Çağdaş bitki genomlarının nasıl ortaya çıktığı ve evrimleştiği büyüleyici bir sorudur. Bir yaklaşım, ortak atalarının dizisini ve yapısını derin zaman ölçeklerinde yeniden yapılandırmak için mevcut türlerden referans genomlarını kullanır. İkinci bir yaklaşım, subfosil kalıntılarında korunan antik DNA'yı sıralayarak genomik değişikliklerin daha kısa bir zaman diliminde doğrudan tanımlanmasına odaklanır. Gelişmekte olan paleogenomik alanında bir araya getirilen bu tamamlayıcı yaklaşımlar, modern genomların organizasyonunu ve düzenlenmesini şekillendiren evrimsel güçlere ilişkin içgörü sağlar ve yetiştirme programlarında genetik kazanımı teşvik etmek ve antropojenik baskıya yanıt olarak gelecekteki nüfus değişikliklerini tahmin etmek için araçlar oluşturmak için yeni bakış açıları açmak ve küresel ısınma.
Giriş
Çiçekli bitkiler veya anjiyospermler karasal bitki örtüsüne egemen olmaya başlamıştır. Karbon, oksijen ve su döngülerinin önemli bir bileşenidir ve gezegenimizin ikliminin ve substratının stabilitesine çok önemlidir. Fotosentez yoluyla, anjiyospermler güneş enerjisini neredeyse tüm karasal ekosistemlerin gelişiminin altında yatan temel kimyasal enerji kaynağına dönüştürür. Çiçekli bitkiler, diğer birçok kullanımın yanı sıra gıda, hayvan yemi, ilaçlar ve inşaat, giyim ve imalat için ana malzemelerimiz olarak insan toplumu için de gereklidir. Moleküler saat tahminleri ve paleontolojik veriler anjiyospermlerin, Kretase'den Jura'nın sonuna kadar uzanan bir dönemde 120-170 milyon yıl önce (mya) ortaya çıktığını; entegre zaman ölçeği yaklaşımları geçmişte daha da ortaya çıkmış olabileceğini düşündürürken, yaklaşık 200–250 mya . Çiçekli bitkiler hızla çeşitlendi, böylece bugün 350.000'den fazla tür yaşıyor . Bu türler, tarihe göre karakterize edilen çeşitliliğin sırasıyla% 20 ve% 75'ini oluşturan monokotlar ve ökotlar olmak üzere iki ana gruba ayrılır [. Yüksek verimli DNA sekanslama ve hesaplama biyolojisindeki son gelişmeler, araştırmacıların paleogenomik alanını geliştirmelerine yardımcı olarak, çiçekli bitkilerin ortaya çıkması ve daha sonra çeşitlendirilmesinin altında yatan evrimsel tarih hakkında paha biçilmez bilgiler elde etmeyi mümkün kılmıştır.
Bu araştırma alanı, hem makro evrimsel hem de mikro evrimsel zamansal ölçeklerde evrimsel genomik değişiklikleri izlemeyi amaçlayan iki temel tamamlayıcı yaklaşıma dayanmaktadır. Birincisi, dolaylı (veya 'senkronik') yaklaşım, modern genomları, milyonlarca yıllık derin zaman ölçeklerinde (makro-evrim) ata genomlarını yeniden inşa etmek için karşılaştırır. İkinci yaklaşım, doğrudan (veya 'allokronik') stratejisi, son 10.000 yılda (mikro-evrim) korunmuş olan geçmiş bitki subfosil malzemelerinden genomların doğrudan dizilimine dayanır. Burada, hem paleogenomik yaklaşımların altında yatan metodolojileri hem de modern bitki türlerinin genetik yapısını destekleyen evrimsel yörüngelerin anlaşılmasını sağlamadaki büyük başarıları ve beklentilerini ele alıyoruz.
Modern genom dizilerinden bir ata genomunun rekonstrüksiyonu (eşzamanlı rekonstrüksiyon)
Son zamanlarda bitki genomik kaynaklarının birikimi, modern genomları birbirleriyle karşılaştırmak ve evrimsel tarihlerini en son ortak atalarının (MRCA) yeniden yapılandırılmış genomlarından çıkarmak için benzeri görülmemiş bir fırsat sağladı. Bu tür ataların genomu rekonstrüksiyonu başlangıçta 105 milyon yıllık öterian (plasental) memeli evrimini araştırmak için kullanıldı. Eutherians (2n = 44), boreoeutherians (2n = 46) ve büyük maymunlar (2n = 48) için çıkarılan ataların karyotipleri, türleşme ve adaptasyonu yönlendiren mekanizmalar hakkındaki anlayışımızı arttırmak için kullanıldı. Özellikle, ötener genomlarının şaşırtıcı derecede stabil olduğu ve evrim sırasında sadece sınırlı sayıda büyük ölçekli yeniden düzenlemeden etkilendiği bulunmuştur. Dinozorların neslinin tükendiği bir zamanda Kretase-Paleojen (K – Pg) sınırından sonra sapmış olan büyük maymun atalarından insan ve şempanzelerin atasına uzanan dal için bu tür kromozomal karıştırmanın daha yüksek oranları bildirilmiştir. Memeli atalarının genomlarının hesaplamalı rekonstrüksiyonları, çevresel değişikliklerin, genom plastisitesini kromozom yeniden düzenlemeleri yoluyla yönlendirmiş olabileceğini düşündürmektedir. Bu değişiklikler aynı zamanda koku alma reseptörleri gibi anahtar uyarlanabilir biyolojik fonksiyonlara yol açan gen içeriğinde ve gen ekspresyonunda yeni varyasyonlara yol açmış olabilir . Ataların genom rekonstrüksiyonu da bitki evrimine ışık tuttu.
En gelişmiş metodoloji
Ataların genomu, araştırılan mevcut tüm türler için ortak olan temiz bir referans gen düzeninden oluşan bir 'medyan' veya 'ara' genomdur .
Silikoda çıkarılan ataların genomları, aslında araştırılan tüm torunlardan kaybedilen ve / veya sadece bir modern tür tarafından tutulan 'gerçek' (bilinmeyen) ata genomlarının bileşenlerinden yoksun olan minimal paylaşılan ortak genomlardır. Bu tür çıkarımsal (minimum) genomlar, dört aşamalı bir strateji izlenerek yeniden yapılandırılır . İlk olarak, genomlar arasındaki sekans karşılaştırması, korunan veya çoğaltılmış gen çiftlerini hizalama parametreleri ve / veya tür çiftlerinde korunan genleri (yani varsayılan protogenler (pPG'ler)) tanımlayan filogenetik çıkarımlar temelinde karakterize etmek için kullanılır. İncelenen türlerin hepsinde (yani çekirdek protogenler (çekirdek-pPG'ler)) korunan pPG'ler, beşten az (pPG'ler) genlerden oluşan grupların filtrelenmesi ile sintan bloklarının (SB) tanımlanması için kullanılır. SB'ler daha sonra karşılaştırılmış genomlar arasındaki kromozom-kromozom ortolog ilişkilerine dayanarak birleştirilir ve ataların protokromozomları (ayrıca bitişik ata bölgesi (CARs) olarak da bilinir) sağlanır. Bu SY'ler modern türlerde paralog ve / veya ortolog ilişkiler gösteren bağımsız genomik blok setlerine karşılık gelir.
Evrim sırasında senk olarak korunmamaları için ya da sadece araştırılan türlerden birinde tutulan ya da araştırılan tüm hayvanlardan kaybedilen, CAR'ların dışına aktarılan varsayılan ortolog (veya atadan kalma) genler türler SB'lerde tanımlanmamıştır ve bu nedenle çıkarım ataların genomlarından yoksundur. DRIMM-synteny , ADHoRe , DiagHunter , DAGchainer , SyMAP ve MCScanX gibi çeşitli araçlar ortak gen çiftlerini, MRGA ve inferCAR'lar ataların genomlarını yeniden yapılandırmak için kullanılır. Son olarak, yeniden yapılandırılmış ataların karyotipleri, minimum sayıda genomik yeniden düzenleme (inversiyonlar, silmeler, füzyonlar, fisyonlar ve translokasyonlar dahil) kabul eden cimri bir evrim modelini çıkarmak için kullanılabilir. Böyle bir model, ilgili değişikliklerin (kromozom füzyonu, fisyon, translokasyon, kazançlar ve gen kayıpları) ve bunların spesifik türlere veya botanik ailelere atanmalarının kesin olarak tanımlanmasıyla ataların genlerinin / genomlarının evrimsel kaderi hakkında yeni araştırmaları teşvik eder.
Kaynaklar
- Yazar Yok. Genome Biology. (19 Haziran 2020). Alındığı Tarih: 19 Haziran 2020. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
