Nastanek gena de novo

Novi geni lahko nastanejo iz negenskih regij prednikov prek slabo razumljenih mehanizmov. (A) Negenska regija najprej pridobi gensko prepisovanje (ali transkripcijo) in odprt bralni okvir (angl. open reading frame, ORF), pri čimer vrstni red dogodkov ni pomemben. Pridobitev genskega prepisovanja in ORF elementov omogoča rojstvo novega gena. V zgornji shemi je ORF uporabljen samo za ponazoritveni namen, saj so de novo geni lahko tudi večeksonični ali nimajo ORF, kot pri genih RNK. (B) Pretisk. Ustvari se nov ORF, ki se prekriva z obstoječim ORF, vendar v drugem bralnem okviru. (C) Eksonizacija. Prejšnja intronska regija postane alternativno spojena kot ekson, na primer, ko se ponavljajočase zaporedja pridobijo z retropozicijo, in se nova mesta spajanja ustvarijo z mutacijskimi procesi. Pretisk in eksonizacija se lahko obravnavata kot posebna primera rojstva gena de novo.
Novi geni se lahko tvorijo iz genov prednikov z različnimi mehanizmi.[1] (A) Podvajanje in razhajanje. Po podvajanju ena kopija doživi sproščeno selekcijo in postopoma pridobi nove funkcije. (B) Fuzija genov. Hibridni gen, ki nastane iz nekaterih ali vseh dveh prej ločenih genov. Do fuzije genov lahko pride z različnimi mehanizmi; tukaj je prikazan intersticijski izbris. (C) Cepitev genov. En sam gen se loči in tvori dva različna gena, na primer s podvajanjem in diferencialno degeneracijo obeh kopij.[2] (D) Horizontalni prenos genov . Geni, pridobljeni od drugih vrst s horizontalnim prenosom, so podvrženi divergenci in neofunkcionalizaciji. (E) Retropozicija. Transkripte je mogoče reverzno prepisati in integrirati kot gen brez introna drugje v genomu. Ta novi gen se lahko nato razhaja.

Nastanek gena de novo je proces, s katerim se nov gen razvije iz nekodirajoče DNK.[1][3] Geni de novo predstavljajo podmnožico novih genov in lahko kodirajo beljakovine ali namesto tega delujejo kot geni RNK.[4] Procesi, ki urejajo nastanek de novo genov niso dobro razumljeni, čeprav obstaja več modelov, ki opisujejo možne mehanizme nastanka de novo genov.

Čeprav se nastanek de novo gena lahko zgodi kadarkoli v evolucijski zgodovini organizma, je starodavne dogodke nastanka de novo gena težko zaznati. Večina dosedanjih študij de novo genov se je tako osredotočila na mlade gene, tipično taksonomsko omejene gene (TOG), ki so prisotni v eni sami vrsti ali liniji, vključno s tako imenovanimi geni sirotami, opredeljenimi kot geni, ki nimajo prepoznavnih homologov v sosednjih taksonih. Pomembno pa je opozoriti, da vsi geni sirote ne nastanejo de novo, temveč se lahko lahko pojavijo tudi z dokaj dobro opredeljenimi mehanizmi, kot sta podvajanje genov (vključno z retropozicijo) ali horizontalni prenos genov, ki mu sledi divergenca zaporedja ali cepitev/fuzija genov,[5][6] kot je prikazano v zgornji shemi.

Čeprav je bil nastanek de novo gena nekoč obravnavan kot zelo neverjeten pojav,[7] je bilo v zadnjih letih opisanih več primerov[8] in nekateri raziskovalci domnevajo, da bi lahko nastanek de novo gena igral pomembno vlogo pri evolucijski inovaciji, morfološki specifikaciji in prilagoditvi organizmov.[9][10]

Sklici

  1. ↑ 1,0 1,1 Long M, Betrán E, Thornton K, Wang W (november 2003). »The origin of new genes: glimpses from the young and old«. Nature Reviews Genetics. 4 (11): 865–75. doi:10.1038/nrg1204. PMID 14634634.{{navedi časopis}}: Vzdrževanje CS1: samodejni prevod datuma (povezava)
  2. ↑ Wang W, Yu H, Long M (Maj 2004). »Duplication-degeneration as a mechanism of gene fission and the origin of new genes in Drosophila species«. Nature Genetics. 36 (5): 523–7. doi:10.1038/ng1338. PMID 15064762.
  3. ↑ Levy A (Oktober 2019). »How evolution builds genes from scratch«. Nature. 574 (7778): 314–316. Bibcode:2019Natur.574..314L. doi:10.1038/d41586-019-03061-x. PMID 31619796.
  4. ↑ Schmitz JF, Bornberg-Bauer E (2017). »Fact or fiction: updates on how protein-coding genes might emerge de novo from previously non-coding DNA«. F1000Research. 6: 57. doi:10.12688/f1000research.10079.1. PMC 5247788. PMID 28163910.
  5. ↑ Schlötterer C (april 2015). »Genes from scratch--the evolutionary fate of de novo genes«. Trends in Genetics. 31 (4): 215–9. doi:10.1016/j.tig.2015.02.007. PMC 4383367. PMID 25773713.{{navedi časopis}}: Vzdrževanje CS1: samodejni prevod datuma (povezava)
  6. ↑ Kaessmann H (Oktober 2010). »Origins, evolution, and phenotypic impact of new genes«. Genome Research. 20 (10): 1313–26. doi:10.1101/gr.101386.109. PMC 2945180. PMID 20651121.
  7. ↑ Jacob F (Junij 1977). »Evolution and tinkering«. Science. 196 (4295): 1161–1166. Bibcode:1977Sci...196.1161J. doi:10.1126/science.860134. PMID 860134.
  8. ↑ Van Oss SB, Carvunis AR (Maj 2019). »De novo gene birth«. PLOS Genetics. 15 (5): e1008160. doi:10.1371/journal.pgen.1008160. PMC 6542195. PMID 31120894.
  9. ↑ Khalturin K, Hemmrich G, Fraune S, Augustin R, Bosch TC (september 2009). »More than just orphans: are taxonomically-restricted genes important in evolution?«. Trends in Genetics. 25 (9): 404–413. doi:10.1016/j.tig.2009.07.006. PMID 19716618.{{navedi časopis}}: Vzdrževanje CS1: samodejni prevod datuma (povezava)
  10. ↑ Tautz D; Domazet-Lošo T (Avgust 2011). »The evolutionary origin of orphan genes«. Nature Reviews. Genetics. 12 (10): 692–702. doi:10.1038/nrg3053. PMID 21878963.
Stub icon

Ta članek o genetiki je škrbina. Pomagajte Wikipediji in ga razširite.