Für Eukaryoten sind die aus Archaebakterien gewonnenen Gene wichtiger • Elena Naimark • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Genetik, Evolution

Für Eukaryoten sind Gene, die von Archaeakterien abgeleitet sind, wichtiger.

Hefe Saccharomyces cerevisiae: Gelbe Flecken sind eine Spur einer aufkeimenden Tochterzelle. In der eukaryotischen Zelle der Hefe gibt es 6704 Gene, von denen 2460 prokaryotischen Ursprungs sind. Unter den "prokaryotischen" Genen sind 952 eubakterielle Homologe und 216 sind archaeale Homologe. Foto von www.microbiologyonline.org.uk

Vergleich zweier Gruppen von Hefegenen – vererbt von Archaea Vorfahren und von Eubakterien – ergab, dass nach allen Indikatoren die Gene von Archaea Vorfahren für die Erhaltung der Hefezellen bedeutender sind. Wissenschaftler haben gezeigt, dass die höhere Bedeutung von Archaea-Genen nicht von ihrer Funktion abhängt: Sowohl Informationsgene (verbunden mit dem Transfer von Informationen aus DNA zu Proteinen) als auch operationelle Gene (assoziiert mit Metabolismus) archaischen Ursprungs sind für die Zelle wichtiger als Gene eubakteriellen Ursprungs. Dieses Beispiel zeigt, dass die Evolution gezwungen ist, einen Organismus nicht nur an eine momentane Umgebung anzupassen, sondern auch das historische Erbe ausgestorbener Generationen in die Zukunft zu ziehen; Eigenschaften von Ahnen-Organismen manifestieren sich sogar in der Arbeit von Genen.

Jetzt ist die Hypothese über den symbiotischen Ursprung der Eukaryoten von den meisten Biologen anerkannt.Die Details des Ursprungsszenarios von Eukaryoten unterscheiden sich: In welcher Reihenfolge handeln Eubakterien und Archaebakterien, welche von ihnen spielt die Hauptrolle, und wie entwickeln sich weitere evolutionäre Ereignisse, wenn sie sich den Bemühungen dieser beiden Charaktere anschließen. Eine der Plots deutet darauf hin, dass Archaebakterien nach und nach typische eukaryotische Zeichen annahmen und dann zusätzlich zu ihnen einen passenden bakteriellen Symbionten erhielten, der die Rolle eines zellulären Kraftwerks – Mitochondrien oder Plastiden – übernahm. In der zweiten Version dieses Spiels tritt der eubakterielle Symbiont in die Archaebakterienzelle ein, und nachdem sie sich vereinigt haben, beginnt die Zelle spezifische eukaryotische Zeichen zu erhalten. Jedenfalls enthält der Kern der eukaryotischen Zelle neben seinen einzigartigen Genen auch Derivate archaebakterieller und eubakterieller Gene.

James Cotton und James O. McInerney vom Queen Mary College, University of London und Irish National University in Maynooth, fragten, welches dieser Vermächtnisse, archaeal oder bakteriell (eubakteriell), für die eukaryotische Zelle wichtiger ist.Um dies zu beantworten, verwendeten sie eine Datenbank moderner Hefegene – einen einzelligen eukaryotischen Organismus, der jetzt gründlich untersucht wurde. Diese Datenbank enthält Informationen über die Funktionen von Genen, die durch Deaktivieren (Löschen) eines bestimmten Gens geklärt wurden. Sie können das Gen aus dem Genom entfernen und sehen, ob die Zellen darauf verzichten können. Wenn Zellen ohne ein eliminiertes Gen absterben, wird eine solche Deletion tödlich sein, aber wenn sie sich normal vermehren, wird die Deletion als nicht-letal angesehen.

Diese Datenbank wird aktiv für verschiedene Arbeiten zur Genetik verwendet; insbesondere wurden darauf basierend die Funktionen scheinbar nicht exprimierender nicht-letaler Gene identifiziert (siehe: Warum die "unnötigen" Gene benötigt werden, "Elements", 22. April 2008). Jetzt hat die englische Genetik die Gene der letalen und nicht-letalen Deletionen von Hefe in zwei Gruppen unterteilt – Derivate von archaealen und eubakteriellen Genen. Natürlich bestand die dritte Gruppe aus einzigartigen eukaryotischen Genen, aber sie interessierten die Forscher nicht.

Solch eine scheinbar einfache Gruppierung führte zu unerwarteten Ergebnissen. Unter den archaealen Genen gab es 2,5 mal mehr tödliche Deletionen als unter eubakteriellen.Darüber hinaus ist die Expression von Archaea-Genen mehr als doppelt so intensiv wie eubakterielle Gene. Diese Zahlen sind statistisch signifikant, und wir können sie als ziemlich zuverlässig betrachten. Natürlich ist bekannt, dass die Arbeit von Archaea- und Eubakterien-Genen wesentlich anders ist. Die archaeale Gruppe von Genen beschäftigt sich hauptsächlich mit der Arbeit mit Information – Translation, Transkription und Replikation von Genen, und die eubakterielle Gruppe ist für den Zellmetabolismus verantwortlich. Ist es möglich, dass die Unterschiede in der Deletionsmortalität und im Expressionsniveau mit dieser funktionellen Bedeutung für die Lebensfähigkeit der Zellen zusammenhängen? Deaktivieren Sie eine der metabolischen Kaskaden – es ist durchaus möglich, dass die Zelle die verfügbare Problemumgehung verwendet oder das Endprodukt der Synthese kostet. Wenn Sie einen der Links deaktivieren, um Informationen zu lesen, wird die Zelle unweigerlich sterben.

Die Unterschiede in der Letalität der archaealen und eubakteriellen Deletionen hängen jedoch nicht vom Bereich der "Arbeit" des Gens ab. Diese archaealen Gene, die in metabolischen Kaskaden enthalten sind, sind im Durchschnitt auch tödlicher als eubakterielle Kollegen, und umgekehrt sind eubakterielle Teilnehmer an Informationsaktivitäten für die Lebensunterstützung weniger wichtig als archaeologische Repräsentanten.

So wurde deutlich, dass archaeale Gene in Hefezellen trotz ihrer geringeren numerischen Repräsentation eine wichtigere Rolle spielen als eubakterielle. Genauso wichtig ist die Biographie eines Gens, um seine vitale Bedeutung (Letalität), Zusammenhänge mit anderen Genen, Expressionslevel etc., sowie seine Funktionen zu erklären. Wir sehen, dass die Evolution gezwungen ist, nicht nur die aktuellen Bedürfnisse der Umwelt zu berücksichtigen, sondern auch die historische Last vergangener Anpassungen zu tragen.

Quelle: James A. Baumwolle, James O. McInerney. Eubakterielle Gene, unabhängig von ihrer Funktion PNAS. 5. Oktober 2010. V. 107. P. 17252-17255.

Elena Naimark


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