Почему в ДНК эукариотических организмов есть интроны?

Мы коснулись интронов и экзонов на моем уроке биологии, но, к сожалению, мы не говорили о том, почему у эукариот есть интроны. Казалось бы, у них должна быть какая-то цель, поскольку у прокариот их нет, и они эволюционировали первыми хронологически, но я легко могу ошибаться. Могли ли мусорные участки ДНК просто эволюционировать в результате какой-то случайности или необходимости, а не из-за фактического эволюционного преимущества? Почему эволюция не помешала нам иметь интроны, поскольку они кажутся «пустой тратой» времени и ДНК? Почему у прокариот нет интронов?

Не всему нужна функция, чтобы существовать в биологии. Один из способов ответить на этот вопрос — посмотреть, какое давление отбора действует на интроны. Они развиваются нейтрально?
Я думаю, лучший ответ на ваш вопрос: почему бы не иметь интронов? Взгляните на нейтральную теорию: en.wikipedia.org/wiki/Neutral_theory_of_atomic_evolution .

Ответы (4)

Еще многое предстоит узнать о роли интронов в биологических процессах, но есть пара вещей, которые уже достаточно хорошо установлены.

  • Интроны обеспечивают альтернативный сплайсинг , который позволяет одному гену кодировать несколько белков, выполняющих разные функции в разных условиях. Например, сигнал, получаемый клеткой, может привести к тому, что экзон, который обычно включается, будет пропущен, или интрон, который обычно подвергается сплайсингу, будет оставлен для трансляции (в статье Википедии на эту тему есть базовый обзор возможностей). Это было бы невозможно или, по крайней мере, было бы намного сложнее без присутствия интронов.
  • В последние годы мы обнаружили, что молекулы РНК (особенно малые РНК , такие как siRNAs и miRNAs) гораздо больше вовлечены в регуляцию экспрессии генов, чем считалось ранее. Часто малые регуляторные РНК образуются из сплайсированных интронов.

Возможно, их больше, но, по сути, интроны обеспечивают более тонкий регуляторный контроль. Биологическая сложность часто является результатом не наличия большего набора генов, а наличия дополнительных уровней регуляции, позволяющих включать и выключать гены в нужное время. Прокариотические гены часто организованы в опероны, и одна полицистронная мРНК часто кодирует несколько белков из нескольких соседних генов. Поскольку биологические процессы, необходимые для поддержания микробной жизни, гораздо менее сложны, чем те, которые необходимы для поддержания жизни эукариот, они могут обходиться гораздо меньшим регулирующим контролем.

Я бы добавил, что существует общее предположение, что это является причиной того, что эукариоты могут иметь способность адаптироваться к ролям, стоящим выше в пищевой цепи, чем прокариоты, например, образовывать многоклеточные организмы (есть несколько исключений, но на самом деле их очень мало, и они довольно просто, как - цианобактерии, которые образуют цепочки клеток).
Хотя это хороший ответ «как», который резюмирует то, что мы знаем сейчас, ни в коем случае не является ответом «почему». Например, какие ограничения прокариотической регуляции решают интроны? Почему природе нужно втиснуть больше белков в один ген, а в остальной части генома 93% мусора? Я думаю, что ответ @apoz подходит лучше.
У меня сложилось впечатление, что многие наши интроны произошли от ретровирусов, проникших в наш геном в какой-то момент нашего эволюционного прошлого. Поскольку конкурентное невыгодное положение, связанное с наличием некоторого количества неэкспрессированной мусорной ДНК, очень мало, давление отбора, направленное на то, чтобы вернуть их обратно, отсутствует.

У прокариот не может быть интронов, потому что у них транскрипция связана с трансляцией. У них нет времени/пространства для этого, так как сплайсинг интронов остановит соединение. Эукариоты развили ядро, в котором можно осуществлять сплайсинг. Предки эукариот, развившие ядро, могли обладать большей изменчивостью (из-за интронов), чем виды без него, поэтому они обладали большей приспособленностью.

Бактерии не могут позволить себе компартментализацию высокой сложности, процесс, который требует большого количества доступной энергии на ген, эукариотическая клетка может иметь десятки, сотни или даже тысячи митохондрий, которые имеют такой же выход энергии, что и бактериальная клетка, имея при этом геном около 100. -500 раз меньше (16 кб митохондрий человека по сравнению с 4000 кб для клетки E. coli).

Я надеюсь, что это развеяло ваши сомнения, и вы видите, что это спорный ответ.

Извините за мой плохой английский.

Источники:

Лейн и Мартин 2010 .

Мартин 2011

Это хороший ответ. Сравнение отсутствия интронов у прокариот с эукариотами, у которых есть интроны, не означает, что интроны существуют у эукариот, потому что это предполагает эволюционное преимущество их наличия. Более вероятная причина заключается в том, что интроны очень вредны для прокариот из-за ограничений размера генома, но не вредны для эукариот. См. проблему C-ценности.
Но у прокариот есть интроны — ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC177115 — хотя и далеко не в таком масштабе, как у эукариот.
Многие археи (прокариоты) также имеют интроны.

Эволюция - Дуглас Дж. Футуйма, Глава 19, с. 461

Майкл Линч и Джон Конери (2003) указали, что различные геномные особенности, которые, по-видимому, не имеют большого преимущества для приспособленности организмов — интроны, мобильные элементы, большие участки некодирующей ДНК — могут быть более распространены у видов с небольшими эффективными размерами популяции. Они предположили, что вирусы и бактерии имеют чрезвычайно большие размеры популяций, которые облегчают распространение выгодных мутаций, которые позволяют оптимизировать геном. Напротив, эукариоты имеют меньшие размеры популяции, что облегчает фиксацию неадаптивных признаков. На сегодняшний день это лучшая гипотеза, объясняющая разнообразие размеров и структур генома.

Я объяснял это своей девушке: представьте, что у вас есть две комнаты в вашем доме с двумя кухнями, забитые патронами скотча... он вам действительно не нужен, но вы не можете от него избавиться. Так вот, шланг пылесоса рвется, и вы берете небольшое количество скотча (у вас так много) и заклеиваете его... никто всерьез не поверит, что вы храните столько скотча ради этого, и Вам лучше заказать новый шланг. Но ты сделал все возможное в своих обстоятельствах. Вот что происходит в эукариотической генетике: повсюду легкие и грязные пятна.
Я думаю, что Lynch and Coneryстатья на данный момент является наиболее разумным объяснением originинтронов, и в сочетании с другим ответом ( biology.stackexchange.com/a/1725/658 ) она дает полное объяснение происхождения и текущего преимущества пригодности интронов. наличие интронов в одних организмах, но не в других.
Привет, апоз - сообщество считает этот ответ полезным, но он все же должен состоять не только из прямых цитат.
@ 149781-32509185: статья Lynch & Conery не объясняет интроны, говоря, что они имеют преимущество в приспособленности. Небольшой размер популяции, на который они ссылаются, означает, что генетический дрейф создает фиксацию интронов.

Здесь уже есть несколько хороших ответов. Даниэль Стэндидж указывает на ценность альтернативного сплайсинга. Чтобы увидеть убедительный пример роли в регуляции экспрессии генов, прочитайте один из обзоров определения пола у Drosophila melanogaster (смертельный пол, трансформер, двойник).

Ни в одном из них не упоминается идея экзонов как «кассет» многократно используемой функции, которые могут быть введены в существующий ген в процессе эволюции.

Ограничивающие интроны представляют собой области, где может происходить неточная «прививка» без разрушения уже функционирующей рамки считывания вновь введенного ксеноэкзона (я только что придумал этот неологизм) или гена-реципиента.

Другими словами, интроны предоставляют области, которые допускают небрежную транспозицию функциональных субъединиц, снижая при этом вероятность полного хаоса на уровне транскрипции/трансляции.

Эволюция снова и снова показывает, что она способна продвигать механизмы, способствующие эволюции. Как еще можно объяснить мейоз?

Вам нужно прочитать , как написать хороший ответ для SE . Вы ссылаетесь на систему определения пола дрозофилы, но не даете никаких объяснений или ссылок. Как вы ожидаете, что кто-нибудь поймет это? И если говорить об экзонах как о «кассетах повторно используемых функций», то следует привести пример. Вы знаете какой-нибудь? А ваш язык, даже когда вы не изобретаете новых терминов, представляет собой непонятную абракадабру — «неаккуратная транспозиция функциональных субъединиц...». Небрежные идеи и небрежное письмо, скорее.
Почему в ДНК эукариотических организмов есть интроны?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v