GENETĐK 111-503 Gen Organizasyonu ve Genomların Evrimi Doç. Dr. Hilâl Özdağ 1
RNA nın Kendi Kendini Kopyalayabiliyor Olmalıydı Đlkin zamanlardaki RNA dünyasında RNA moleküllerinin kopyalanması. RNA polimerazlar ortaya çıkmadan önce bir RNA kalıbına bağlanmış olan ribonükleotidler muhtemelen spontan olarak polimerize oluyorlardı. Bu işlem hatalarla dolu oluyor ve bu da çok çeşitli RNA dizilimlerinin açığa çıkmasına neden oluyordu. RĐBOZĐMLER VE KODLAYICI RNA Đlk kodlayıcı RNA ile ilgili iki muhtemel senaryo bulunmaktadır: Hem katalitik hem de kodlayıcı özelliği olan bir ribozim evrimleşmiş olabilir (A) veya bir ribozim kodlayıcı bir molekülü sentezlemiş olabilir (B). Her iki durumda da amino asitlerin kodlayıcı moleküle küçük bir adaptör RNA aracılığı ile bağlandığı gösterilmiştir. Bu adaptör RNA lar bugünkü trna ların öncülleri olarak kabul edilirler. 2
Kodlayıcı RNA Molekülünün Đlk DNA Genom Öncülüne Dönüşümü Bu senaryoya göre ilk DNA genomları ayrı birçok molekülü içeriyordu. Bunların herbiri ayrı bir proteinden sorumludur ve buradan hareketle her biri ayrı bir gene denktir. Bu genlerin ilk kromozom halinde biraraya gelmesi ki bu DNA ya geçişten önce veya sonra gerçekleşmiş olabilir, hücre bölünmesi sırasında genlerin dağılımının verimini arttırır. (Szathmáry and Maynard Smith, 1993). Nükleik Asit Kısa bir nükleik asit peptidi. Nükleik asit peptidinin omurgası standard bir nükleik asitin taşıdığı şeker fosfat yapısı amidden oluşur. 3
Evrimsel Süreç Otopoliploidizasyon Panelin sağında profaz I ile profaz II arasında gerçekleşen bir hata gözleniyor. Homolog kromozom çiftleri farklı nükleuslara dağılmamış. Gametler haploid yerine diploid olarak oluşmuşlar. 4
Otopoliploidler ata soyları ile çiftleşemezler. Bu çiftleşme sonucu oluşan triploid bir hücre mayoza girdiğinde problem yaşanacaktır. Gen Duplikasyonları Evrimsel süreç içinde duplikasyon sonucu oluşmuş olan myoglobin kromozom 22 de, alfa globin kromozom 16 da ve beta globin kromozom 11 de yeralmaktadır. Strachan ve Read (1999). 5
Gen Duplikasyon Modelleri Domain Yapısı Bu basitleştirilmiş örnekte polipeptitteki herbir ikincil yapı ayrı birer yapısal damain olarak gözlenir. 6
Domain duplikasyonu/domain Karılması Domain Duplikasyon Örneği α2 TipI kollajen omurgalılarda üç kollajen polipeptidinden birini kodlamaktadır. Bu üç kollajen polipeptidinin herbirinde yüksek oranda tekrarlayan tripeptid (Glycin-X-Y/X genelde Prolin ve Y genelde hidroksiprolin) tekrarları içerir. α2 TipI kollajen geni bu tekrardan 338 adet içerir, 52 ekzona ayrılmıştır ve bu ekzonların 42 si bu tekrarları kapsar. 7
Domain Karılması Örneği Segmental Duplikasyon 8
Segmental Duplikasyon Kromozom 22 Duplikasyon Modeli 9
Transpozonlar Rekombinasyonu Başlatabilir Transposons can initiate recombination events between chromosomes or between different sites on the same chromosome. Transpozonlar- Transkripsiyon 10
Neden Intronlar? Ekzon Teorisi Erken Đntron Hipotezi Erken intron hipotezine göre ilgisiz organizmaların homolog genlerindeki intronların konumları benzer olmalıdır, zira bütün bu genler atasal bir intron içeren genden türevlenmiştir. (Örnek triozfosfat izomeraz) 11
Erken Đntron Hipotezi ve Globin Geni Omurgalı globin geninde bulunan 3 ekzon globin proteininin dört bölgesini kodlamaktadır. Bu gen yapısı omurgalılarda böyle iken soyada ikinci ve üçüncü bölgelerin arasına bir intron girmiştir. Başka organizmalara ait globin genleri dizilendikçe intron sayılarının arttığı tespit edilmiştir (toplamda 10 intron). Buradan hareketle globin genlerinin evrimi daha ziyade domain karılması modelini uyum göstermektedir. Mikrosatellitler Mikrosatellit dizilerinin kökeninde mutasyon, replikasyon kayması (slippage) yatmaktadır. 12
Đnsan Genomu Son Beş Milyon Yıl Modern insanın evrimini açıklayan olası şemalardan biri. Đnsan Genomu Đnsan ikinci kromozomu iki şempanze kromozomunun birleşmesinden oluşmuştur. Ayrıntılı bilgi ve bantlama paternleri için Strachan ve Read (1999). 13