точки зрения эволюции или естествознания, обычно сопряжены с дополнительными техническими проблемами, которые следует учитывать.

Какие методологические инструменты доступны?

Чтобы установить связь между генотипом и фенотипом, необходимы технологии, позволяющие отточить интересующий ген (-ы) и манипулировать им. Это можно сделать с помощью транскриптомов с помощью секвенирования РНК, которое доступно для любого организма, или с помощью секвенирования генома, которое в настоящее время более ограничено организмами с меньшими геномами. Более того, многие многообещающие технологии манипулирования геномом, такие как CRISPR, созданы только для небольшого числа организмов, хотя ситуация меняется. Эмбрионами животных с внешним оплодотворением гораздо проще манипулировать, и поэтому технологии манипулирования геномом у насекомых, костистых рыб и амфибий более продвинуты, чем у амниотных позвоночных с внутренним оплодотворением. Также, похоже, существует вариативность в том, насколько легко некоторые технологии могут передаваться между организмами. Например, технологии CRISPR в костистых рыбах кажутся применимыми для широкого круга видов костистых рыб, в то время как это может не относиться к амфибиям, хотя это в основном фактор выращивания эмбрионов, а не сам CRISPR (подробнее обсуждается ниже). Таким образом, следует учитывать наличие методологических инструментов для интересующей группы или легкость создания таких инструментов с нуля.

Будут ли животные размножаться и можно ли выращивать эмбрионы в лаборатории?

По нашему опыту, именно трудности с разведением животных и выращиванием эмбрионов в лаборатории определяют темпы развития технологий редактирования генома. Эти трудности включают способность выполнять in vitro оплодотворение или получение большого количества одноклеточных эмбрионов в результате естественного спаривания. Большие количества необходимы для определения параметров инъекции яиц, показателей эффективности и оценки фенотипа. Тем не менее, мы отмечаем здесь, что использование CRISPR не является спасением для всех систем, изучающих взаимодействия генотипа с фенотипом, когда учитываются виды с длительным временем генерации (например, саламандры и черепахи), группы, изучающие мультигенные черты, лежащие в основе поведения, или фенотипы, обусловленные изменениями. в странах снг.

Можете ли вы проводить исследования в дикой природе?

Изучение экологически значимого поведения требует дополнения лабораторных исследований поведения полевыми исследованиями в дикой природе. При выборе животных для изучения следует также учитывать простоту их наблюдения и отлова в полевых условиях, а также безопасность полевых участков для обучаемых. В эпоху антропоцена многим животным угрожает исчезновение (Young et al., 2016), и ученым следует внимательно рассмотреть влияние исследований, требующих эвтаназии, на популяцию.Более того, если эти организмы обнаружены в чужой стране, партнерство с местными учеными или организациями с подлинным сотрудничеством важно для деколонизации полевой науки (Baker et al., 2019).


Lennoaceae, небольшое монофилетическое семейство корневых паразитов, эндемичных для Америки, является одной из последних оставшихся независимо эволюционировавших линий паразитических покрытосеменных, не имеющих опубликованного пластома. В этом исследовании мы представляем собранные и аннотированные пластомы двух видов, охватывающих узел кроны Lennoaceae, Lennoa madreporoides а также Pholisma arenarium, а также их близкий автотрофный родственник из сестринского семейства Ehretiaceae, Tiquilia plicata. Мы обнаруживаем, что пластомы L. madreporoides а также P. arenarium похожи по размеру и содержанию генов и значительно уменьшены по сравнению с T. plicata, что согласуется с тенденциями, наблюдаемыми в других холопаразитарных линиях. В частности, большинство пластидных генов, участвующих в функции фотосинтеза, потеряно, тогда как гены домашнего хозяйства (гены, кодирующие рибосомные белки, рРНК и тРНК) сохранены. Одно заметное исключение - это постоянство rbcL открытая рамка чтения в P. arenarium но нет L. madreporoides предполагая нефотосинтетическую функцию этого гена. Из оставшихся кодирующих генов dN/dS соотношения указывают на то, что некоторые из них остаются под очищающим отбором, тогда как другие демонстрируют ослабленный отбор. В целом, это исследование поддерживает растущее количество доказательств эволюции конвергентного пластома у цветковых растений после перехода к гетеротрофии.

Фотосинтез - это преобладающая стратегия поглощения углерода и энергии, используемая автотрофами, но некоторые растения (1-2% покрытосеменных) выживают, получая часть или все эти необходимые ресурсы от других растений. Эта гетеротрофия может возникать опосредованно, когда паразитическое растение ассоциируется с микоризными грибами, чтобы использовать грибковый мутуализм с автотрофными растениями (микогетеротрофия), или напрямую, когда паразитическое растение прикрепляется к сосудистой ткани одного или нескольких растений-хозяев с помощью специализированных органы, называемые гаусториями. Среди покрытосеменных прямой паразитизм развивался по крайней мере 13 раз (Westwood et al. 2010 Su et al.2015) и в большинстве случаев приводил к полной утрате автотрофии (т. Е. Голопаразитизму). Почти в каждой линии паразитарных растений эволюция гетеротрофии связана с драматическими изменениями в морфологии, истории жизни и геномной архитектуре, что в совокупности называется «синдромом уменьшения паразитов» (Colwell 1994). Независимое происхождение паразитизма в филогении растений дает прекрасную возможность оценить уровень конвергенции различных экологических, морфологических и генетических признаков, а также разработать и протестировать модели, которые могут предсказуемо описывать эволюционные траектории паразитических растений.

Особое внимание уделено изменениям генома хлоропласта (пластома). Поскольку хлоропласт является местом фотосинтетической активности в клетках растений, неудивительно, что пластомы большинства растений содержат гены, которые кодируют ключевые части фотосинтетического аппарата, а также гены домашнего хозяйства и некоторые другие с неизвестной функцией (Wicke et al. 2011 Braukmann et al. 2017). Как правило, пластомы гетеротрофных растений накопили гораздо больше мутаций и структурных изменений и показывают существенные сокращения как длины последовательности, так и содержания генов по сравнению с их высококонсервативными аналогами у близкородственных автотрофов. Считается, что это происходит из-за ослабления очищающего отбора генов, связанных с фотосинтезом, после эволюции гетеротрофии (Bellot and Renner, 2015, Naumann et al., 2016 Wicke et al., 2016 Graham et al., 2017).

Самые ранние исследования эволюции пластома у паразитических растений были проведены у Orobanchaceae (Эпифаг виргинский, dePamphilis и Palmer 1990 Wolfe et al. 1992), и эта клада продолжает оставаться одной из нескольких модельных систем для описательных исследований и широкого синтеза, ведущих к развитию эволюционной теории (Wicke et al. 2013, 2016). В то же время исследования многих независимо эволюционировавших линий голопаразитов важны для проверки обобщаемости паттернов или процессов, идентифицированных в конкретной системе. Эта попытка создания секвенированных пластомов, представляющих каждое происхождение паразитизма, почти завершена с опубликованными исследованиями видов в следующих кладах: Кассита (Lauraceae, Wu et al., 2017), Hydnoraceae (Naumann et al., 2016), Cynomoriaceae (Bellot et al., 2016), Apodanthaceae (Bellot, Renner, 2015), Cytinaceae (Roquet et al., 2016), Cuscuta (Convolvulaceae, Funk et al. 2007 McNeal et al. 2007), Orobanchaceae (dePamphilis и Palmer 1990 Wolfe et al. 1992 Li et al. 2013 Samigullin et al. 2016 Wicke et al. 2016 Cho et al. 2018 Schneider et al. 2018) и Санталалы (Петерсен и др., 2015).

Кроме того, значительные усилия по упорядочиванию Раффлезия лагаски (Rafflesiaceae) Molina et al. (2014) обнаружили фрагменты нескольких псевдогенизированных генов хлоропластов и негенных участков из инвертированных повторов (IR). Однако не было обнаружено никаких доказательств наличия интактного пластидного генома, из чего авторы пришли к выводу, что пластом может отсутствовать. Сильно восстановленный пластом Митрастемон (Mitrastemonaceae) была описана Shyu (2013) в ее докторской диссертации. Однако, насколько нам известно, это исследование еще не было официально опубликовано. Три оставшиеся линии включают голопаразитарных Balanophoraceae, которые, как полагают, имеют сильно восстановленный, если не отсутствующий пластом (Nickrent et al. 1997), гемипаразитарные Krameria (Krameriaceae), который, по-видимому, обладает почти полным пластомом (неопубликованные данные), и холопаразитические Lennoaceae (Boraginales).

Lennoaceae - это небольшое монофилетическое семейство травянистых ахлорофилловых корневых паразитов, произрастающих от юго-запада Северной Америки до севера Южной Америки (Yatskievych and Mason 1986 Boraginales Working Group 2016). С морфологической точки зрения виды в этой кладе демонстрируют многие из тех же унаследованных черт, что и другие корневые голопаразиты: рудиментарные чешуевидные листья, потеря развитой корневой системы и сокращение надземной части растения до плотного соцветия. Виды и популяции Lennoaceae обычно имеют высокий уровень специфичности к хозяину (Яцкевич, 1982, Яцкевич, Мейсон, 1986). Однако потенциальная конвергенция молекулярной или геномной эволюции относительно неизвестна. Преследуя более широкую цель выявления общих эволюционных траекторий среди паразитических растений, основная цель этого исследования состоит в том, чтобы секвенировать, аннотировать и сравнить геномы хлоропластов двух видов, которые охватывают узел кроны Lennoaceae, Pholisma arenarium а также Lennoa madreporoides, с видом из его автотрофного сестринского семейства, Tiquilia plicata (Ehretiaceae). Любопытно, что этот вид вместе со своим сородичем T. palmeri, являются обычными хозяевами своих близких паразитических родственников Pholisma sonorae (Яцкевич и Мейсон 1986), явление, называемое адельфопаразитизмом.. С помощью этих данных мы стремимся проверить гипотезу, подкрепленную данными других независимо эволюционировавших линий паразитических растений, о том, что уменьшение пластома относительно продвинуто у голопаразитов, включая полную потерю генов, связанных с фотосинтезом, и ослабление очищающего отбора на других паразитах. гены.


Обсуждение

Важной целью исследований зоонозных патогенов является выявление генетических и функциональных вариаций, связанных с клонами или подлиниями, вызывающими инфицирование человека. Сравнительный анализ вариации нуклеотидной последовательности в геноме улучшил понимание эпидемиологии и эволюции Campylobacter (Шеппард, Диделот, Джолли и др., 2013 г., Гилберт и др., 2016 г., Лларена и др., 2016 г.). Хотя это послужило основой для идентификации генов-кандидатов с потенциальной функциональной значимостью (Morley et al., 2015 Pascoe et al., 2015 Yahara et al., 2017), прямой анализ генома часто игнорирует факторы, связанные с трансляцией и производством определенных аминокислотных цепей и белки, которые могут быть важны для адаптации хозяина или патогенности. Например, хотя четыре нуклеотида могут образовывать 64 разных триплета, они кодируют только 20 аминокислот. Это означает, что одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами, обычно с вариациями по третьему основанию, а расходящиеся геномы могут иметь конвергентные аминокислотные последовательности, которые потенциально функционально важны для адаптации хозяина или патогенеза. Анализ кодируемых аминокислотных последовательностей в этом исследовании выявил кластеры полифилетических нуклеотидных последовательностей в группе CC21, которые сгруппированы вместе в пределах одних и тех же кластеров аминокислотных последовательностей. Эти конвергентные кластеры KPAX, содержащие только человеческие аминокислоты, в различных геномных фонах, возможно, не были учтены при использовании традиционных подходов, основанных на нуклеотидных последовательностях.

Сравнительный анализ нуклеотидной последовательности 601 C. jejuni геномы в этом исследовании идентифицировали ST, принадлежащие к группе CC21 и CC45, которые, как сообщалось, были выделены с разной частотой из линий сельскохозяйственных животных и людей. Это согласуется с другими популяционными геномными исследованиями, в которых вариация относительной численности объясняется разной способностью определенных штаммов выживать в производственной цепочке птицеводства при атмосферных концентрациях кислорода (Yahara et al., 2017). Бессимптомное носительство C. jejuni не считается обычным явлением у людей в промышленно развитых странах (Lee et al. 2013). Следовательно, в простой модели передачи ожидается, что аминокислотные кластеры будут присутствовать как у животного-резервуара, так и у инфицированного человека-хозяина. По этой причине неожиданным является существование кластеров KPAX, содержащих исключительно человеческие аминокислоты. Есть два возможных объяснения. Во-первых, изоляты, отнесенные к кластерам KPAX, предназначенным только для человека, получены из источника, который не представлен в нашей коллекции изолятов, который не был обнаружен при отборе образцов изолятов, использованных в этом исследовании. Во-вторых, есть изоляты, которые имеют общие аминокислотные кластеры в группе CC21. C. jejuni в нашем наборе данных это увеличение относительной частоты у людей по сравнению с изолятами от других хозяев. Кроме того, возможно бессимптомное носительство Campylobacter могут быть занижены и занижены (Calva et al. 1988 Louwen et al. 2012 Lee et al. 2013 Islam et al. 2017). Эти факторы могут влиять на эволюцию и популяционную структуру симптоматических бактерий.

Изучение записей изолятов во всей базе данных pubMLST показало, что 97% изолятов, отнесенных к кластерам аминокислот KPAX только для человека, относятся к ST, которые были выделены не только от человека, но и от других видов хозяев (таблица 1). Примечательно, что только пять ST из групп KPAX, предназначенных только для людей (соответствующих 7/276 изолятам в нашем наборе данных), никогда не регистрировались у нечеловеческих хозяев ни в нашем наборе данных, ни в записях об изолятах в pubMLST. На основании известных источников C. jejuni при инфицировании человека, включая изоляты группы CC21 (Sheppard, Dallas, MacRae, et al., 2009 Sheppard, Dallas, Strachan, et al. 2009), близкое сходство между C. jejuni популяции на пищевых продуктах и ​​из клинических образцов (Kittl et al.2013), а также присутствие ST, принадлежащих только человеческим аминокислотным кластерам KPAX среди сельскохозяйственных хозяев в pubMLST, маловероятно, что они указывают на неизвестную популяцию источника хозяина, хотя это не могут быть исключены в этом исследовании.

Таким образом, наши результаты согласуются с увеличением относительной частоты определенных подкластеров аминокислотных последовательностей, которые не характерны для животных-хозяев, среди изолятов, полученных от человека. На потенциал колонизации хозяина влияют адаптивные геномные вариации, существующие до и после передачи новому виду хозяина (Geoghegan et al., 2016). В обоих случаях узкие места в популяции уменьшают генетическую изменчивость в популяции при передаче между хозяевами, что объясняет повышенную относительную частоту кластеров KPAX аминокислот только для человека. По-прежнему трудно отличить генетические изменения, связанные с узкими местами и дрейфом, от адаптивных физиологических изменений, которые напрямую влияют на патогенез, таких как тропизм тканей человека и вирулентность. Более того, пассаж человека может вызывать генетические вариации в генах непредвиденных обстоятельств, кодирующих поверхностную структуру, посредством сдвигов рамки считывания и фазовых вариаций (Bayliss et al. 2012 Revez et al. 2013 Thomas et al. 2014). Однако совместное использование кластеров аминокислотных последовательностей полифилетическими клонами свидетельствует о гомоплазии, и исследование предполагаемой функции этих генов может дать ключ к разгадке их потенциальной роли в колонизации человека. Кластеры KPAX только для человека присутствуют во всех основных линиях в группе CC21 (рис. 2) и заметно отсутствуют среди изолятов CC45. Эта асимметрия не может быть объяснена недостаточным размером выборки из популяции CC45 в нашем наборе данных и может предполагать, что, несмотря на то, что они являются эффективным колонизатором человека, штаммы CC45 могут не иметь подходящего генетического фона для приобретения геномных элементов, которые связаны с повышенной колонизацией человека. что мы наблюдаем в группе CC21. Для подтверждения этого необходим дальнейший анализ больших наборов выборок, возможно, включая фенотипический анализ.

Методы общегеномной ассоциации, которые недавно были применены к бактериям (Sheppard, Didelot, Meric, et al. 2013), позволяют исследовать генетические вариации, лежащие в основе важных фенотипов. Путем количественной оценки нуклеотидной последовательности, которая была обогащена изолятами от людей (Lees et al., 2016) в геномах, мы смогли исследовать предполагаемую функцию генов с аминокислотными кластерами KPAX только для человека. Всего было идентифицировано 26 генов (таблица 2), половина из которых ранее была связана с колонизацией или патогенезом хозяина, девять - в человеческих или человеческих клетках, четыре - в куриных. Например, flgH, ген, связанный со сборкой жгутиков (таблица 2) и иначе связанный с адаптацией у млекопитающего-хозяина (Sheppard, Didelot, Meric, et al. 2013). Было показано, что подвижность жгутиков важна для колонизации человека и курицы и, возможно, для секреции факторов вирулентности в клетки-хозяева (Guerry 2007). Гены, непосредственно участвующие в колонизации хозяина, также включали ceuCE, участвующих в поглощении энтерохелина (таблица 2). Поглощение сидерофоров было описано как признак вирулентности / колонизации хозяином у Campylobacter (Ричардсон и Парк 1995), и ceuE Было показано, что мутант изменяет способность к колонизации цыплят (Palyada et al. 2004). Кроме того, cdsA ген расположен в геномной области известного маф адгезины, участвующие в выживании и колонизации хозяина (Карлышев и др., 2002). Нокаут-мутанты cj0005c, не охарактеризованная оксидоредуктаза, как было показано, сильно нарушает способность инфицирования и адгезию к клеткам Caco2 человека in vitro (Tareen et al. 2011), тогда как соседний ген, cj0006, кодирующий предполагаемый переносчик, в глобальных транскриптомных исследованиях было показано, что он сверхэкспрессируется in vivo, когда C. jejuni заражает курицу (Hu et al. 2014). Наконец, тыр Ген, который, как предполагается, кодирует тирозил-тРНК-синтетазу, сверхэкспрессируется в бедном штамме-колонизаторе цыплят C. jejuni (Сил и др. 2007). Кроме того, это было связано с адаптацией млекопитающих (крупного рогатого скота) в предыдущем GWAS из нашей лаборатории (Sheppard, Didelot, Meric, et al. 2013).

Также были выделены гены, которые, по прогнозам, играют роль в метаболизме. В ackA а также aspB гены участвуют в метаболизме ацетата и аспартата, соответственно, и в исследованиях мутагенеза было показано, что они важны для проникновения в эпителиальные клетки человека in vitro (Novik et al. 2010). В fdhD Ген, кодирующий формиатдегидрогеназу, также был связан с изолятами, принадлежащими только человеческим аминокислотным кластерам. Метаболизм формиата ранее был вовлечен в ассоциацию хозяина и выживание в цепочке производства продуктов питания от фермы до болезни человека (Yahara et al.2017). В racR ген, который регулирует использование фумарата в среде с низким содержанием кислорода, также обнаруживает связанные с человеком вариации и racR-дефицитные мутанты показали снижение колонизации цыплят in vivo (Bras et al. 1999 van der Stel et al. 2015). Другие гены с вариациями, связанными с аминокислотными кластерами CC21 человека, включали dnaX ген, который кодирует ДНК-полимеразу и является маркером последствий кампилобактериоза синдрома Гийена-Барре (Godschalk et al. 2006) и trpC который кодирует индол-3-глицерин-фосфатсинтазу в области генома, важной для гиперинвазивности клеток человека (Javed et al. 2010).

Геномные вариации, связанные с клиническими C. jejuni Изоляты включают элементы, связанные с первичным хозяином (Шеппард, Дидело, Мерик и др., 2013 г.) и цепочкой производства продуктов питания (Яхара и др., 2017 г.), а также вариации, которые обеспечивают адаптивное преимущество для колонизации человека и могут напрямую влиять на патогенез. (Томпсон и Гейнор, 2008). Свидетельства генетических узких мест и отбора, способствующие этому сложному ландшафту приспособленности, будут отражаться не только в вариациях нуклеотидных последовательностей, но и в таких характеристиках, как порядок генов, распределение CDS на ведущих и отстающих цепях, перекос GC и использование кодонов (Bentley and Parkhill 2004 Роча 2004). Объединив анализ нуклеотидной последовательности и аминокислотной вариации, мы смогли идентифицировать подмножество ассоциированных с человеком C. jejuni. Поскольку эти изоляты обнаруживаются у нечеловеческих хозяев, мы интерпретируем это как свидетельство генетического узкого места, которое увеличивает относительную частоту определенных штаммов у инфицированных людей. Хотя необходимы более масштабные исследования для подтверждения потенциальной адаптивной роли вариаций, связанных с человеком, наш анализ выявил группу патогенных для человека C. jejuni которые не демонстрируют типичной эпидемиологии источника-поглотителя, потенциально отражая тропизм или вирулентность тканей человека.


Использованная литература

Ларсон Г., Пиперно Д.Р., Аллаби Р.Г., Пуругганан М.Д., Андерссон Л., Арройо-Калин М. и др. Современные перспективы и будущее исследований приручения. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2014111: 6139–46.

Гепц П.Вклад генетических и геномных подходов в исследования по одомашниванию растений. Curr Opin Plant Biol. 201418: 51–9.

Kwak M, Toro O, Debouck D, Gepts P. Множественные источники детерминированной привычки роста у одомашненной фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris Л.). Энн Бот. 2012110: 1573–80.

Рамос-Мадригал Дж., Смит Б.Д., Морено-Майар СП, Гопалакришнан С., Росс-Ибарра Дж., Гилберт М.Т. и др. Последовательность генома початка кукурузы возрастом 5310 лет дает представление о ранних стадиях одомашнивания кукурузы. Curr Biol. 201626: 3195–201.

Сюэ С., Брэдбери П. Дж., Касстевенс Т., Голландия Дж. Б. Генетическая архитектура признаков, связанных с одомашниванием кукурузы. Генетика. 2016204: 99–113.

Дубковски Дж., Дворжак Дж. Пластичность генома - ключевой фактор успеха полиплоидной пшеницы в условиях одомашнивания. Наука. 2007316: 1862–6.

Санг Т., Ге С. Понимание одомашнивания риса и его последствий для улучшения сорта. Curr Opin Plant Biol. 201316: 139–46.

Горницкий П., Чжу Х., Ван Дж., Чалла Г.С., Чжан З., Гилл Б.С. и др. Хлоропластный взгляд на эволюцию полиплоидной пшеницы. Новый Фитол. 2014204: 704–14.

Мейер Р.С., Чой Дж. Ю., Санчес М., Плессис А., Флауэрс Дж. М., Амас Дж. И др. История одомашнивания и географическая адаптация выведены из карты SNP африканского риса. Нат Жене. 201648: 1083–8.

Ленсер Т., Тейсен Г. Молекулярные механизмы, участвующие в конвергентном одомашнивании сельскохозяйственных культур. Trends Plant Sci. 201318: 704–14.

Дельгадо-Салинас А., Библер Р., Лавин М. Филогения рода Phaseolus (Leguminosae): недавнее разнообразие древних ландшафтов. Syst Bot. 200631: 779–91.

Kami J, Becerra Velásquez V, Debouck DG, Gepts P. Идентификация предполагаемых предковых последовательностей ДНК фазеолина в Phaseolus vulgaris. Proc Natl Acad Sci U S. A. 199592: 1101–4.

Квак М., Гепц П. Структура генетического разнообразия двух основных генофондов фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L., Fabaceae). Theor Appl Genet. 2009118: 979–92.

Bitocchi E, Nanni L, Bellucci E, Rossi M, Giardini A, Zeuli PS и др. Мезоамериканское происхождение фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) выявляется по данным сиквенса. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2012109: E788–96.

МакКлин П., Гептс П., Ками Дж. Геномика и генетическое разнообразие обыкновенной фасоли. В: Wilson RF, Stalker HT, Brummer EC, редакторы. Геномика бобовых культур. Шампанское: AOCS Press 2004. стр. 61–82.

Кортес А.Дж., Чаварро М.С., Блэр М.В. Разнообразие SNP-маркеров фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris Л.). Theor Appl Genet. 2011123: 827–45.

Bitocchi E, Bellucci E, Giardini A, Rau D, Rodriguez M, Biagetti E, et al. Молекулярный анализ параллельного одомашнивания фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris) в Мезоамерике и Андах. Новый Фитол. 2013197: 300–13.

Каплан Л., Линч Т.Ф., Смит-младший CE. Ранняя культурная фасоль (Phaseolus vulgaris) из межгорной перуанской долины. Наука. 1973179: 76–7.

Гепц П., Блисс Ф.А. Слабость гибрида F1 в фасоли обыкновенной: дифференциальное географическое происхождение предполагает наличие двух генофондов в зародышевой плазме культивируемых бобов. J Hered. 198576: 447–50.

Гепц П. Происхождение и эволюция фасоли: прошлые события и недавние тенденции. Hortic Sci. 199833: 1124–30.

Каплан Л., Линч Т.Ф. Phaseolus (Fabaceae) в археологии: радиоуглеродные даты AMS и их значение для доколумбийского сельского хозяйства. Econ Bot. 199953: 261–72.

Биби С., Торо О, Гонсалес А.В., Чакон М.И., Дебук Д.Г. Дикорастущие комплексы фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L., Fabaceae) в Андах Перу и Колумбии, и их значение для сохранения и разведения. Genet Resour Crop Ev. 199744: 73–91.

Пайро де ла Крус Э., Гептс П., Колунга Гарсия Марин П., Зизумбо-Виллареаль Д. Пространственное распределение генетического разнообразия в диких популяциях Phaseolus vulgaris L. из Гуанахуато и Мичоакан, Мексика. Genet Res Crop Ev. 200552: 589–99.

Зизумбо-Вильярреал Д., Колунга Гарсия Марин П., Пайро де ла Крус Е., Дельгадо-Валерио П., Гептс П. Популяционная структура и эволюционная динамика комплексов обыкновенной фасоли с дикими сорняками и одомашненными в мезоамериканском регионе. Crop Sci. 200545: 1073–83.

Мартинес-Кастильо Дж., Зизумбо-Вильярреал Дж., Гептс П., Дельгадо-Валерио П., Колунга-Гарсия Марин П. Структура и генетическое разнообразие диких популяций фасоли Лимы (Phaseolus lunatus L.) с полуострова Юкатан, Мексика. Crop Sci. 200646: 1071–80.

Worthington M, Soleri D, Gepts P. Генетический состав и пространственное распределение управляемых фермерами Phaseolus посадки фасоли: пример из деревни в Оахаке, Мексика. Crop Sci. 201252: 1721–35.

Папа Р., Гептс П. Асимметрия потока генов и дифференциальная географическая структура молекулярного разнообразия у дикой и одомашненной фасоли (Phaseolus vulgaris L.) из Мезоамерики. Theor Appl Genet. 2003106: 239–50.

Папа Р., Акоста-Гальегос Дж. А., Дельгадо-Салинас А., Гептс П. Полногеномный анализ различий между дикими и одомашненными Phaseolus vulgaris из Мезоамерики. Theor Appl Genet. 2005111: 1147–58.

Hufford MB, Lubinksy P, Pyhäjärvi T., Devengenzo MT, Ellstrand NC, Ross-Ibarra J. Геномная подпись интрогрессии кукурузы в дикую природу. PLoS Genet. 20139: e1003477.

Консорциум по геному томатов. Последовательность генома томата дает представление об эволюции мясистых плодов. Природа. 2012485: 635–41.

Власова А., Капелла-Гутьеррес С., Рендон-Анайя М., Эрнандес-Оньяте М., Миноче А.Е., Эрб I и др. Анализ генома и транскриптома мезоамериканской фасоли и роль дупликации генов в установлении тканевой и временной специализации генов. Genome Biol. 201617: 32.

Schmutz J, McClean PE, Mamidi S, Wu GA, Cannon SB, Grimwood J, et al. Эталонный геном для фасоли обыкновенной и полногеномный анализ двойных домашних хозяйств. Нат Жене. 201446: 707–13.

Смит Дж., Кронфорст МР. Обмениваются ли виды бабочек Heliconius аллелями мимикрии? Biol Lett. 20139: 20130503.

Guindon S, Dufayard JF, Lefort V, Anisimova M, Hordijk W., Gascuel O. Новые алгоритмы и методы для оценки филогении максимального правдоподобия: оценка производительности PhyML 3.0. Syst Biol. 201059: 307–21.

Llaca V, Delgado Salinas A, Gepts P. ДНК хлоропласта как эволюционный маркер в комплексе Phaseolus vulgaris. Theor Appl Genet. 199488: 646–52.

Мина-Варгас А.М., МакКаун П.С., Фланаган Н.С., Дебук Д.Г., Килиан А., Ходкинсон Т.Р. и др. Происхождение однолетних бобов (Phaseolus dumosus Macfady, Fabaceae) в результате событий сетчатой ​​гибридизации между несколькими видами Phaseolus. Энн Бот. 2016118: 957–69.

Бланко-Пастор Дж. Л., Варгас П., Пфейл БЭ. Моделирование слияния выявило гибридизацию и неполную сортировку по родословным в средиземноморской Линарии. PLoS One. 20127: e39089.

Хуанг Д.И., Хефер К.А., Колосова Н., Дуглас К.Дж., Кронк, королевский адвокат. Секвенирование всего пластома выявляет глубокую пластидную дивергенцию и цитонуклеарное несоответствие между близкородственными бальзамическими тополями, Populus balsamifera и P. trichocarpa (Salicaceae). Новый Фитол. 2014204: 693–703.

Рухсам М., Рай Х.С., Мэтьюз С., Росс Т.Г., Грэм С.В., Раубесон Л.А. и др. Улучшает ли полное секвенирование пластидного генома различение видов и филогенетическое разрешение у араукарии? Мол Экол Ресур. 201515: 1067–78.

Монтеро-Варгас Дж. М., Гонсалес-Гонсалес Л. Х., Гальвес-Понсе Е., Рамирес-Чавес Е., Молина-Торрес Дж., Чаголла А. и др. Метаболическое фенотипирование для классификации кофейных деревьев и исследования маркеров отбора. Мол Биосист. 20139: 693–9.

Сотело-Сильвейра М., Шовен А.Л., Марш-Мартинес Н., Винклер Р., Де Фолтер С. Метаболическая дактилоскопия Arabidopsis thaliana присоединения. Фронтальный завод им. 20156: 1–13.

Винклер Р. Развивающаяся вычислительная платформа для биологической масс-спектрометрии: рабочие процессы, статистика и интеллектуальный анализ данных с помощью MASSyPup64. PeerJ. 20153: e1401.

Редди П., Рендон-Анайя М., Сото дель Рио, доктор медицины, Хандуаль С. Флавоноиды как сигнальные молекулы и регуляторы развития корневых клубеньков. Dyn Soil Dyn Plant. 20071: 83–94.

Уэллс У. С., Изом У. С., Уэйнс Дж. Г.. Показатели ауткроссинга шести обычных линий фасоли. Crop Sci. 198828: 177–8.

Феррейра Дж., Де Соуза Карнейро Дж. Э., Тейшейра А. Л., де Лейн Ф. Ф., Секон ПР, Бором А. Генетический поток в обыкновенных бобах (Phaseolus vulgaris Л.). Euphytica. 2007153: 165–70.

Green RE, Krause J, Briggs AW, Maricic T, Stenzel U, Kircher M и др. Предварительная последовательность генома неандертальца. Наука. 2010328: 710–22.

Дюран Э.Ю., Паттерсон Н., Райх Д., Слаткин М. Тестирование древней примеси между близкородственными популяциями. Mol Biol Evol. 201128: 2239–52.

Мартин Ш., Дэйви Дж. У., Джиггинс CD. Оценка использования статистики ABBA-BABA для обнаружения интрогрессированных локусов. Mol Biol Evol. 201532: 244–57.

САГАРПА. Estudio de gran visión y factibilidad económica y financiera para el desarrollo de infraestructura de almacenamiento y distribución de granos y oleaginosas para el mediano y largo plazo a nivel nacional. 2014. http://www.sagarpa.gob.mx/agronegocios/Documents/Estudios_promercado/GRANOS.pdf.

Фрейре Р., Риос Р., Гусман Л., Дебук Д. Г., Гептс П. Экогеографическое распространение Phaseolus виды (Fabaceae) в Боливии. Econ Bot. 199650: 195–215.

Сюй Х, Гуань Ю. Обнаружение локального совместного использования гаплотипов и ассоциации гаплотипов. Генетика. 2014197: 823–38.

Miedes E, Vanholme R, Boerjan W, Molina A. Роль вторичной клеточной стенки в устойчивости растений к патогенам. Фронтальный завод им. 20145: 358.

Хаджар Р., Ходжкин Т. Использование диких сородичей в улучшении сельскохозяйственных культур: обзор событий за последние 20 лет. Euphytica. 2007156: 1–13.

Richter M, Diertl KH, Emck P, Peters T., Beck E. Причины выдающегося разнообразия растений в тропических Андах Южного Эквадора. Пейзаж Интернет. 200912: 1–35.

Luebert F, Weigend M. Филогенетические взгляды на диверсификацию растений Анд. Передняя часть Ecol Evol. 20142: 27.

Мутке Дж., Джейкобс Р., Мейерс К., Хеннинг Т., Вейгенд М. Образцы разнообразия отдельных групп андских растений соответствуют топографии и динамике среды обитания, а не орогенезу. Фронт Жене. 20145: 351.

Debouck DG, Toro O, Paredes OM, Johnson WC, Gepts P. Генетическое разнообразие и экологическое распределение Phaseolus vulgaris на северо-западе Южной Америки. Econ Bot. 199347: 408–23.

Виана Д.С., Сантамария Л., Фигуэрола Дж. Перелетные птицы как глобальные векторы распространения. Trends Ecol Evol. 201631: 763–75.

Ла Сорт Ф.А., Финк Д., Хочачка В.М., Келлинг С. Конвергенция широкомасштабных стратегий миграции наземных птиц. Proc R Soc B. 2016283: 20152588.

Бэкон С.Д., Сильвестро Д., Харамилло К., Смит Б.Т., Чакрабарти П., Антонелли А. Биологические данные подтверждают раннее и сложное возникновение Панамского перешейка. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2015112: 6110–5.

Hain MP, Sigman DM, Haug GH. Биологический насос в прошлом. В: Голландия HD, Турекян К.К., редакторы. Трактат по геохимии, издание 2, глава: 8.18. Амстердам, Нидерланды: Elsevier 2014. стр. 485–517.

Hungria M, Johnston AW, Phillips DA. Эффекты флавоноидов, высвобождаемых естественным путем из бобов (Phaseolus vulgaris) на транскрипцию гена, регулируемую nodD, в Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoli. Mol Plant Microbe In. 19925: 199–203.

Пек М.С., Фишер РФ, Лонг СР. Различные флавоноиды стимулируют связывание NodD1 с промоторами гена nod в Sinorhizobium meliloti. J Bacteriol. 2006188: 5417–27.

Caetano-Anolles G, Crist-Estes DK, Bauer WD. Хемотаксис Rhizobium meliloti Для растения флавон лютеолин требует функциональных генов клубеньков. J Bacteriol. 1988170: 3164–9.

Ng JL, Hassan S, Truong TT, Hocart CH, Laffont C, Frugier F, et al. Флавоноиды и ингибиторы транспорта ауксина спасают симбиотические нодуляции в Medicago truncatula мутант по восприятию цитокининов cre1. Растительная клетка. 201527: 2210–26.

Ли Икс, Грубер М.Ю., Хегедус Д.Д., Lydiate DJ, Гао MJ. Влияние производного кумарина, 4-метилумбеллиферона, на прорастание семян и укоренение проростков в Арабидопсис. J Chem Ecol. 201137: 880–90.

Агилар О.М., Рива О., Пельтцер Э. Анализ Rhizobium etli и его симбиоза с дикими Phaseolus vulgaris поддерживает коэволюцию в центрах диверсификации принимающей страны. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2004101: 13548–53.

Рибейро Р.А., Орменьо-Оррилло Э., Далл’Аньол РФ, Грэм Ф.Х., Мартинес-Ромеро Э., Хангрия М. Роман Ризобиум линии, изолированные от корневых клубеньков фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.) в Андском и Мезоамериканском регионах. Res Microbiol. 2013164: 740–8.

Servín-Garcidueñas LE, Zayas-Del Moral A, Ormeño-Orrillo E, Rogel MA, Delgado-Salinas A, Sánchez F, et al. Симбионт сдвигается в сторону Ризобиум клубенькование в группе филогенетически родственных видов Phaseolus. Mol Phylogenet Evol. 201479: 1–11.

Debouck DG, Castillo TR, Tohme JM. Наблюдения за малоизвестными Phaseolus гермоплазма Эквадора. Plant Genet Resour Newsl. 198980: 15–21.

Koinange EMK, Gepts P. Слабость гибридов в дикой природе Phaseolus vulgaris Л. Дж. Херед. 199283: 135–9.

Харрисон Р.Г., Ларсон Э.Л. Гибридизация, интрогрессия и природа видовых границ. J Hered. 2014105: 795–809.

Ханна М.А., Кремер К.М., Джеффрой В., Копка Дж., Блэр М.В., Эрбан А. и др. Гибридная слабость, контролируемая дозозависимой летальной (DL) генной системой у фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris) вызывается подавляющим сигналом от побегов, приводящим к гибели корней, связанной с салициловой кислотой. Новый Фитол. 2007176: 537–49.

Гепц П., Папа Р. Эволюция во время одомашнивания, Энциклопедия наук о жизни. Лондон: Macmillan Publishers, Nature Publishing Group 2002.

Koinange EMK, Singh SP, Gepts P. Генетический контроль синдрома одомашнивания у обыкновенной фасоли. Crop Sci. 199636: 1037–45.

Ли Х, Дурбин Р. Быстрое и точное согласование короткого чтения с помощью преобразования Барроуза-Уиллера. Биоинформатика. 200925: 1754–60.

Лайонс Э., Педерсен Б., Кейн Дж., Алам М., Мин Р., Тан Х и др. Поиск и сравнение синтенических регионов среди Арабидопсис и внешние группы папайи, тополя и винограда: CoGe с розидами. Plant Physiol. 2008148: 1772–81.

Корнелиуссен Т.С., Альбрехтсен А., Нильсен Р. ANGSD: Анализ данных секвенирования следующего поколения. BMC Bioinformatics. 201415: 356.

Гуо X, Кастильо-Рамирес С., Гонсалес В., Бустос П., Фернандес-Васкес Дж. Л., Сантамария Р. И. и др. Быстрое эволюционное изменение фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L) пластом и геномная диверсификация хлоропластов бобовых культур. BMC Genomics. 20078: 228.

Capella-Gutierrez S, Silla-Martinez JM, Gabaldon T. trimAl: инструмент для автоматической обрезки совмещения в крупномасштабных филогенетических анализах. Биоинформатика. 200925: 1972–3.

Драммонд AJ, Suchard MA, Xie D, Rambaut A. Байесовская филогенетика с BEAUti and the BEAST 1.7. Mol Biol Evol. 201229: 1969–73.

Перселл С., Нил Б., Тодд-Браун К., Томас Л., Феррейра М.А., Бендер Д. и др. PLINK: набор инструментов для анализа связи всего генома и популяционного анализа. Am J Hum Genet. 200781: 559–75.

Чинголани П., Платтс А., Ле Ван Л., Кун М., Нгуен Т., Ван Л. и др. Программа для аннотирования и прогнозирования эффектов однонуклеотидных полиморфизмов, SnpEff: SNPs в геноме Дрозофила меланогастер штамм w1118 iso-2 iso-3. Fly (Остин). 20126: 80–92.

Алекса А., Раненфюрер Дж. TopGO: Анализ обогащения для генной онтологии. Пакет R версии 2.24.0. 2016 г.

Чемберс М.С., Маклин Б., Берк Р., Амодей Д., Рудерман Д.Л., Нойманн С. и др. Кроссплатформенный набор инструментов для масс-спектрометрии и протеомики. Nat Biotechnol. 201230: 918–20.

Гибб С., Корбинян С. МАЛДИКВАНТ: Универсальный пакет R для анализа данных масс-спектрометрии. Биоинформатика. 201228: 2270–1.

Уильямс Г. Интеллектуальный анализ данных с помощью Rattle и R: Искусство раскопок данных для открытия 1282 знаний. Нью-Йорк: Springer 2011.

Цугава Х., Цайка Т., Кинд Т, Ма Y, Хиггинс Б., Икеда К. и др. MS-DIAL: независимая от данных деконволюция MS / MS для всестороннего анализа метаболома. Нат методы. 201512: 523–6.


Полученные результаты

Высокий уровень гомопластического несинонимичного замещения в Хеликобактер пилори основные гены

Мы проанализировали гены, кодирующие белок из 38 Хеликобактер пилори штаммы, которые были выбраны на основе профилей многолокусного типирования последовательностей (MLST http://pubmlst.org/helicobacter/) (рис. 1). Два Helicobacter cetorum штаммы (MIT 00–7128 и MIT 99–5656) использовались как внешние группы при реконструкции филогении. Из 1566 генов, кодирующих белок, аннотированных в геноме эталонного штамма 26 695, 992 гена (63%) присутствовали во всех 38 штаммах, исходя из порога идентичности нуклеотидной последовательности и охвата длины гена ≥90% (Таблица 1). Среднее попарное нуклеотидное разнообразие (π) этих ядер Хеликобактер пилори гены составляли 3,81 ± 0,03%, при этом в среднем примерно в 10 раз больше синонимичных (молчащих), чем несинонимичных (аминокислотные замены) замен (таблица 1). Используя экстрагированные белковые последовательности этих 992 ядерных генов, мы определили степень гомоплазии в различиях аминокислотных последовательностей, то есть идентичные изменения, неоднократно обнаруживаемые в одних и тех же положениях белка в разных штаммах, которые не были связаны общим происхождением. Почти каждый коровый ген (98%, таблица 1) показал гомоплазию в кодируемых им белках, при этом 8% положений на белок в среднем были гомопластичными.

Филограмма конкатенированных последовательностей 7 генов домашнего хозяйства (atpA, efp, MUTY, PPA, trpC, ureI, yphC) для 38 Хеликобактер пилори проанализированы штаммы, а также два H. cetorum штаммы использовались как чужие. Красный прямоугольник включает штаммы индейской популяции (представляющие «местную» подгруппу, проанализированную в Дополнительном файле 2: Рисунок S1). Красные звездочки (*) рядом с названиями штаммов обозначают представителей «глобального» подмножества (проанализировано в Дополнительном файле 2: Рисунок S1)

Наш набор данных включал 12 штаммов индейцев (как Северной, так и Южной Америки) и 26 штаммов из различных других человеческих популяций по всему миру. Как и ожидалось, среди близкородственных штаммов американских индейцев (обведены красным прямоугольником, рис. 1) среднее попарное нуклеотидное разнообразие (π) ядра Хеликобактер пилори генов было значительно ниже, чем разнообразие всего набора штаммов, как на несинонимичном, так и на синонимичном уровне («местная» подгруппа, таблица 1). Для сравнения мы выбрали из оставшихся штаммов другую подгруппу из 12 неамериканских штаммов, показывающих всемирное распространение (отмечены звездочками, рис. 1). Разнообразие основных генов в этом подмножестве («глобальное» подмножество, таблица 1) было выше, чем в полном наборе, и почти вдвое больше, чем в локальном наборе данных.Несмотря на различие в нуклеотидном разнообразии между подмножествами, подавляющее большинство генов было затронуто несинонимичной гомоплазией либо в локальных, либо в глобальных 12 подмножествах штаммов, а также в полном наборе из 38 штаммов. Как и ожидалось, среднее количество аминокислотных позиций, на которые влияет гомоплазия, в двух подмножествах из 12 штаммов напрямую коррелировало с общим уровнем нуклеотидного разнообразия. Глобальное подмножество показало в два раза больше повторяющихся идентичных аминокислотных замен, чем местное подмножество индейцев. Выбор 5 дополнительных наборов из 12 штаммов из нашей всемирной группы штаммов неамериканских индейцев показал идентичную тенденцию значений глобального подмножества по сравнению с местным подмножеством америнидий (дополнительный файл 1: таблица S1). Однако полный набор имел самую высокую частоту аминокислотной гомоплазии, что соответствовало его гораздо большему размеру и большему разнообразию (Таблица 1). Таким образом, подавляющее большинство генов в Хеликобактер пилори подвержен высокочастотной несинонимичной гомоплазии, очевидной как в близкородственных, так и в филогенетически разнообразных коллекциях, коррелирующей с общим нуклеотидным разнообразием.

Влияние рекомбинации на скорость несинонимичной гомоплазии

Гомоплазия может быть результатом гомологичной рекомбинации между дивергентными штаммами, традиционная интерпретация, учитывая Хеликобактер пилориЕстественная компетентность и возможность заражения несколькими штаммами, по крайней мере временно [8, 27, 28]. Мы применили PhiPack [29] для обнаружения событий внутригенной рекомбинации во всех основных генах. Это обнаружило рекомбинацию в 49,2% генов с несинонимичной гомоплазией во всем наборе данных, 40,8% в 12 штаммах из глобальных наборов данных и 23,3% в более тесно связанных локальных, индейских наборах данных. Однако, когда анализ PhiPack применялся к непрерывным областям из 2, 3, 5 и 10 генов (а не только к отдельным генам), частота обнаруживаемых событий рекомбинации экспоненциально возрастала, и в определенный момент частота стала выше в локальном наборе, чем в локальном наборе. в глобальном (Дополнительный файл 2: Рисунок S1). Но если расширить анализ с одного до нескольких генов, вероятность обнаружения рекомбинации может быть выше. Чтобы проверить, была ли такая ситуация, по крайней мере, для непрерывной области из 2 или 3 генов, мы выбрали набор последовательностей длиной 1000-1999 п.н. для наборов данных с одним, двумя и тремя генами, содержащих 347, 252 и 65 последовательностей соответственно. . Кроме того, нуклеотидное разнообразие для одного набора генов (π = 0,039 ± 0,0004) было почти одинаковым для набора данных с 2 генами (π = 0,039 ± 0,0005) или набора данных с 3 генами (π = 0,037 ± 0,001). Мы обнаружили 243 гена (70%) как рекомбинантные в одном наборе генов большей длины, что было выше, чем общая частота генов с внутригенной рекомбинацией (49%). Однако для сравнения наборы данных с 2 и 3 генами одинаковой длины и разнообразия показали, что 194 гена (77%) и 55 генов (85%) соответственно являются рекомбинантами. Таким образом, внутригенная рекомбинация встречается реже, чем межгенная рекомбинация у Хеликобактер пилори, в то время как представители субпопуляций американских индейцев могут подвергаться повышенным возможностям для рекомбинации из-за географической структуры, как предполагалось ранее [30].

Частота несинонимичной гомоплазии была повторно оценена после разделения генов на рекомбинантные и нерекомбинантные на основе анализа PhiPack. Среднее количество положений аминокислот, на которые повлияли повторяющиеся идентичные изменения, было в 1,4 раза выше в рекомбинантных, чем нерекомбинантных генах (9,03 ± 0,20% против 6,66 ± 0,21% соответственно, п & lt 0,0001) (Таблица 1). Такая же картина довольно умеренно высоких показателей несинонимичной гомоплазии в рекомбинантных и нерекомбинантных генах также наблюдалась в локальных и глобальных наборах данных (Таблица 1). Мы делаем вывод, что несинонимичная гомоплазия лишь частично обусловлена ​​внутригенными рекомбинационными событиями.

Большинство повторяющихся несинонимичных изменений не связаны с повторяющимися синонимичными изменениями.

Мы использовали недавно разработанный статистический инструмент synDss [31] для оценки связи между повторяющимися несинонимичными и синонимичными изменениями, что является ожидаемым результатом генетической рекомбинации. В отличие от PhiPack, основанного на оценке выравнивания, synDss отдельно вычисляет расстояние между синонимичными и несинонимичными кодонами в каждом скользящем окне для данного гена (путем вычисления двух типов филогенетического несоответствия на основе информации о заменах только для синонимов и только для несинонимичных) для проверки рекомбинации во внутреннем -геничные регионы. Из-за того, что этот инструмент требует больших вычислительных ресурсов, мы сосредоточились на случайно выбранных 25 рекомбинантных и 25 нерекомбинантных генах, как определено PhiPack (дополнительный файл 1: таблица S2 и дополнительный файл 2: рисунок S2).

В целом, во всех 50 генах вместе взятых, synDss обнаружил 27 генов, которые пересекли соответствующие 95% -ные пороги значимости бутстрапа для филогенетического несоответствия, тем самым предполагая кластеры повторяющихся филогенетически несвязанных изменений - 17 в рекомбинантных и 10 в нерекомбинантных наборах (точный критерий Фишера два- хвостатый п = 0,088). Только 6 генов пересекли пороги значимости как для несинонимичных, так и для синонимичных изменений, и все они представляли собой рекомбинантный набор, определенный PhiPack (точный критерий Фишера, двусторонний п = 0,03). Интересно, что 17 генов показали значимость только из-за несинонимичных замен, что было намного выше, чем у генов, показывающих значимые значения как для несинонимичных, так и для синонимичных замен (6 генов, точный критерий Фишера, двусторонний п = 0,016) и, особенно, только для синонимичных замен (4 гена, точный критерий Фишера, двусторонний п = 0,003). Однако между наборами рекомбинантных и нерекомбинантных генов на основе PhiPack не было статистической разницы в количестве генов, показывающих значимость только для несинонимичных изменений (10 и 7 генов, соответственно, точный критерий Фишера, двусторонний п = 0,55) или только для синонимичных изменений (1 и 3 гена соответственно, точный критерий Фишера двусторонний п = 0,61). Множественная тестовая коррекция с использованием метода Бенджамини-Хохберга [32] показала, что значимая п значения упали ниже 5% ложного обнаружения.

Одним из возможных объяснений большого количества случаев, показывающих значительное филогенетическое несоответствие только несинонимичной гомоплазии, могло быть отсутствие возможности обнаружения рекомбинации в анализе синонимичных замен. Однако такое объяснение маловероятно, поскольку наблюдаемая частота синонимичных замен намного выше, чем несинонимичная частота в Хеликобактер пилори (Таблица 1). Важно отметить, что в филогении генов соответствующие аминокислотные гомопластические сайты не были сгруппированы в какие-либо отдельные пары аллелей, тем самым исключая возможность того, что рекомбинация произошла в экстремальной ситуации, свободной от синонимичных изменений. Таким образом, хотя synDss частично подтвердил, что некоторые из Хеликобактер пилориНесинонимичная гомоплазия имеет рекомбинантное происхождение, большинство повторяющихся несинонимичных изменений не связаны с повторяющимися синонимичными изменениями и, следовательно, вряд ли являются результатом внутригенной рекомбинации.

Распространенность конвергентных мутаций в белках с гомопластическими изменениями

Гомопластические (то есть повторяющиеся идентичные) изменения представляют собой тип конвергентного изменения, которое, взятое отдельно, можно отнести к рекомбинации. Другой тип включает повторяющиеся неидентичные (т. Е. Негомопластические) изменения в одних и тех же положениях и представляет собой недвусмысленное свидетельство конвергенции путем мутации. Мы исследовали, были ли положения аминокислот с гомоплазией также нацелены на негомопластную конвергенцию. Для этого дальнейшего анализа гомоплазии мы сосредоточились на определенном PhiPack наборе из 504 нерекомбинантных генов, чтобы уменьшить возможную неоднозначность результатов.

Мы обнаружили высокую частоту повторяющихся, но неидентичных (т. Е. Негомопластных конвергентных) мутаций в белках, кодируемых этими ядрами 504. Хеликобактер пилори гены (рис. 2). Интересно, что 73% позиций с негомопластическими конвергентными мутациями также были нацелены на гомопластические изменения в нашем наборе данных из 38 геномов, и частота гомопластических изменений была выше, чем частота негомопластических изменений. Чтобы определить, можно ли объяснить наблюдаемую закономерность случайным накоплением мутаций без отбора, для каждого гена мы выполнили моделирование мутаций в условиях нейтральности на основе естественно наблюдаемой скорости мутаций. Мы обнаружили, что частота конвергенции негомопластных (неидентичных) аминокислот была> в 3 раза выше в реальных наборах данных, чем в моделируемых, кроме того, разница в частоте конвергенции гомопластических (идентичных) аминокислот была> в 50 раз выше. в реальных наборах данных, чем в смоделированных (рис. 3), что свидетельствует о ненейтральном накоплении конвергентных изменений (п & lt 0,0001). Кроме того, как и ожидалось при нейтральности, смоделированные данные показали более высокую частоту негомопластических аминокислотных изменений, чем гомопластические (рис. 3), что контрастировало с наблюдаемой распространенностью гомопластических изменений в Хеликобактер пилори гены.

Среднее распределение положений аминокислот с различными видами точечных мутаций в кодируемых белках нерекомбинантных ядерных генов с конвергентными изменениями в Хеликобактер пилори

Сравнение частот конвергентных мутаций в кодируемых белках реальных и смоделированных наборов данных Хеликобактер пилори нерекомбинантные основные гены

В принципе, высокая частота конвергентных мутаций в определенных положениях может возникать случайно только из-за Хеликобактер пилориОбщая высокая частота мутаций и ограниченная доступность изменяемых сайтов, которые допускают изменения без нарушения функции. Чтобы проверить это, мы оценили среднюю частоту мутаций на один мутированный сайт в кодируемых белках и обнаружили бимодальное распределение с двумя отдельными пиками частот - один с одним положением мутации, а другой со средним числом четырех мутаций на сайт, затронутых многократные повторяющиеся изменения идентичной и / или неидентичной (гомопластической или негомопластической конвергентной) природы (рис. 4). Затем мы проанализировали частоту мутаций в 5 случайно выбранных повторах 100, 50, 25 и 10 случайно выбранных основных генов (дополнительный файл 2: рисунок S3). Мы обнаружили, что распределение частоты бимодальных мутаций также сохранялось в более мелких подмножествах из 100, 50 и 25 членов (такая бимодальность не была очевидна в подмножестве из 10 генов из-за шумности небольшого размера выборки) (дополнительный файл 2: Рисунок S3). Таким образом, бимодальное распределение по геному не может быть объяснено асимметричным распределением мутаций в ограниченном наборе генов.

Распределение средней частоты мутаций в кодируемых белках, показывающих конвергенцию в нерекомбинантных ядерных генах Хеликобактер пилори

Затем мы провели имитационный анализ одного случайного набора из 25 генов, используя два набора скоростей мутаций и значений dN / dS: (а) как наблюдали в Хеликобактер пилори генов, и (б) вдвое выше, чем значения, наблюдаемые в Хеликобактер пилори гены. В обоих случаях распределение частот мутаций аминокислот в смоделированных наборах данных было одномодальным, а не бимодальным, как это наблюдается для реальных наборов данных, с постепенным снижением вероятности множественных мутаций на сайт (дополнительный файл 2: рисунок S4). Взятые вместе, эти результаты демонстрируют, что гомопластическая и негомопластическая конвергенция сильно пересекаются, и что возникновение конвергентных несинонимичных изменений в Хеликобактер пилори нерекомбинантные гены нельзя объяснить нейтральным накоплением мутаций. Это предполагает основополагающее действие сильного положительного отбора для конвергентной эволюции.

Разнообразный набор расширенных функциональных категорий

Высокая скорость приобретения конвергентных мутаций в Хеликобактер пилори предлагает надежный положительный отбор в затронутых генах (дополнительный файл 1: таблица S3). Из 487 нерекомбинантных генов с потенциальными конвергентными мутациями 158 (32%) относились к 16 категориям биологических процессов, которые были статистически обогащены или чрезмерно представлены (п & lt 0,05) в наборе данных из 67 категорий (рис. 5). К ним относятся гены, участвующие в секреции белка, хемотаксисе, транспорте, вирулентности, сборке жгутиков, деградации РНК, регуляции транскрипции, а также в нескольких метаболических или биосинтетических путях. Важно отметить, что несколько генов в каждом из этих путей накапливали конвергентные мутации в разных Хеликобактер пилори родословные. Примечательно, что мы не обнаружили обогащения генов, представляющих некоторые из функциональных категорий, обычно чрезмерно представленных в Кишечная палочка или Сальмонелла [20], такие как двухкомпонентные системы, репарация ДНК или пути биосинтеза кофакторов, витаминов, хинонов, углеводов и т. Д. Таким образом, Хеликобактер пилори белки, подверженные гомопластическим изменениям, которые, вероятно, являются результатом конвергентной эволюции, не распределяются случайным образом между функциональными категориями. Это означает, что многие из наблюдаемых изменений белковой последовательности внесли свой вклад в Хеликобактер пилориАдаптация к определенным условиям слизистой оболочки желудка.

Обогащенные (или чрезмерно представленные) функциональные категории белков, кодируемых нерекомбинантными коровыми генами с конвергентными мутациями


Ссылки и примечания

  1. Цукеркандл Э. и Хенниг В. Отслеживание гетерохроматина. Хромосома104:75, 1995.
  2. Цукеркандль, Э. и другие., Поддержание функции без выбора, J. Молекулярная эволюция29:504, 1989.
  3. Псевдоген можно сравнить с безколесным автомобилем. Но, как мы увидим, неподвижность не обязательно означает нефункционирование. В этой работе я использую слово «evolspeak» для ясности. Тем не менее, я бы хотел, чтобы появился непредвзятый язык (например, геноид вместо псевдогена, нуклеотидная дисперсия вместо нуклеотидной замены или инактивирующая мутация и т. Д.).
  4. Морейра, М.А.М. и Сеуанез, H.N., Митохрондриальные псевдогены и филетические отношения Себуэлла а также Каллитрикс (Платиррини, Приматы), Приматы40(2):353–364, 1999.
  5. Гибсон, С.Дж., Псевдогены и происхождение. Происхождение (Лома Линда)2(2): 91–108, 1994. Эта статья написана с научной креационистской точки зрения.
  6. Макс, E.E., Плагиат ошибок и молекулярной генетики, & ltwww.ics.uci.edu / pub / bvickers / origins / молекулярная генетика.txt & gt. (Последнее обновление: 12 июля 1999 г.). Также & ltwww.talkorigins.org / faqs / molgen & gt (последнее обновление: 6 июня 2000 г.). В течение многих лет Макс утверждал, что псевдогены как «общие ошибки» геномов приматов представляют собой недвусмысленное свидетельство против особого сотворения и в пользу органической эволюции.
  7. Эсно, К. и другие., Ретротранспозоны Human LINE генерируют процессированные псевдогены, Природа Генетика24: 363, 2000. В настоящее время предполагается, что мастер-ген (ы), а не ретровирусы, обратно транскрибируют себя в ДНК, таким образом генерируя SINE и LINE как псевдогены.
  8. Гу, X. и Ли, WH., Распределение размеров вставок и делеций в псевдогенах человека и грызунов предполагает штраф за логарифмический пробел для выравнивания последовательностей, J. Молекулярная эволюция40:465–469, 1995.
  9. Торн, Дж. Л. и Кишино, Х., Освобождение филогении от артефактов выравнивания. Молекулярная биология и эволюция9(6):1150–1151, 1992.
  10. Ли, В-Х. и другие., Псевдогены как парадигма нейтральной эволюции, Природа292: 237, 1981. Авторы сравнивают ген мыши с предполагаемым псевдогенным паралогом, игнорируя 30-нуклеотидный несоответствующий сегмент, который обвиняется в вставке.
  11. Нишикими и другие., Клонирование и хромосомное картирование нефункционального гена человека L-гулоно-гамма-лактоноксидазы, J. Биологическая химия269(18):13686, 1994.
  12. Кондрашов, А. , Кунин Е.В. Молекулярная эволюция в эпоху генома. Клетка101(2):128–129, 2000.
  13. Кавальер-Смит Т. и Битон М.Дж. Скелетная функция негенной ядерной ДНК. Genetica106: 3–13, 1999. Конечно, никто не ссылается на ламаркианство, при котором организм может каким-то образом взаимодействовать со своим геномом и, в этом случае, по команде изгонять бесполезную ДНК.
  14. Фарлоу Б., Чепуха или чушь? Новый ученый166(2232):38–41, 2000.
  15. Осима, К. и другие., Несколько коротких перемежающихся повторяющихся элементов (SINE) у далеких видов могли происходить от общего предкового ретровируса, Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки90:6260–6264, 1993.
  16. Магер Д.Л., Эндогенные ретровирусы обеспечивают первичный сигнал полиаденилирования для двух новых генов человека (HHLA2 и HHLA3). Геномика59: 255, 1999. С другой стороны, утверждение о том, что в то или иное время существовало много вредных псевдогенов, но что все, кроме недавно возникших вредных, были удалены из популяций естественным отбором, является не более чем эволюционным и предположение о долгом возрасте.
  17. Мигелл А.Дж. Псевдогены позвоночных. Письма FEBS468:113, 2000.
  18. Lomax., M.I. и другие., Быстрая эволюция человеческого гена субъединицы IV цитохром С оксидазы, Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки89:5269, 1992.
  19. Мингетти, П. и Дугайчик А., Появление новых повторов ДНК и дивергенция приматов. Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки90:1875, 1993.
  20. Fitch, D.H.A. и другие., Ген эта-глобина (псевдо) обезьяны-паука и окружающие его последовательности, Геномика3:237–250, 1988.
  21. Офир, Р. и Граур, Д., Паттерны и темпы эволюции инделя в обработанных псевдогенах от людей и мюридов. Ген205:199–201, 1997.
  22. Сайто, Н. и Уэда, С., Эволюционные скорости вставки и делеции в некодирующих нуклеотидных последовательностях приматов. Молекулярная биология и эволюция11(3):504–511, 1994.
  23. Фрейтаг, С.О. и другие., Молекулярные структуры псевдогенов аргининосукцинатсинтетазы человека. J. Биологическая химия259: 3165, 1984. Это несоответствие объясняется для этого случая предположение, что родительский ген мутировал после псевдогены от нее отошли. Предположительно, 19 уникальных псевдогенных нуклеотидных замен отражают состояние родительского гена до дивергенции.
  24. Одним из авторов этой статьи будет доктор Пол Нельсон, доктор философии. Имеет степень доктора философии с акцентом на биологии Чикагского университета. Нельсон является активным участником движения за интеллектуальный дизайн.
  25. МакКарри, Дж. Р., Риггс, А. Д., Пары детерминатор-ингибитор как механизм установления пороговых значений в развитии: возможная функция псевдогенов. Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки83: 679–683, 1986. Продолжая более раннюю аналогию псевдогена с безколесным автомобилем, последний фактически выполняет нетранспортную функцию (его двигатель / трансмиссия вращает молотилку). Авторы сообщили мне, что еще никто не проверял их теорию.
  26. Шмид К.В. и Шен К.Дж., Эволюция вкрапленных повторяющихся последовательностей ДНК у млекопитающих и других позвоночных в: Молекулярно-эволюционная генетика, Plenum Press, New York, pp. 332–337, 348–351, 1985.
  27. Уолкап, Л.К., Мусорная ДНК, TJ14(2):18–30, 2000.
  28. Хамди, К.Х., и другие., Alu-опосредованные филогенетические новшества в регуляции и развитии генов, J. Молекулярная биология299(4):931–939, 2000.
  29. Ли, В-Х., Молекулярная эволюция, Синауэр, Массачусетс, США, стр. 347, 1997г., Мифология современных методов знакомств, Институт креационных исследований, Эль-Кахон, Калифорния, стр. 3, 1999.
  30. Вот шутливый пример: эволюционист сначала говорит, что у псевдогенов нет никакой функции. Когда функция обнаруживается, он сосредотачивается на технической стороне того, что псевдоген является зеленым, и говорит: «Функция может быть применима к зеленым псевдогенам, но не к другим!» Однако, когда функция возникает для полосатых псевдогенов, эволюционист меняет свою настройку. и говорит: «Ну, у зеленых и полосатых псевдогенов есть функции, но на самом деле это ничего не значит.» Время идет, и функция появляется для псевдогенов в горошек. Итак, теперь мы слышим: «Псевдогены лишены функции, за небольшим исключением зеленых, полосатых и в горошек». И так далее. до бесконечности.
  31. Макс, Э., Ответ Виланду, & ltwww.talkorigins.org / faqs / molgen / wieland.html & gt.
  32. Виланд, К., «Вирусы, производящие мусор», нейтрализуют эволюционный аргумент, TJ10(3):296–297, 1996.
  33. Димитрий П. и Юнакович Н., Пересмотр эгоистичной гипотезы ДНК. Тенденции в генетике15(4):123–124, 1999.
  34. Примером этого может быть проверка склада, на котором хранится 1000 ящиков с фруктами. Владельцы объявили, что все 1000 особей свободны от паразитов. Инспектор открывает 5 ящиков и находит паразитов. Следуя заблуждению банкомата, практикуемому Максом 6 в отношении псевдогенной функции, владелец может заявить: «Вы не показали, что подавляющее большинство ящиков (995) содержат паразитов!» Очевидно, это не годится. Остальные 995 коробок теперь окружены разумным подозрением, и, если не считать их всех, бремя доказывания перекладывается на владельца, который защищает их целостность. Точно так же открытие функциональных псевдогенов вызывает обоснованные подозрения в отношении (якобы) нефункционального большинства. За исключением исследования каждого псевдогена (даже если это, вероятно, будет безрезультатным), бремя доказательства теперь перекладывается на тех, кто продолжает отстаивать общую нефункциональность псевдогена.
  35. Поппер, К. Логика научных открытий, Basic Books, New York, pp. 87, 315, 1959. В его классическом примере утверждение, что все вороны черные, опровергается наблюдением только за одним белым вороном. Теперь рассмотрим популярное (но ошибочное) убеждение, что молния, ударившая дважды в одно место, бесконечно маловероятна. Сколько случаев ударов молний в разных местах подтвердят это? Нет - потому что, как подчеркивает Поппер, теории не подтверждаются любой количество убедительных доказательств. Сколько раз молния должна ударить дважды, чтобы это опровергнуть? Ровно один. И после этого становится бессмысленным требовать больше примеров или спорить о том, могла ли молния поразить одно и то же место дважды или даже 20 раз. Ошибка банкомата позволяет эволюционистам, по сути, распознавать одно дерево за другим и при этом отказываться признавать, что они находятся в лесу. По сути, такая же ошибка возникает, когда эволюционисты утверждают 6, что открытие функциональных псевдогенов не ставит под угрозу предположение о бесполезности большинства псевдогенов. Действительно!
  36. Вайнер А.М. Все ли СИНУСЫ приводят к ЛИНИЯМ? Природа Генетика24:333, 2000.
  37. Макаловски, В., SINE как свалка геномного лома в: Влияние коротких вкраплений элементов (SINE) на геном хозяина, R.G. Landes Co., Техас, стр. 81, 1995.
  38. фон Штернберг, Р. и другие., Канализация генома, Genetica86:216, 1992.
  39. Ховард, Б. и Сакамото К., Вкрапленные повторы Alu: эгоистичная ДНК или функциональное семейство генов? Новый биолог2:759, 766, 1990.
  40. Федоров Н.В. Переносные элементы. Летопись Нью-Йоркской академии наук870:256, 1999.
  41. Тачида Х. и Иидзука М. Популяционно-генетическое исследование эволюции SINE. Генетика133:1023, 1993.
  42. Габриэль А. Транспозоны в геноме человека // В: Молекулярная биология и биотехнология, VCH Publishers, Нью-Йорк, Нью-Йорк, стр. 928, 1995.
  43. Фаннинг, Т. and Singer, M.F., LINE-1: мобильный элемент млекопитающих, Biochimica et Biophysica Acta910:209, 1987.
  44. Петров, Д.А. и Хартл Д.Л., Эволюция псевдогена и естественный отбор для компактного генома. J. Наследственность91: 222, 2000. Эти авторы представляют интригующую теорию о том, что псевдогены оказывают влияние на экспрессию близлежащих генов.
  45. Пэннинг Б. и Смайли Дж. Р. Активация транскрипции РНК-полимеразы III человека. Алу элементы вируса простого герпеса, Вирусология202:408, 1994.
  46. Бриттен, Р.Дж., Мобильные элементы, вставленные в далекое прошлое, взяли на себя важные функции. Ген205: 181, 1997. Его (теперь уже слишком маленький) список из 21 известной функциональной мобильной вставки включает 7 элементов Alu.
  47. Пьедрафита, Э.Дж. и другие., Элемент Alu в промоторе миелопероксидазы содержит составной элемент ответа SP1-гормон щитовидной железы и ретиноевой кислоты, J. Биологическая химия271:14419, 1996.
  48. Шмид, К. В. и Рубин, К. М., Алу: Что толку? в: Макаловски, Реф. 38, стр. 106.
  49. Рассмотрим этот иллюстративный контрпример: обвинительный приговор основывается исключительно на результатах одной судебно-медицинской экспертизы. Недавние данные доказывают, что иногда это касается невиновных людей. В будущем этот прием, скорее всего, будет признан неприемлемым в суде. Но подсудимый не хватается за какое-то желаемое в будущем развитие: он цитирует Текущий положение дел, которое уже вызвало обоснованные сомнения в его виновности, и по этой причине он должен быть оправдан. Точно так же более чем разумное сомнение уже существует относительно обобщенных «нефункциональных псевдогенных» убеждений.
  50. Блейк, Р. и другие., Влияние ближайших соседей на частоту и характер спонтанных точечных мутаций. J. Молекулярная эволюция34:190–196, 1992.
  51. Гревал, П. и другие., Недавнее усиление человеческого ФРГ1 ген во время эволюции приматов, Ген227: 85, 1999. Мой рисунок 1 иллюстрирует лишь несколько возможностей. Настоящие геномы приматов намного сложнее.
  52. Бейли, А. и другие., Молекулярное происхождение мозаичных последовательностей единиц дупликации альфа-глобина высших приматов. Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки94:5179–5180, 1997.
  53. Коллура, Р.В. и Стюарт, Си-Би., Вставки и дупликации мтДНК в ядерных геномах обезьян и гоминоидов Старого Света. Природа378:487, 1995.
  54. Уэда, С. и другие., Усеченный иммуноглобулин Эпсилон-псевдоген обнаружен у горилл и человека, но не у шимпанзе, Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки82:3712–3713, 1985.
  55. Уэда, С. и другие., Множественные рекомбинационные события в эпсилон- и альфа-генах иммуноглобулина приматов предполагают более тесное родство человека с шимпанзе и гориллами, J. Молекулярная эволюция27:77–83, 1988.
  56. Револо, Молекулярная филогения гоминоидов, Молекулярная биология и эволюция14(3):248–265, 1997.
  57. Хиллис Д.М. Синус идеального характера. Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки96: 9979–9980, 1999. Когда значительная часть локусов отсутствует при филогенетическом сравнении нескольких организмов, невозможно определить, содержали ли члены рассматриваемых таксонов когда-либо вставленный элемент. Иерархическое совместное использование определенных вставленных элементов становится непроверяемым. В результате отсутствующие локусы неизбежно вносят ложный фактор по сравнению с любой оценкой «общих ошибок».
  58. Шарон, Д. и другие., Эволюция приматов кластера обонятельных рецепторов: диверсификация за счет преобразования генов и недавнее появление псевдогенов, Геномика61: 27–32, 1999. Даже несмотря на то, что эта ситуация решается делециями с одним основанием, необходимо помнить, что (как обсуждается в другом месте) подавляющее большинство делеций в псевдогенах имеют длину только в одно основание. В более широком контексте кластер генов и псевдогенов, составляющих кластер обонятельных рецепторов (OR), не демонстрирует прямого иерархического развертывания. Различные события конверсии (включая слитые гены и дублированные гены) апоморфны человеку и шимпанзе. Два события конверсии гена происходят в одном и том же месте в хромосомах обезьяны, и это связано с горячей точкой в ​​геноме.

Если исследовать общий процент репертуара генов OR приматов, занятых псевдогенами, можно заметить грубое увеличение процента по сравнению со все более производными инфраотрядами приматов. Но эта грубая прогрессия рушится, как только в нее включаются просимианы. Эти приматы с наименьшим производством имеют процентное содержание псевдогенов, которое перекрывает процентное содержание даже гоминоидов с высоким происхождением. Рукье, С. и другие., Репертуар генов обонятельных рецепторов у приматов и мышей, Proc. Nat. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки 97:2873, 2000.


Смотреть видео: Сенсация! Вот зачем графен добавляют в вакцины!!! Примеси в Pfizer и Moderna - а что Спутник!? (August 2022).