HOX. Esimerkki geeniperheestä: HOX

Samankaltaiset tiedostot
Genomin evoluutio. Miten genomin koko ja rakenne muuttuvat ja miten sitä tutkitaan?

6.4. Genomin koon evoluutio Genomin koko vaihtelee

Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

Perinnöllisyys 2. Enni Kaltiainen

Molekyylievoluutio. (753327A, S), 4 op syksy Photo Marie-Hélène Müller

Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito. Jakson luennot. Luennon sisältö DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO

Genomin ylläpito TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita. BI2 III Perinnöllisyystieteen perusteita 9. Solut lisääntyvät jakautumalla

Avainsanat: perimä dna rna 5`-ja 3`-päät replikaatio polymeraasientsyymi eksoni introni promoottori tehostajajakso silmukointi mutaatio

Perinnöllisyyden perusteita

DNA:n informaation kulku, koostumus

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen Medicum, Biokemia ja kehitysbiologia

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

A - soveltaminen B - ymmärtäminen C - tietäminen 1 - ehdottomasti osattava 2 - osattava hyvin 3 - erityisosaaminen

Molekyylipopulaatiogenetiikka

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen BLL Biokemia ja kehitysbiologia

Kromosomimuutokset. Potilasopas. Kuvat: Rebecca J Kent rebecca@rebeccajkent.com. Huhtikuussa 2008

DNA > RNA > Proteiinit

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

NON-CODING RNA (ncrna)

DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Biolääketieteen laitos, Biokemia ja kehitysbiologia

a) dominoivaan: esiintyy joka sukupolvessa, sairaille vanhemmille voi syntyä terveitä lapsia

Positional cloning. Pedigreessä etenevä ominaisuus kartoitetaan ensin karkeasti ja sitten tehdään yhä tarkempaa työtä molekyylimarkkereilla.

a. Mustan ja lyhytkarvaisen yksilön? b. Valkean ja pitkäkarvaisen yksilön? Perustele risteytyskaavion avulla.

Naudan perinnöllisen monimuotoisuuden tutkimus

KOE 6 Biotekniikka. 1. Geenien kloonaus plasmidien avulla.

Bioteknologian perustyökaluja

Francis Crick ja James D. Watson

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

Genomin ilmentyminen

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Perinnöllisyys. Enni Kaltiainen

Hiiriä, hiivoja ja kärpäsiä mitä malliorganismien geenit kertovat elämästä ja sen evoluutiosta. Hannu Sariola, Irma Thesleff ja Marja Makarow

alleelipareja dominoiva dominoiva resessiivinen

Syöpägeenit. prof. Anne Kallioniemi Lääketieteellisen bioteknologian yksikkö Tampereen yliopisto

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Neandertalinihmisen ja nykyihmisen suhde molekyyligenetiikan valossa

DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Lääketieteellinen tiedekunta Biokemia ja kehitysbiologia

Genetiikan perusteet. Tafel V Baur E. (1911) Einführung in die experimentelle Vererbungslehre. Verlag von Gebrüder Borntraeger, Berlin.

S Laskennallinen systeemibiologia

Molekyylievoluutio-kurssi

Sekvenssievoluutio ja fylogeniat

Miten geenit elelevät populaatioissa, vieläpä pitkiä aikoja?

Uusi jalostus on paljon hallitumpaa

SIKIÖDIAGNOSTIIKKA SUOMESSA

Evoluutiovoimat. Ydinkysymykset. Mikä on mutaation, valinnan ja sattuman merkitys evoluutiossa?

Perinnöllisyyden perusteita

Mutaatio. PopGen Original slides by Outi Savolainen

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

Miten genomitieto on muuttanut ja tulee muuttamaan erikoissairaanhoidon käytäntöjä

Periytyvyys ja sen matematiikka

Yhtäläisyydet selkärankaisten aivoissa, osa II. Niko Lankinen

Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

Hammaslääketiede Perinnöllisten tautien diagnostiikka ja perinnöllisyysneuvonta

Mitä elämä on? Astrobiologian luento Kirsi

Uusia mahdollisuuksia FoundationOne

Sukupuolijutut 2 Kärpänen ja ihminen

Mustaruoste uhkaa romahduttaa maailman vehnäsadot jälleen

Geenitutkimusta: evoluutiosta kohti geenivarojen suojelua ja jalostusta

Molekyyligenetiikka. Arto Orpana, FT dos. apulaisylikemisti

KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: BIOLOGIA (45 p) Valintakoe klo

Ihmisten erilaisuuden geneettinen perusta

Evoluutio. BI Elämä ja evoluutio Leena Kangas-Järviluoma

KASVIKUNTA kl 2016

III Perinnöllisyystieteen perusteita

Avainsanat: BI5 III Biotekniikan sovelluksia 7.Kasvin- ja eläinjalostuksella tehostetaan ravinnontuotantoa.

Metsägenetiikan sovellukset: Metsägenetiikan haasteet: geenit, geenivarat ja metsänjalostus

Tuotantoeläinten jalostus ja geenitekniikka

Miten letaalialleeleita käsitellään Drosophilalla? Välttämätön taito esimerkiksi alkionkehityksen alkuvaiheiden selvittämisessä

Symbioosi 2 VASTAUKSET

VASTAUS 2a: Ruusukaijasten väri

SELVITYS SIITÄ MITEN ERÄÄT PERINNÖLLISET SAIRAUDET (KUTEN GPRA JA FUCOSIDOSIS) PERIYTYVÄT ENGLANNINSPRINGERSPANIELEISSA

Euromit2014-konferenssin tausta-aineistoa Tuottaja Tampereen yliopiston viestintä

PERUSTIETOJA MEHILÄISTEN PERIMÄSTÄ

Uni ja ikääntyminen. Timo Partonen psykiatrian dosentti (Helsingin yliopisto) tutkimusprofessori (Terveyden ja hyvinvoinnin laitos)

Avainsanat: BI5 III Biotekniikan sovelluksia 9. Perimä ja terveys.

SÄTEILYN TERVEYSVAIKUTUKSET

Uusia mahdollisuuksia FoundationOne CDx. keystocancer.fi


Drosophila on kehitysgenetiikan mallilaji nro 1

VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

Populaatiosimulaattori. Petteri Hintsanen HIIT perustutkimusyksikkö Helsingin yliopisto

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

- Jakautuvat kahteen selvästi erottuvaan luokkaan,

Geenikartoituksen käsitteet ja lähestymistavat

Evoluutio ja luominen. Mian tekemä esitys Jannen esittämänä

TESTITULOSTEN YHTEENVETO

Suomalainen genomitieto ja yksilöllistetty terveydenhuolto Olli Kallioniemi October 9, 2013

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Ruoka ja geenit 5. Ruostesieni Ug99 vyöryttää kuinka vehnää pelastetaan perinnejalostuksella?

Evoluutiopuu. Aluksi. Avainsanat: biomatematiikka, päättely, kombinatoriikka, verkot. Luokkataso: luokka, lukio

SÄTEILYN GENEETTISET VAIKUTUKSET

II Genetiikka 4.(3) Nukleiinihapot

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

14.iv. STREPTOPHYTA - vinosiimaiset

Harvinaissairauksien diagnostiikan ja hoidon tulevaisuuden näkymiä

Genetiikan perusteiden harjoitustyöt

Kotieläinten geenien säilytys Suomessa: miten eteenpäin? Professori Juha Kantanen MTT Biotekniikka- ja elintarviketutkimus

Transkriptio:

Esimerkki geeniperheestä: HOX HOX Barton ym. 2007 Unraveling ancient segmental duplication events in human genome by phylogenetic analysis of multigene families residing on HOXcluster paralogons, Abbasi, Mol Phylogenet Evol 2010 Aug 7

6.1.5. Duplikaatiot altistavat duplikaatioille, deleetioille inversioille ja translokaatioille Epätasainen crossing-over -Aiheuttaa duplikaatioita ja deleetioita -Epätasaisen crossing-overin todennäköisyys kasvaa kun jo ennestään tandemduplikaatio deleetio duplikaatio

Juosteiden väärin pariutuminen replikaatiossa (replication slippage) -alueilla joissa on lyhyitä toistojaksoja (mikrosatelliitit) > duplikaatioita ja deleetioita

Juosteen sisäinen rekombinaatio saman suuntaisten toistojen välillä > deleetio

Juosteen sisäinen rekombinaatio käänteistoistojen välillä > inversio

Kromosomien välinen rekombinaatio > resiprookkinen translokaatio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 8 9 6 7 4 5

Esim. ihmisellä on paljon segmentaalisia duplikaatioita. Nämä ovat alttiita uudelleenjärjestelyille (duplikaatioille, deleetioille ja inversioille). Uudelleenjärjestelyt aiheuttavat monia ihmisen sairauksia. Kromosomi X: Xp22 steroid sulfatase geeni (STS), deleetio aiheuttaa iktyoosin Xq28 factor VIII geeni (F8), inversio aiheuttaa hemofilia A:n Vihreä. ja kelt : segmentaalinen duplikaatio Vihreä: osallistuu uudelleenjärjeste lyihin Nature Reviews Genetics 2; 791-800 (2001); 7:552-564 (2006)

Ihmisen hajureseptorigeeniperhe Niimura ja Nei PNAS 2003

GL306 6.1.6. Geeniperheen jäsenten yhteisevoluutio (concerted evolution) Geeniperheen jäsenet ovat sekvensseiltään usein hyvin samanlaisia keskenään - etenkin perättäin sijaitsevissa geeniperheen jäsenissä kuten esim. rrna-geenit rrna geeniperheen toistoyksikkö toistuu perättäin satoja kertoja, toistot ovat samanlaisia sekvenssiltään vaikka geeniperhe on syntynyt jo kauan aikaa sitten. (NTS nontranscribed spacer ETS external transcribed spacer ITS internal transcribed spacer)

Geeniperheen jäsenten yhteneväinen evoluutio tapahtuu epätasaisen crossing-overin ja geenikonversion kautta. Homologinen rekombinaatio resiprookkinen rekombinaatio > crossing over (rekombinaatio, tekijäinvaihto) ei-resiprookkinen rekombinaatio > geenikonversio -rekombinaatio ja geenikonversio alkavat Hollidayn liitoksen muodostuksella meioosissa. Riippuen siitä mitkä juosteet katkeavat ja yhdistyvät lopputuloksena on joko rekombinaatio tai geenikonversio. -rekombinaatiossa vaihdetaan materiaalia vastavuoroisesti -geenikonversiossa toinen alleeli muuttuu toisen kaltaiseksi

Homologinen rekombinaatio: Hollidayn liitos Geenikonversio Crossing over

Rekombinaatio/geenikonversio GL 32

Geenikonversio/rekombinaatio voi tapahtua: -saman kromatidin sisällä -saman kromosomin toisen kromatidin kanssa -vastinkromosomin kanssa -ei-homologisen kromosomin kanssa GL308

geenikonversio voi tapahtua molempiin suuntiin -driftin takia toinen häviää ja toinen jatkaa. Tämä jatkaa. Geenikonversio homogenisoi geeniperheen jäsenet (kopioluku ei muutu) GL310

Väärinpariutuminen + crossing over > deleetio ja duplikaatio Epätasainen crossing over homogenisoi geeniperheen jäsenet (kopioluku muuttuu) Driftin takia vain tämä (duplikaatio) menee jatkoon GL311

Globiinigeenien evoluutiossa on tapahtunut geenikonversiota Fylogeneettinen puu, kolme lajia, 2 globiinigeeniä Eksoni 3:n perusteella Eksoni 1 ja 2 perusteella GL315

6.2. Polyploidia -koko kromosomisto kahdentuu -auto- ja allopolyploidia -yleistä kasveilla Lynch ja Conery 2000 -ajan kuluessa tapahtuvat deleetiot ja muut muutokset duplikaateissa > diploidisaatio -kokonaisten genomien sekvensointi > koko genomin duplikaatioita sekä kasvien (lituruoho) eläinten (mm. ihminen) että mikroorganismien (hiiva) historiassa The evolutionary significance of ancient genome duplications, Van de Peer et al. Nature Rev. Genet. 10, 725 732 (2009)

Esimerkki hiivalajeista. Koko genomin duplikaatio A. gos K. lac K. wal S. cas S. cer S. glab

Resiprookkisia geenien häviämiä Scannell et al. 2006,Nature 440:341, 2006

6.3. Kromosomiston evoluutio vertaileva kartoitus -kromosomikäsivarsien tai niiden osien resiprookkiset ja eiresiprookkiset translokaatiot, para- ja perisentriset inversiot, fuusiot, duplikaatiot ja deleetiot muokkaavat kromosomistoja -aikaa myöten kromosomistot muuttuvat niin että mitä kaukaisemmista lajeista on kyse, sitä pienemmissä kromosomin palasissa kahdessa lajissa on ortologisia geenejä samassa järjestyksessä -syntenian säilyminen: samassa juosteessa -geenijärjestyksen säilyminen

Translokaatio, fuusio GL405

Duplikaatio, deleetio, inversio, katkeama GL405

Vertaileva kartoitus A. thaliana ja A. lyrata AL1 AL3a AL5 AL7 2.3 5.1 11.5 19.1 22.7 27.6 43.2 49.4 61.4 70.9 80.4 81.6 100.6 109.7 24.3 35.7 59.7 63.4 67.1 AL2 ATHACS LHY F20D22 CRY2 AXR1 PHYA ICE10 ICE13 GI F19G10 AthZFPG TRDL2-1 ATTSO392 CXC750 VIP1 RHL1 F19K23 FT SLL2 nga111 TRDL2-2 ADH1 11% 47% 18% 38% 25% 17% 20% 24% 13.3 23.3 34.2 14.0 16.0 23.9 42.4 53.3 63.2 69.2 76.3 80.4 82.0 AL3b AL4 nga172 SPY MDC16 DMC1 ENR-A CAS1 PHYB CK2α2 CON ELF3 ATEX6 COP1 ACT3 ICE12 FPA AGL20 7.1 20.9 26.7 27.3 35.8 43.9 52.6 63.7 67.2 2.1 9.2 14.3 19.2 24.6 36.6 48.9 62.8 66.4 75.4 89.4 94.6 RIB RNS1 6.8 PBB1 33% 14% 13.5 ATA1 23.4 TRDL1-1 31.5 ASN1 34% CK2α3 F3H 19% 50.5 57.5 TSA1 59.7 nga112 79.1 17% 88.7 AL6 19% TRDL1-2 GA1 LD 22% TRDL2-3 14% ICE7 AthDET1 CRY1 25% CLC-d 23% AthCDPK9 ICE1 CO nga249 TFL1 42% 97.4 106.0 38% 26.0 37.0 66.4 76.2 10% DHS1 TRDL2-4 33% AP2 PRHA TSB2 41% 16% CH42 VRN2 FCA PHYC ATTSO191 ATPEN1 TRDL2-5 ICE3 41% AL8 ATCLH2 EMF2 FRI MFB13 MHJ24 19% 18% 22% A. thal. Chr. 1 A. thal. C hr. 2 A. tha l. C hr. 3 A. tha l. C hr. 4 A. thal. C hr. 5 (Kuittinen et al. 2004) eroamisen (5MYA) jälkeen 3 fuusiota, 2 resiprookkista translokaatiota, 1 inversio

Vertaileva kartoitus A. thaliana ja A. lyrata AL1 AL3a AL5 AL7 2.3 5.1 11.5 19.1 22.7 27.6 43.2 49.4 61.4 70.9 80.4 81.6 100.6 109.7 AL2 ATHACS LHY F20D22 CRY2 AXR1 PHYA ICE10 ICE13 GI F19G10 AthZFPG TRDL2-1 ATTSO392 CXC750 VIP1 RHL1 F19K23 11% 47% 25% 17% 13.3 23.3 34.2 14.0 16.0 23.9 AL3b AL4 nga172 SPY MDC16 DMC1 ENR-A CAS1 PHYB CK2α2 CON 7.1 20.9 26.7 27.3 35.8 43.9 52.6 63.7 67.2 2.1 9.2 14.3 19.2 24.6 36.6 RIB RNS1 PBB1 33% ATA1 TRDL1-1 ASN1 CK2α3 19% F3H TSA1 nga112 17% AL6 19% TRDL1-2 GA1 LD 22% TRDL2-3 14% ICE7 AthDET1 CRY1 25% 6.8 14% 13.5 23.4 31.5 34% 50.5 57.5 59.7 79.1 88.7 42% 97.4 106.0 38% AL8 10% DHS1 TRDL2-4 AP2 PRHA 41% TSB2 CH42 VRN2 FCA PHYC ATTSO191 ATPEN1 TRDL2-5 ICE3 41% ATCLH2 22% 33% 16% 19% 18% 24.3 35.7 59.7 63.4 67.1 FT SLL2 nga111 TRDL2-2 ADH1 18% 38% 20% 24% 42.4 53.3 63.2 69.2 76.3 80.4 82.0 ELF3 ATEX6 COP1 ACT3 ICE12 FPA AGL20 48.9 62.8 66.4 75.4 89.4 94.6 CLC-d AthCDPK9 ICE1 CO nga249 TFL1 23% 26.0 EMF2 37.0 FRI A. thal. Chr. 1 A. thal. C hr. 2 A. tha l. C hr. 3 66.4 MFB13 A. tha l. C hr. 4 76.2 MHJ24 A. thal. C hr. 5 (Kuittinen et al. 2004)

Vertaileva kartoitus Arabidopsis thaliana - Brassica nigra Lagercrantz 1998

Vertaileva kartoitus ihminen-hiiri Eichler 2003: Science 301:793-797

-Kromosomit voivat olla konservoituneita kun katsotaan harvahkoa merkkigeenikarttaa mutta kun mennään sekvenssitasolle, geenisisällössä ja geenijärjestyksessä voi olla paljon eroja. -Geenisisällön ja -järjestyksen eroja voi olla myös lajin sisällä polymorfisena. Esim. lituruoholla tietty patogeeniresistenssi aiheutuu siitä onko kyseisellä kasvilla RPM1-geeniä vai ei. Esim. maissilla kasviyksilöiden väliset erot voivat olla huomattavia. Vilkas transposonitoiminta selittää runsaat uudelleenjärjestelyt.

Kolmen maissihaplotyypin väliset erot geenisisällössä ja järjestyksessä bz -alueella: Messing, Dooner 2006, Curr Op Plant Biology 9:157-163