Одинаково ли число пар оснований в данной хромосоме у разных людей?

Добро пожаловать в Biology.SE.

если я возьму Х-хромосому от двух случайных людей, я насчитал бы ровно 155 270 560 пар оснований в обоих случаях?

Нет, вы, вероятно, не найдете точно такое же количество пар оснований, потому что мутации не только заменяют один нуклеотид на другой (что мы называем заменой), но иногда добавляют или удаляют несколько (а иногда и много) нуклеотидов.

обратите внимание, кстати, что вам не нужно брать двух разных людей, вы можете просто рассмотреть две Х-хромосомы женщины (или любую другую пару хромосом любого пола) и найти эту разницу в длине хромосом.

каков диапазон изменения длины?

Хороший вопрос (+1)!

Проблема с теломерами

Прежде чем я начну, я хочу уточнить, что я рассматриваю длину этих хромосом в момент зачатия. Хромосомы будут меняться по длине в течение жизни из-за сокращения теломер. Я не буду учитывать это в следующих расчетах. Кроме того, некоторые мутации напрямую вводят (или удаляют) большое количество нуклеотидов (например, мобильных элементов), я не рассматриваю эти мутации здесь, предполагая, что они редки по сравнению с одиночными вставками и одиночными делециями (это предположение может быть неверным! ). Поэтому, пожалуйста, отнеситесь к следующему с недоверием.

Давайте сделаем некоторые грязные расчеты

В классической теоретической популяционной генетике мы склонны в основном рассматривать замены. Но, может быть, я могу попытаться сделать некоторую экстраполяцию из этой работы, если вы позволите мне сделать несколько сильных предположений, использовать неверные оценки фактических истинных значений и использовать некоторую нестрогую математику! Это будет некрасиво и не очень доверчиво$\ddot \smile$.

Не объясняя, почему это так (это результат теории слияния), ожидаемое количество попарных различий между двумя нейтральными последовательностями для диплоидной популяции составляет$E[\pi] = 4\cdot N\cdot \mu$(весьма впечатляюще простой результат), где$N$- размер популяции (при условии панмиктической популяции) и$\mu$скорость мутаций для всей последовательности. Предполагая постоянную скорость мутации на сайт$\mu_s = 10^{-9}$. Зная длину интересующей последовательности (хромосома X)$L ≈ 1.55 \cdot 10^8$, частота мутаций для всей последовательности равна$\mu = L\cdot \mu_s = 0.155$. Рассмотрим численность населения$N = 5 \cdot 10^7$(уравнения предполагают панмиктическое население, поэтому я просто взял некоторое значение, которое показалось мне более или менее разумным, намного меньшим, чем фактическая численность населения во всем мире). Таким образом, общее количество замен должно быть$E[\pi] = 4 \cdot 5 \cdot 10^7 \cdot 0.155 ≈ 10^7$.

Теперь предположим, что только часть$\frac{1}{100}$мутаций вносят изменения в число нуклеотидов, мы могли бы рассмотреть значение$\frac{1}{100} \cdot 10^7 = 10^3$. И поскольку мутация, которая удаляет нуклеотид из длинной последовательности, скорее уменьшит количество вариантов в длине последовательности, чем увеличит ее, скажем, это число разделится на 10!... так что я бы сказал, что две типичные Х-хромосомы будут различаются по длине примерно на 100 нуклеотидов.

Я уверен, что при некоторой работе можно прийти к более строгим расчетам и более точному ожиданию. Интуитивно, результат 100 нуклеотидов не кажется совершенно сумасшедшим (по крайней мере, это не 1 и не 10^6).

Кроме того, вероятно, можно было бы использовать имеющиеся данные о последовательности для оценки этого значения.

Существуют ли мутации, из-за которых один длиннее другого? Если они не совсем одинаковы, каков диапазон изменения длины?

Как указано в других ответах, могут быть мутации, которые изменяют длину ДНК между людьми и даже отдельными клетками одной и той же ткани.

Существуют различные процессы, которые могут изменить длину генома. Наиболее распространенные из них:

• микро-вставки (вставки и удаления) или иногда просто вставки: небольшие изменения (1-50 нт) ^[1] . Обычно происходит во время несовершенной репарации ДНК посредством негомологичного соединения концов после двухцепочечного разрыва.
• Вариация числа копий (CNV): большие вариации, которые обычно возникают из-за делеций и дупликаций сегментов ДНК> 50 п.н.
• Расширение транспозона
• Хромосомные транслокации

На данный момент мы можем игнорировать микроинделы и хромосомные транслокации, потому что первые вносят лишь небольшое изменение в размер генома, а вторые обычно редки и в большинстве случаев чрезвычайно вредны.

Известно, что при строгом картировании CNV вызывают изменение размера генома человека на 4,8% ^[2] . Следует отметить, что эта информация не учитывает частоту изменений; это просто своего рода максимальный предел. Также можно отметить, что делеции вносят больший вклад в изменчивость по сравнению со вставками.

Известно, что ретротранспозоны LINE-1 весьма активны в геноме человека. На их долю приходится ~ 17% генома человека, и они являются одним из основных источников межиндивидуальной изменчивости ^[3] . Они особенно известны тем, что способствуют соматической гетерогенности в дифференцирующихся нейронах ^[4] . Поскольку LINE расширяются путем копирования и вставки, их активность коррелирует с увеличением размера генома. Активность транспозонов обычно подавляется в зародышевых клетках классом малых некодирующих РНК, называемых piRNAs ^[5] .

Я не нашел статьи, в которой бы точно описывалась разница в размере генома из-за LINE-1 или других мобильных элементов. Добавлю ссылку, если найду.

Вы никогда не насчитали бы 155 270 560 п.н. в Х-хромосоме. 7 лет назад без пробелов (со статусом завершенных) генома человека не существовало, это из GRCh37.p13. Это информация о геноме, в который были вставлены фальшивые пробелы. Но в феврале 2022 года мы, наконец, получили весь геном (включая Y-хромосому) и идеальное число — 154 259 566. Все остальные числа для других хромосом в википедии взяты отсюда. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/GCA_009914755.4

PS Вы буквально не знали основы этого. 155 270 560 — это число со вставленными поддельными пробелами, вы можете увидеть его здесь: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/grc/human/data?asm=GRCh37.p13 Число, которое вы хотели, было на вкладке Длины без пробелов, в то время это было 151 100 560 человек. Так что значит на момент ГРЧ37.р13 часть этого не была известна.