Есть ли преимущество у линейных хромосом?

Ферменты, копирующие ДНК, с трудом работают до конца хромосомы. Для кольцевых хромосом это не проблема, так как у них нет острого «конца». Однако для линейной хромосомы без дополнительных механизмов часть ДНК теряется на конце хромосомы после каждой репликации. Из-за этого у эукариот есть теломеры , закрывающие их хромосомы.

В большинстве клеток многоклеточного организма эта теломера медленно изнашивается после каждого размножения, что приводит к апоптозу . Клетки, которые должны воспроизводиться бесконечно, такие как зародышевые и стволовые клетки, должны инвестировать в дополнительные механизмы для пополнения теломер. Я вижу, как это может быть полезно для многоклеточных эукариот (например, в качестве противоракового механизма). Однако многоклеточные организмы произошли от одноклеточных эукариот.

Я не вижу причин для желания апоптоза в одноклеточном организме. Однако одноклеточные эукариоты (скажем, дрожжи) по-прежнему имеют линейные хромосомы с теломерными колпачками. Какое преимущество линейные хромосомы давали одноклеточным эукариотам, чтобы компенсировать дополнительные затраты на восстановление теломер?

Похожие вопросы

Навскидку, я бы сказал, хранилище. Было бы невероятно сложно намотать кольцевой геном на гистоны и продолжать его конденсировать, пока не будет достигнута необходимая информационная плотность. Однако, поскольку я еще не проделал должной работы, я пока не буду "Отвечать". :)
@MCM, это тоже было моим первым предположением ... особенно с другой большой разницей между pro и euk, заключающейся в ограниченном пространстве ядра. Тем не менее, я не мог понять, почему складывание очень длинного кольцевого генома будет принципиально сложнее, чем линейного (на самом деле это сделало бы определенные виды узлов более сложными, избегая потенциального повреждения). Я также плохо разбираюсь в биологии, поэтому не мог придумать, как самому начать поиск литературы :D.
Я почти уверен, что это простая проблема с крутящим моментом. Конденсация линейного генома не так сложна для фактической ДНК, поскольку она просто оборачивается вокруг гистонов, и гистоны собираются. О крутящем моменте заботятся, потому что два конца свободны. В замкнутом геноме, в ту минуту, когда вы начинаете оборачивать его вокруг чего-либо или конденсировать его, Крутящий момент будет строиться и строиться. Возможно, вам удастся распределить его по всему геному, но вскоре вам придется справляться с большим стрессом. Это может быть просто разрыв кольцевых геномов, если они конденсируются.
@MCM, если бы вы могли превратить это в ответ, я думаю, это был бы достойный ответ, и мне было бы интересно прочитать его подробно. Я надеялся на более тонкие ответы (возможно, связанные с жизненными историями), но и этим доволен :D.
Номер привязки? Я думаю, что это связано с проблемой крутящего момента @MCM.
Можно выделить штаммы дрожжей, у которых хромосома III образует кольцо. Циркуляризация управляется компонентами гетероталличного механизма переключения сопряженного типа. Последовательности, участвующие в рекомбинации, вызывающей циркуляризацию, лежат рядом с теломерами, и при формировании кольца не теряются важные гены. Поскольку гаплоидные штаммы, несущие эту форму хромосомы III, жизнеспособны, я делаю вывод, что соответствующая структура хроматина не настолько нарушена, чтобы препятствовать росту. Я искал фактические данные по этому вопросу, но ничего не нашел.
Будет ли это способствовать лучшей рекомбинации и/или лучшему обмену генетическим материалом? Когда конъюгация происходит в бактериях, последовательность, которая копируется и передается, является линейной (даже если передается только F+ плазмида, если я не ошибаюсь). Если вы соедините 2 линии, вы получите 2 линии, если вы соедините 2 окружности, вы получите ленту Мебиуса!
Не думаю, что проблема в крутящем моменте. в основном потому, что на уровне ДНК вода очень вязкая. А ДНК хромосомы, являясь очень длинной молекулой (десятки сантиметров в длину), линейная молекула будет вести себя как кольцевая, снять крутящий момент будет очень сложно. Я предполагаю, что организмы с линейной хромосомой, как правило, подвергаются мейозу. Хромосомы спариваются, образуют хиазмы и обмениваются хромосомными сегментами. На линейной хромосоме нормально разрешаются как нечетные, так и четные события обмена. В кольцевых хромосомах нечетный обмен приводит к слиянию хромосом. Даже хиазмы разрешаются в две хромосомы

Ответы (2)

Я думаю, что это неправильный вопрос. Вы предполагаете, что эукариоты произошли от одноклеточного организма с кольцевой ДНК. Тогда, очевидно, должно было быть преимущество (недавно) разработки линейного генома. Но эукариоты тоже могли развиться из организма с линейной ДНК. Есть еще несколько видов бактерий с линейными хромосомами, так что это вполне вероятно. Однако мы не знаем.

С другой стороны, если линеаризация развилась независимо, вы можете узнать у бактерий, почему она могла произойти:

JN Volff, J. Altenbuchner: Новое начало с новыми концами: линеаризация кольцевых хромосом в ходе бактериальной эволюции. В: Письма по микробиологии FEMS. 186, 2, май 2000 г., 143–150, PMID 10802162. (Обзор).

Абстрактный:

Бактериальные кольцевые хромосомы спорадически линеаризуются в ходе эволюции прокариот. Неродственные бактерии, в том числе спирохеты Borrelia burgdorferi и актиномицеты Streptomyces, имеют линейные хромосомы. Линейные хромосомы могли образоваться в результате интеграции линейных плазмид. Линейные хромосомы используют линейные плазмидные стратегии для решения «проблемы окончания репликации», но обычно они сохранили от своих кольцевых предков центральное начало репликации. Линейные хромосомы Streptomyces очень нестабильны и с высокой частотой подвергаются амплификации и крупным делециям, часто удаляя теломеры. По крайней мере, у Streptomyces линейность хромосом обратима: кольцевые хромосомы возникают спонтанно как продукты генетической нестабильности или могут быть созданы искусственно путем направленной рекомбинации. Круглые хромосомы Streptomyces также очень нестабильны, что указывает на то, что генетическая нестабильность не ограничивается линеаризованными хромосомами. Бактериальные линейные хромосомы могут содержать связанные с теломерами области повышенной геномной пластичности, которые подвергаются более частым генетическим обменам и перестройкам и допускают дифференциальную эволюцию генов в зависимости от их хромосомного расположения.

Я думаю, что это связано со структурой, так как некодирующая (мусорная) ДНК вносит свой вклад в структуру, я предполагаю, что линейный геном «просто случился», и пути назад не было.

Это могло быть связано с радикальными изменениями в структуре генома, вызванными хищничеством фагов и вирусов, что, безусловно, сильно затруднит адаптацию вирусов. Таким образом, на заре существования эукариот другой геном обеспечивал очень сильную защиту от вирусного хищничества и, таким образом, позволял этим организмам размножаться, практически не подвергаясь избирательному давлению вирусов. Которые позволили эволюции иметь место, развились структуры, делающие шаг назад невозможным.

но да это только ДИКИЕ догадки

Интересная теория! Не могли бы вы расширить с источниками?
Есть ли преимущество у линейных хромосом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v