Mimojaderné dědictví - Extranuclear inheritance

Mimojaderné dědictví nebo cytoplazmatická dědičnost je přenos genů, které se vyskytují mimo jádro. Nachází se ve většině eukaryoty a je obecně známo, že se vyskytuje v cytoplazmě organely jako mitochondrie a chloroplasty nebo z buněčných parazitů jako viry nebo bakterie.[1][2][3]

Organely

Mitochondrie obsahují své vlastní DNA. Matky je předávají svým dětem prostřednictvím cytoplazmy vajíčka.

Mitochondrie jsou organely, jejichž výsledkem je transformace energie buněčné dýchání. Chloroplasty jsou organely, které produkují cukry prostřednictvím fotosyntéza v rostlinách a řasách. The geny nacházející se v mitochondrie a chloroplasty jsou velmi důležité pro správnou funkci buněk. The mitochondriální DNA a další extranukleární typy DNA se replikují nezávisle na DNA umístěné v jádru, která je typicky uspořádána v chromozomech, které se replikují pouze jednou před buněčným dělením. Extranukleární genomy mitochondrií a chloroplastů se však replikují nezávisle na buněčném dělení. Replikují se v reakci na rostoucí energetické potřeby buňky, které se upravují během životnosti této buňky. Vzhledem k tomu, že se replikují nezávisle, genomická rekombinace těchto genomů se zřídka vyskytuje u potomků, na rozdíl od jaderných genomů, ve kterých je rekombinace běžná.

Oplodnění vaječných buněk - Zygote.png

Mitochondriální nemoci se dědí po matce, nikoli po otci. Mitochondrie s mitochondriální DNA jsou již přítomny ve vaječné buňce, než se oplodní spermatem. V mnoha případech oplodnění vstupuje hlava spermatu do vaječné buňky; opouští svou střední část s mitochondriemi za sebou. Mitochondriální DNA spermií často zůstává mimo zygota a bude vyloučen z dědictví.

Paraziti

Je také možný mimojaderný přenos virových genomů a symbiotických bakterií. Příkladem přenosu virového genomu je perinatální přenos. K tomu dochází od matky k plodu během perinatálního období, které začíná před narozením a končí přibližně 1 měsíc po narození. Během této doby může být virový materiál přenášen z matky na dítě v krevním řečišti nebo mateřském mléce. To je zvláště důležité u matek, které nosí HIV nebo Hepatitida C. viry.[2][3] Symbiotické cytoplazmatické bakterie se dědí také v organismech, jako je hmyz a prvoci.[4]

Typy

Existují tři obecné typy extranukleárního dědictví.

  • Vegetativní segregace výsledky náhodné replikace a rozdělení cytoplazmatických organel. Vyskytuje se u chloroplastů a mitochondrií během dělení mitotických buněk a vede k dceřiným buňkám, které obsahují náhodný vzorek organel rodičovské buňky. Příkladem vegetativní segregace jsou mitochondrie nepohlavně se replikujících kvasinkových buněk.[5]
  • Uniparental dědictví vyskytuje se v extranukleárních genech, když pouze jeden rodič přispívá organelární DNA k potomstvu. Klasickým příkladem uniparentálního přenosu genů je mateřské dědictví lidských mitochondrií. Matčiny mitochondrie se přenášejí na potomky v oplodnění přes vejce. Mitochondriální geny otce se na potomstvo nepřenášejí prostřednictvím spermií. Byly hlášeny velmi vzácné případy, které vyžadují další zkoumání otcovské mitochondriální dědičnosti u lidí, ve kterých se otcův mitochondriální genom nachází u potomků.[6] Geny chloroplastů mohou také dědit uniparentally během sexuální reprodukce. Historicky se o nich předpokládá, že zdědí mateřsky, ale stále více se identifikuje otcovské dědictví u mnoha druhů. Mechanismy uniparental dědičnosti od druhu k druhu se velmi liší a jsou poměrně komplikované. Například bylo zjištěno, že chloroplasty vykazují mateřský, otcovský a biparentalní režim dokonce iu stejného druhu.[7][8]
  • Biparentální dědictví vyskytuje se v extranukleárních genech, když oba rodiče přispívají organelární DNA k potomstvu. Může to být méně časté než uniparentalní mimojaderné dědictví a obvykle se vyskytuje u povolených druhů jen zlomek času. Příkladem biparentální mitochondriální dědičnosti je v droždí Saccharomyces cerevisiae. Když dva haploidní buňky opačného typu páření se oba mohou podílet na mitochondriích k výsledku diploidní potomek.[1][5]

Mutantní mitochondrie

Těsný je mutant houby Neurospora crassa která má mimojaderné dědictví. Těsný je charakterizován pomalým růstem, defektem v mitochondriální ribozom montáž a nedostatky v několika cytochromy.[9] Studie o těsný mutanti byli mezi prvními, kteří vytvořili extranukleární mitochondriální základ pro dědičnost konkrétního genotypu. Zpočátku bylo pomocí genetických křížů zjištěno, že těsný je mateřsky zděděno.[10] Následně primární závada v těsný mutanti byli určeni jako a vymazání v mitochondriální Sekvence DNA kódující malou podjednotku mitochondrií ribozomální RNA.[11]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C. W. Birky, Jr. (1994). „Uvolněné a přísné genomy: proč cytoplazmatické geny neplní Mendelovy zákony“. Journal of Heredity. 85 (5): 355–366. doi:10.1093 / oxfordjournals.jhered.a 111480.
  2. ^ A b Sangeeta Jain; Nima Goharkhay; George Saade; Gary D. Hankins; Garland D. Anderson (2007). "Hepatitida C v těhotenství". American Journal of Perinatology. 24 (4): 251–256. doi:10.1055 / s-2007-970181. PMID  17447189.
  3. ^ A b Patrick Duff (1996). „HIV infekce u žen“. Aktualizace primární péče pro OB / GYNS. 3 (2): 45–49. doi:10.1016 / S1068-607X (95) 00062-N.
  4. ^ Jan Sapp (2004). "Dynamika symbiózy: historický přehled". Canadian Journal of Botany. 82 (8): 1046–1056. doi:10.1139 / b04-055.
  5. ^ A b C. William Birky, Jr.; Robert L. Strausberg; Jean L. Forster; Philip S.Perlman (1978). "Vegetativní segregace mitochondrií v kvasinkách: odhad parametrů pomocí náhodného modelu". Molekulární a obecná genetika. 158 (3): 251–261. doi:10.1007 / BF00267196. S2CID  24730742.
  6. ^ Marianne Schwartz; John Vissing (2003). "Nové vzorce dědičnosti u mitochondriální nemoci". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 310 (2): 247–251. doi:10.1016 / j.bbrc.2003.09.037. PMID  14521902.
  7. ^ C. W. Birky, Jr. (1995). "Uniparental dědičnost mitochondriálních a chloroplastových genů: mechanismy a evoluce". Sborník Národní akademie věd USA. 92 (25): 11331–11338. Bibcode:1995PNAS ... 9211331B. doi:10.1073 / pnas.92.25.11331. PMC  40394. PMID  8524780.
  8. ^ A. Katie Hansen; Linda K. Escobar; Lawrence E. Gilbert; Robert K.Jansen (2007). „Otcovská, mateřská a biparentální dědičnost chloroplastového genomu v Passiflora (Passifloraceae): důsledky pro fylogenické studie ". American Journal of Botany. 94 (1): 42–46. doi:10,3732 / ajb.94.1.42. PMID  21642206.
  9. ^ Lambowitz AM, Bonner WD (květen 1974). „Mitochondriální beta-cytochromy divokého typu a opatrné kmeny Neurospora crassa. Důkazy pro složku redukovanou pouze dithionitem“. J. Biol. Chem. 249 (9): 2886–90. PMID  4275176.
  10. ^ Mitchell MB, Mitchell HK (květen 1952). „Případ„ mateřské “dědičnosti v Neurospora Crassa“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 38 (5): 442–9. Bibcode:1952PNAS ... 38..442M. doi:10.1073 / pnas.38.5.442. PMC  1063583. PMID  16589122.
  11. ^ Akins RA, Lambowitz AM (červen 1984). „[Poky] mutant Neurospora obsahuje deleci 4 bazických párů na 5 'konci mitochondriální malé rRNA“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 81 (12): 3791–5. Bibcode:1984PNAS ... 81.3791A. doi:10.1073 / pnas.81.12.3791. PMC  345306. PMID  6233613.

externí odkazy