15. Возможности и ограничения компьютерного анализа при идентификации кодирующих и регуляторных последовательностей, а также для предсказания их возможных функций.

16. Транскриптомные и протеомные подходы к идентификации генов в геномных последовательностях и генома.

17. Эволюция геномов. Механизмы геномных перестроек, уменьшение и увеличение размеров геномов. Семейства гомологичных генов. Ортологи и паралоги. Псевдогены.

Геном у всех организмов был одинаковый, за исключением прерывности/непрерывности.

Механизм эволюции геномов:

У прокариот – горизонтальный перенос генов – межвидовой перенос.

У эукариот – не наблюдается, характерен перенос от паразита к хозяину и наоборот. Паразиты могут быть прокариотами, поэтому в структуре генома наблюдаются прокариотические гены.

События с геномами. Соответствуют уровню организации.

Геномные – для эукариот (растений, некоторых грибов и животных). После полиплоидизации многие со временем теряют часть приобретенных генов.

Хромосомные - достаточно крупные события, в отличие от генных, приводят к генетической изоляции.

Генные – механизмы те же что и хромосомные, но не блокируют межвидовые отношения.

Доменный – к формированию новых функций.

Нуклеотидный – вызывают сдвиг/возврат рамки считывания.

Причины дупликации: гомологичная рекомбинация между сестринскими/различными хромосомами. Неравномерный кроссинговер приводит к тому, что какой-то фрагмент хромосомы дуплицируется.

Хромосомные перестройки – события, связанные с рекомбинацией. Необходима протяженная область гомологии – гомологическая рекомбинация. Имеет место, когда сначала произошла полиплоидизация – быстрее происходит перетосовка. Значительная часть материала утрачивается при делеции. Т.к. создается нагрузка – селекционное давление→сокращение генома. Всякая дупликация сопровождается последующей делецией!!!

Ортологи – гены, выполняющие одну и туже функцию, образовались в результате дивергенции одного вида.

Паралоги – гены, имеющие сходные нуклеотидные последовательности, выполняющие различные функции. Произошли в результате внутригенной дупликации и последующей дивергенции функций.

Псевдоген – это ген полученный в результате дупликации после инактивации.

Любое из изменений делают ген неактивным, но при появлении первых из них появляются и следующие из них. В псевдогенах все равно сохраняются функциональные участки генома.

18 . Повторяющиеся последовательности в геномах про- и эукариот. Их роль в эволюции генома.

Дупликации. Повторы в геномных последовательностях были обнаружены довольно давно. Повторы в геномах можно классифицировать по-разному:

(1) Некоторые геномы сами являются дупликациями.

(2) Сегментарные дупликации, особенно выраженные в геноме человека. Некоторые из этих дупликаций связаны с геномными болезнями.

Сегментарные дупликации занимают 3.3% генома человека

(3) Дупликации генов и генные семейства.

(4) Множественные копии мобильных элементов.

(5) Простые повторы (короткие, от 1 до нескольких десятков нуклеотидов, в том числе микросателлиты и минисателлиты , которые по-видимому, не кодируют никаких продуктов.

(6) Блоки тандемно повторенных последовательностей, такие как последовательности в центромерах, теломерах, коротких плечах акроцентрических хромосом, кластеры рибосомальных генов.

(7) Инактивированные ретротранспозированные копии генов.

(8) Внутрибелковые повторы .По частоте встречаемости различают низкокопийные (примерно до 10 копий), умеренно повторяющиеся последовательности (от 10 до 10⁴), часто повторяющиеся последовательности (более 10⁵). По типу следования различают диспергированные и тандемные повторы.

Геном человека известен на 94% .На основании этого материала можно сделать следующие выводы. Повторы занимают по крайней мере 50% генома. В геноме человека (и млекопитающих) встречаются мобильные элементы четырех типов.

Количество повторяющихся последовательностей в геноме человека составляет около 50 % всего генома, тогда как количество генов, кодирующих белки примерно на порядок меньше.

В то же время очевидно, что повторы несут какую-то важную функцию, не связанную с кодированием белков, так как они повсеместно встречаются и, по многочисленным данным, участвуют во многих процессах, обуславливающих экспрессию генов, рекомбинацию, мутагенез, клеточное старение…

Было предложено большое количество гипотез для объяснения наличия этого странного феномена, но ни одна из них до конца не объясняет всех обнаруженных фактов.

Наиболее распространёнными на сегодня являются гипотеза о паразитическом происхождении таких последовательностей, гипотезы об их участии в структурной организации хромосом, участии в механизмах клеточного старения, резерве ДНК, участии в мутагенезе и тому подобное.

Предлагается к обсуждению гипотеза о том, что повторяющиеся последовательности несут одну из важнейших функций в геноме – кодирование и передачу количественной информации.

То есть, повторяющиеся последовательности ДНК представляют собой числа, закодированные в единичной системе счисления.