Хромосомная геномная генная: Виды мутаций. Геномные и хромосомные мутации. Видеоурок. Биология 10 Класс

Содержание

материалы для подготовки к ЕГЭ по Биологии

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

Сразу на ум приходят Люди Х… или Человек — Паук …

Но это в кино, в биологии тоже так, но немного более научно, менее фантастично и более обыденно.

Мута́ция (в переводе — изменение) — устойчивое, передающееся по наследству изменение ДНК, происходящее под влиянием внешних или внутренних изменений.

Мутагенез — процесс появления мутаций.

Обыденность в том, что эти изменения (мутации) происходят в природе и у человека постоянно, почти каждодневно.

В первую очередь, мутации подразделяются на соматические — возникают в клетках тела, и генеративные — появляются только в гаметах.

Соматические мутации

Генеративные мутации

Не всегда передаются при половом размножении.

Передаются при вегетативном (бесполом размножении).

Передаются по наследству.

Разберем сначала виды генеративных мутаций.

Генные мутации

Что такое ген? Это участок ДНК (т.е. несколько нуклеотидов), соответственно, это и участок РНК, и участок белка, и какой-либо признак организма.

Т.е. генная мутация — это выпадение, замена, вставка, удвоение, изменение последовательности участков ДНК.

Вообще, это не всегда ведет к болезни. Например, при удвоении ДНК случаются такие “ошибки”. Но они возникают редко, это очень малый процент от всего количества, поэтому они незначительны, что практически не влияют на организм.

Бывают и серьезные мутагенезы:
— серповидно-клеточная анемия у человека;
— фенилкетонурия — нарушение обмена веществ, вызывающее довольно серьезные нарушения умственного развития
— гемофилия
— гигантизм у растений

Геномные мутации

Вот классическое определение термина “геном”:

Геном

— совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма;
— геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК;
— совокупность генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида в парах нуклеотидов ДНК на гаплоидный геном.

Для понимания сути мы очень сильно упростим, получится такое определение:

Геном — это количество хромосом

Геномные мутации — изменение числа хромосом организма. В основном, их причина — нестандартное расхождение хромосом в процессе деления.

— синдром Дауна — в норме у человека 46 хромосом (23 пары), однако при этой мутации образуются 47 хромосом
рис. синдром Дауна

— полиплойдия у растений (для растений это вообще норма — большинство культурный растений — полиплойдные мутанты)

Хромосомные мутации — деформации самих хромосом.

Примеры (некоторые перестройки такого рода есть у большинства людей и вообще никак не отражаются ни внешне, ни на здоровье, но есть и неприятные мутации):
— синдром кошачьего крика у ребенка
— задержка в развитии
и т.д.

Цитоплазматические мутации — мутации в ДНК митохондрий и хлоропластов.

Есть 2 органеллы со своими собственными ДНК (кольцевыми, в то время как в ядре — двойная спираль) — митохондрия и растительные пластиды.

Соответственно, есть мутации, вызванные изменениями именно в этих структурах.

Есть интересная особенность — этот вид мутации передается только женским полом, т.к. при образовании зиготы остаются только материнские митохондрии, а “мужские” отваливаются с хвостом при оплодотворении.

Примеры:
— у человека — определенная форма сахарного диабета, туннельное зрение;
— у растений — пестролистность.

Соматические мутации.

Это все описанные выше виды, но возникают они в клетках тела ( в соматических клетках).
Мутантных клеток обычно намного меньше, чем нормальных, и они подавляются здоровыми клетками. (Если не подавляются, то организм перерождаться или болеть).

Примеры:
— у дрозофилы глаз красный, но может иметь белые фасеты
— у растения это может быть целый побег, отличающийся от других (И.В. Мичурин таким образом выводил новые сорта яблок).

— раковые клетки у человека

Примеры вопросов ЕГЭ:

Синдром Дауна является результатом мутации

1))геномной;

2) цитоплазматической;

3)хромосомной;

4) рецессивной.

Ответ: 1.

Генные мутации связаны с изменением

А) числа хромосом в клетках;

Б) структуры хромосом;

B) последовательности генов в аутосоме;

Г) нуклеогидов на участке ДНК.

Ответ: Г.

Мутации, связанные с обменом участками негомологичных хромосом, относят к

А) хромосомным;

Б) геномным;

В) точковым;

Г) генным.

Ответ: А.

Животное, в потомстве которого может появиться признак, обусловленный соматической мутацией

А) гидра

Б) волк

В) еж

Г) выдра

Ответ: А.

Новости | Unim — лаборатория гистологии и иммуногистохимии

Мутации в геноме (генетические поломки) опухолевой клетки приводят к их неконтролируемому делению (пролиферации), быстрому неограниченному росту и метастазированию (образование вторичных очагов опухолевого роста).

Мутации могут затрагивать целые хромосомы, их части или отдельные гены.

В зависимости от этого мутации (генетические поломки) принято делить на следующие группы:

1. Геномные мутации – связаны с изменением числа хромосом (полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом, анеусомия – появление лишней или потеря хромосомы).

2. Хромосомные мутации — перестройки хромосом, изменение их строения. Отдельные участки хромосом могут теряться, удваиваться, менять свое положение (дупликации – удвоение генов, инверсии — поворот участка хромосомы на 180°, транслокации – перенос части хромосомы на другую хромосому, делеции – потеря участка хромосомы).

3. Генные мутации — связаны с изменением состава или последовательности нуклеотидов ДНК в пределах гена, что приводит к образованию аномального гена, следовательно, и аномальной структуры белка.

Но существуют механизмы, с помощью которых можно заблокировать аномальный белок, получившийся в результате мутации гена, вызвав этим гибель опухолевой клетки. Для этого был создан новый вид противоопухолевой терапии под названием «таргетная терапия» (target от англ. – мишень).

Для каждой локализации опухоли характерны свои мутации, а для каждого типа мутаций подходит только определенный таргетный препарат. Поэтому современное лечение онкологических заболеваний основано на персонализированном подходе и построено на принципе генетического типирования опухоли. Это значит, что перед тем как начать лечение, проводятся молекулярно-генетические исследования опухолевой ткани, позволяющие определить наличие мутаций (генетических поломок) и подобрать индивидуальную терапию, которая даст максимальный противоопухолевый эффект.

 

Мутационная изменчивость – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Мутации – это наследственная изменчивость генотипа организма в результате случайного изменения гена. Это понятие впервые ввел голландский ученый Г. де Фриз. Мутация характерна для всех организмов. Они могут быть и полезны, и вредны, и нейтральны для организмов. Мутации возникают под воздействием внешних факторов, называемых мутагенами.

Встречаются три вида мутагенов: физические, химические и биологические. К физическим относятся радиоактивные лучи, ультрафиолетовые и лазерные лучи. Химические: колхицин, никотиновая кислота и др. Известно 400 соединений. Высококонцентрированные гербициды и пестициды также вызывают мутации. Биологические: бактерии, вирусы и радиоактивные вещества, содержащиеся в продуктах питания. Мутации возникают в природных условиях и индукционно в результате специального воздействия мутагенами. В зависимости от места возникновения мутации делятся на генеративные (в половых хромосомах) и соматические (в клетках тела).

В зависимости от характера изменения генотипов мутации подразделяются на геномные хромосомные, генные и цитоплазматические.

Геномные мутации. Геномными называют мутации, приводящие к изменению числа хромосом. Наиболее распространенным типом геномных мутаций является полиплоидия – кратное изменение числа хромосом. У полиплоидных организмов гаплоидный (n) набор хромосом в клетках повторяется 4-6 раз, иногда до 10-12 раз. Возникновение полиплоидов связано с нарушением митоза или мейоза. В частности, нерасхождение гомологичных хромосом в мейозе приводит к формированию гамет с увеличенным числом хромосом. У диплоидных организмов в результате такого процесса могут образоваться диплоидные (2n) гаметы. Полиплоидные виды растений довольно обычное явление; у животных полиплоидия редка. Некоторые полиплоидные растения характеризуются более мощным ростом, крупными размерами, что делает их ценными для селекционных работ. Анеуплоидия – некратное изменение хромосом в гаплоидном наборе. Это изменение впервые обнаружил К. Бриджес в ходе исследования у дрозофилы явления сцепленного наследования признаков. У самок одна лишняя XXY-хромосома, а у самцов – X0-хромосомы вызывают изменение некоторых признаков дрозофилы (крыльев, глаз и др.). А у человека в 21-й паре хромосом обнаруживается 3 хромосомы, которые вызывают заболевание Дауна.

Хромосомные мутации – это перестройки хромосом. Появление хромосомных мутаций всегда связано с возникновением двух или более разрывов хромосом с последующим их соединением, но в неправильном порядке.

Различают четыре основных типа хромосомных мутаций:

делеция – потеря участка хромосомы;

дупликация – удвоение участка хромосомы;

инверсия – поворот части хромосомы на 180°;

транслокация – обмен участками негомологичных хромосом и слияние двух негомологичных хромосом в одну. Хромосомные мутации приводят к изменению функционирования генов.

Генные мутации – наиболее часто встречающийся класс мутационных изменений. Генные мутации связаны с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Они приводят к тому, что мутантный ген либо перестает работать, и тогда не образуются соответствующие РНК и белок, либо синтезируется белок с измененными свойствами, что проявляется в изменении каких-либо признаков организма. Вследствие генной мутации образуются новые аллели. Это имеет важное эволюционное значение.

Мутации – редкие события. На 10 000-1 000 000 генов за одно поколение в среднем возникает одна новая мутация. Хотя мутационные события происходят редко, но благодаря постоянству естественного мутационного процесса и способности видов накапливать мутации генотипы всех без исключения особей содержат значительное количество генных мутаций.

Цитоплазматические мутации связаны с изменениями плазмогенов в цитоплазме клеток. Плазмогены находятся в пластидах и митохондриях.

Мутации у человека : Основы генетики : Все про гены!

     Термин «мутация» ввел Г. де Фриз (1901) для характеристики случайных генетических изменений. Различают спонтанные и индуцированные мутационные процессы.

       Индуцированный мутационный процесс — это возникновение наследственных изменений под влиянием направленного действия факторов внешней и внутренней среды. Возникновения мутаций без установленных причин принято называть спонтанным мутационным процессом.
Мутационная изменчивость обусловлена как влиянием на организм факторов внешней среды, так и его физиологическим состоянием.
Частота возникновения мутаций зависит от:
      • генотипа организма;
      • фазы онтогенеза;
      • стадии онтогенеза;
      • стадии гаметогенеза;
      • митотического и мейотического циклов хромосом;
      • химического строения отдельных участков хромосом и др.

Свойства мутаций:

      • мутации возникают внезапно, скачкообразно;

      • мутации наследуются, т.е. передаются от поколения к поколению;

      • мутации не направленные — подвергаться мутациям может любой локус (участок хромосомы), вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков;

      • одни и те же мутации могут возникать повторно;

      • за проявлением мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными.

   Классификация мутаций:


      Мутации можно объединить в группы — классифицировать по характеру проявления, по месту или уровню их возникновения.

      Мутации по характеру проявления — бывают доминантными и рецессивными. Большинство из них рецессивные и не проявляются в гетерозиготных организмах. Как правило, мутации вредны, ибо нарушают четко сбалансированную систему биохимических превращений.

     Доминантные мутации проявляются сразу в гомо-и гетерозиготных организмах, преимущественно такие особи нежизнеспособны и гибнут на ранних стадиях онтогенеза. Мутации часто снижают жизнестойкость или плодовитость.

Мутации, которые резко влияют на жизнеспособность и частично или полностью останавливают развитие, называются полулетальными, а несовместимые с жизнью — летальными. У человека к таким мутациям относится рецессивный ген гемофилии.

Мутации по месту возникновения.

     Мутации, возникающие в соматических тканях, получили название соматических мутаций. Соматические клетки составляют популяцию, образованную при бесполом размножении (делении) клеток. Соматические мутации обуславливают генотипическое разнообразие тканей, часто не передаются по наследству и ограниченные тем индивидуумом, в которого они возникли. Соматические мутации возникают в диплоидных клетках, поэтому проявляются только при доминантных генах или при рецессивных, но в гомозиготном состоянии. Чем раньше в эмбриогенезе человека возникла мутация, тем больший участок соматических клеток отклоняется от нормы. И наоборот, чем позже в процессе развития организм испытывает мутационное воздействие, тем меньший участок ткани, которая образуется из мутационной клетки. Например, окраска радужной оболочки глаза — белый или карий сегменты на голубой радужке — обусловлены соматической мутацией. Считают, что следствием соматических мутаций является раковое перерождение. Злокачественный рост вызывается канцерогенами, среди которых наиболее негативные — проникающая радиация и активные химические соединения (вещества), и хотя соматические мутации не наследуются, они снижают репродуктивные возможности организма, в котором возникли.

     Мутации, возникающие в гаметах или в клетках, с которых они образуются, получили название генеративных или терминальных мутаций. Чем раньше в половых клетках возникает мутация, тем больше будет доля половых клеток, которые будут нести новую мутацию. Верхний предел доли клеток, которые будут содержать индуцированную или спонтанную мутацию, составляет 50 процентов. Существует мнение, что наибольшее количество мутаций в половых клетках возникает в овоцитах. Поскольку сперматогонии подвергаются постоянному делению, то среди них может происходить отбор против мутаций, обуславливающих вредный эффект, и частота мутаций снижается до периода половой зрелости. Женщина, наоборот, рождается почти со всеми мутантными изменениями, в линии половых клеток нет параллельного митотического отбора. Овоциты не только не испытывают митоза, они остаются малоактивными на протяжении десятилетий, пока не станут яйцеклетками. За этот период овоциты стареют, становятся непропорционально чувствительными  к спонтанной мутации. На половые клетки наибольшее влияние осуществляют цезий-137, стронций-90 и углерод-14.

     Генеративные мутации при половом размножении передаются следующим поколениям. Доминантные мутации появляются уже в первом поколении, а рецессивные — только во втором и последующих поколениях, с переходом в гомозиготное состояние.

Мутации по характеру изменения наследственного материала:

     1. Изменения, обусловленные заменой одного или нескольких нуклеотидов в пределах одного гена, называют генными или точечными мутациями. Они обусловливают изменения как в строении белков, так и функциональной активности молекулы.

      2. Изменения структуры хромосом называют хромосомными мутациями или аберрациями. Такие мутации могут возникнуть в результате потери части хромосомы (делеция), удвоение части хромосомы (дупликации), отрыва и поворота части хромосомы на 180 ° (инверсия). Если изменение затрагивает жизненно важные участки гена, то такая мутация приведет к смерти. Так, потеря небольшого участка 21-й хромосомы у человека вызывает тяжелое заболевание крови — острый лейкоз. В отдельных случаях оторванный участок хромосомы может присоединиться к негомологичной хромосоме (транслокация), что приведет к новой комбинации генов и изменения их взаимодействия.

      3. Изменения кариотипа, кратные или некратные гаплоидному числу хромосом называют геномными мутациями. Вследствии нарушения расхождения пары гомологичных хромосом во время мейоза в одной из образованных гамет содержится на одну хромосому меньше, а в другой на одну хромосому больше, чем при нормальном гаплоидном наборе. Слияние такой аномальной гаметы с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим количеством хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для этого вида.

    Соматические мутации

• генные
• геномные
• хромосомные аберрации

      Соматические мутации — это изменения наследственного характера в соматических клетках, возникающих на разных этапах развития особи. Они часто не передаются по наследству, а остаются, пока живет организм потерпевший мутационное воздействие.

     Геномные, хромосомные и генные аберрации в соматических клетках являются следствием действия мутагенных факторов. У человека это этиологические факторы наследственных болезней. Заболевания, обусловленные геномными (изменение числа хромосом) и хромосомными (изменение структуры хромосом) мутациями, называются хромосомными болезнями. Изменение числа хромосом определяется удвоением или уменьшением всего набора хромосом. Это приводит к полиплоидии или гаплоидии (соответственно). Наличие лишних хромосом или  удаление одной или нескольких хромосом приводит к гетероплоидии или анеуплоидии.

Изменение структуры хромосом — это перестройки или аберрации. При этом нарушается сбалансированность набора генов и нормальное развитие организма. Как следствие хромосомного дисбаланса происходит внутриутробная гибель эмбриона или плода, возникают врожденные пороки развития. Чем большее количество хромосомного материала подверглось мутационному эффекту, тем раньше заболевания появится в онтогенезе и тем весомее будут нарушения физического и психического развития особи. Характерная черта хромосомного дисбаланса — множественность пороков развития различных органов и систем. Хромосомные болезни составляют около 0,5-1% всех наследственных болезней человека.

      Генные или точечные мутации — это результат молекулярных изменений на уровне ДНК. У человека они вызывают генные болезни. Для человека описаны следующие виды генных мутаций, приводящих к развитию наследственных болезней: нисенс, нонсенс, смещение рамки считывания, делеции, вставки (инсерции), нарушение сплайсинга, увеличение числа (экспансии) тринуклеотидних повторов. Мутации участков, что транскрибируются (которые определяют аминокислотную последовательность в молекуле белка, что синтезируется), приводят к синтезу аномального продукта и могут привести к уменьшению скорости синтеза белка.

     Фенотипно генные мутации проявляются на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Число генных болезней составляет около 3500-4500. Генные мутации разделяют на односайтовые и багатосайтовые. Односайтовые — это такие, которые касаются изменений одного сайта (участка), багатосайтовые — охватывают несколько сайтов генного локуса.

     Различают генные мутации прямые и обратные. Прямые мутации — это мутации, которые инактивируют гены дикого типа и предопределяют появление мутантного типа. Обратные мутации — изменения к исходной форме от мутантной.

      Большинство генов устойчивы к мутациям, но отдельные гены подвергаются мутациям довольно часто.

 Соматические мутации обусловливают генотипическое разнообразие тканей одной особи и обычно не передаются по наследству при половом размножении. При бесполом размножении, если организм развивается из одной клетки или группы клеток, в которых возникла мутация, такие изменения могут передаваться потомкам. Соматические мутации возникают у организмов, которые размножаются вегетативно и, поэтому составляют основу селекции культурных растений, в частности цитрусовых.

 

Страница не найдена — Саянский медицинский колледж

Я, субъект персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152 «О персональных данных» предоставляю ОГБПОУ «Саянский медицинский колледж» (далее — Оператор), расположенному по адресу Иркутская обл., г.Саянск, м/он Южный, 120, согласие на обработку персональных данных, указанных мной в форме веб-чата, обратной связи на сайте в сети «Интернет», владельцем которого является Оператор.

  1. Состав предоставляемых мной персональных данных является следующим: Имя, адрес электронной почты.
  2. Целями обработки моих персональных данных являются: обеспечение обмена короткими текстовыми сообщениями в режиме онлайн-диалога или обмена текстовыми сообщениями через электронную почту.
  3. Согласие предоставляется на совершение следующих действий (операций) с указанными в настоящем согласии персональными данными: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу (предоставление, доступ), блокирование, удаление, уничтожение, осуществляемых как с использованием средств автоматизации (автоматизированная обработка), так и без использования таких средств (неавтоматизированная обработка).
  4. Я понимаю и соглашаюсь с тем, что предоставление Оператору какой-либо информации о себе, не являющейся контактной и не относящейся к целям настоящего согласия, а равно предоставление информации, относящейся к государственной, банковской и/или коммерческой тайне, информации о расовой и/или национальной принадлежности, политических взглядах, религиозных или философских убеждениях, состоянии здоровья, интимной жизни запрещено.
  5. В случае принятия мной решения о предоставлении Оператору какой-либо информации (каких-либо данных), я обязуюсь предоставлять исключительно достоверную и актуальную информацию и не вправе вводить Оператора в заблуждение в отношении своей личности, сообщать ложную или недостоверную информацию о себе.
  6. Я понимаю и соглашаюсь с тем, что Оператор не проверяет достоверность персональных данных, предоставляемых мной, и не имеет возможности оценивать мою дееспособность и исходит из того, что я предоставляю достоверные персональные данные и поддерживаю такие данные в актуальном состоянии.
  7. Согласие действует по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в достижении этих целей, если иное не предусмотрено федеральным законом.
  8. Согласие может быть отозвано мною в любое время на основании моего письменного заявления.

биофак СПбГУ


Развитие многих заболеваний человека связывают с дестабилизацией генома. Для успешного лечения и профилактики таких заболеваний необходимо изучать молекулярные механизмы мутагенеза. Велико значение мутационного процесса в эволюции: хотя большинство из вновь возникающих мутаций вредны или нейтральны, некоторые из них являются источником новых признаков, а уровень самого мутационного процесса имеет адаптивное значение.

Изучение молекулярных механизмов поддержания стабильности генома

Возникновение мутаций – сложный процесс, контролируемый несколькими клеточными системами. Стабильность генетического материала в ряду поколений во многом зависит от точной репликации хромосом и их точной сегрегации при делении клеток. Ошибки репликации или репарации поврежденной ДНК, а также ошибки сегрегации хромосом приводят к появлению наследуемых изменений генетического материала: генных, хромосомных и геномных мутаций, затрудняющих функционирование генома (Рис. 1).

Рисунок 1. Мутагенные факторы, типы биологического ответа на повреждения ДНК и их последствия.

Особое внимание нашего коллектива сосредоточено на изучении начальных этапов становления мутаций, а именно: процессах возникновения, взаимопревращения и влияния на фенотип первичных повреждений генетического материала. Одной из важнейших тематик, разрабатываемых в нашей лаборатории, является исследование роли метаболизма нуклеотидов в контроле точности синтеза ДНК. В область наших интересов входит также изучение механизмов, регулирующих активность специализированных ДНК-полимераз, которые способны осуществлять синтез ДНК на поврежденной матрице и обладают низкой точностью синтеза.

Разработка методов и подходов для выявления мутаций и мутагенных факторов

Исследование мутагенеза невозможно без использования чувствительных методов выявления различных мутационных событий. Поэтому в нашей лаборатории проводятся исследования, направленные на совершенствование уникальной тест-системы, которая позволяет выявлять и оценивать частоту различных нарушений генетического материала: потерь хромосомы, плеча хромосомы, рекомбинационных событий, точковых мутаций, а также первичных повреждений генетического материала по их фенотипическому проявлению в α-тесте.

Межлабораторное сотрудничество

•    Кафедра генетики и биотехнологии Санкт-Петербургского государственного университета, Санкт-Петербург

•    Институт исследования рака, Медицинский центр университета штата Небраска, Омаха, США

Избранные публикации

Жук А.С., Ширяева А.А., Коченова О.В., Андрейчук Ю.В., Степченкова Е.И., Инге-Вечтомов С.Г. Альфа тест — система для оценки генетически активных факторов. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 11, C. 54-60.

Kozmin S. G., Stepchenkova E. I., Chow S., Schaaper. R. A critical role for the putative NCS2 nucleobase permease YjcD in sensitivity of Escherichia coli to cytotoxic and mutagenic purine analogs. MBio. 2013. V. 4. e00661-13.

Kozmin S. G., Stepchenkova E. I., Schaaper R. M. TusA (YhhP) and IscS are required for molybdenum cofactor-dependent base-analog detoxification. MicrobiologyOpen. 2013. V. 2. N. 4. P. 743–755.

Lada A. G., Stepchenkova E. I., Waisertreiger I. S., Noskov V. N., Dhar A. et al. Genome-wide mutation avalanches induced in diploid yeast cells by a base analog or an APOBEC deaminase. PLoS Genet. 2013. V. 9. N. 9.

Northam M. R., Moore E. A., Mertz T. M., Binz S. K., Stith C. M., Stepchenkova E. I. et al. DNA polymerases zeta and Rev1 mediate error-prone bypass of non-B DNA structures. Nucleic Acids Research. 2014. V. 42. N. 1. P. 290-306.

Waisertreiger I. S.-R., Liston V. G., Menezes M. R., Kim H.-M., Lobachev K. S., Stepchenkova E. I. et al. Modulation of mutagenesis in eukaryotes by DNA replication fork dynamics and quality of nucleotide pools. Environmental and Molecular Mutagenesis. 2012. V. 53. N. 9. P. 699-724.

Жук А.С., Степченкова Е.И., Дукельская А.В., Даев Е.В., С. Г. Инге-Вечтомов. Роль метаболической активации промутагенов в дестабилизации генома при феромональном стрессе у домовой мыши Mus musculus. Генетика. 2011. Т. 47, №. 10, С. 1209–1214.

Степченкова Е. И., Коченова О. В., Жук А. С., Андрейчук Ю. В., Инге-вечтомов С. Г. Фенотипическое проявление и взаимопревращение первичных повреждений генетического материала, учитываемых в альфа-тесте, у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Гигиена и санитария. 2011. № 6., P. 64-69.

Коченова О.В., Сошкина Ю.В., Степченкова Е.И., Инге-Вечтомов С.Г., Щербакова П.В. Участие ДНК-полимераз репликативного обхода повреждений в поддержании целостности хромосом у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Биохимия. 2011. Т. 76. № 1. С. 62-75.

Гераськин С.А., Сарапульцева Е.И., Цаценко Л.В., Глазер В.М., Абилев С.К., и др. Биологический контроль окружающей среды: генетический мониторинг. Учебное пособие для студентов высшего профессионального образования. Издательский центр «Академия». 2010. 208 с.

Zhuk A.S., Stepchenkova E.I., Dukelskaya A.V., Inge-Vechtomov S.G. Stress-induced mutagenesis may be mediated by altered activity of P450 cytochrome in mice. Russian Journal AIDS, Cancer and Public health. 2010. V. 14. N. 1. P. 58-59.

Мутации — геномные, генные, хромосомные

К мутациям относятся как естественные, так и искусственные устойчивые изменения носителей наследственной информации, которые отвечают за сохранение и передачу генетической информации потомкам. Абсолютно все формы жизни – от микроорганизмов до высших растений и животных – могут производить мутации (мутировать). Эта характерная черта всего живого лежит в основе наследственной изменчивости в природе.

Те мутации, которые происходят в половых клетках или спорах, называются генеративными. Они передаются по наследству. Если мутации возникают в клетках, не относящихся к половой системе, они называются соматическими. В этом случае говорят о генетическом мозаицизме. При этом в строении тканей организма различают мутантные и немутантные клетки. При наличии соматических мутаций определяемые ими признаки могут наследоваться исключительно при вегетативном размножении с включением мутантных соматических тканей организма.

Различают типы мутаций по виду изменения генетического аппарата:

1. Геномные.

2. Генные.

3. Хромосомные.

При геномных мутациях меняется количество хромосом в клетках организма. При генных происходит изменение химической структуры отдельно взятых генов. Среди хромосомных мутаций различают инверсию, когда часть хромосомы перевернута на 180°, транслокацию (обмен частями двух хромосом), делецию, при которой отмечается выпадение участка хромосомы, дупликацию (удвоение участка хромосомы).За счет мутаций могут меняться разные биохимические, морфологические и физиологические признаки организма. Данные изменения могут быть выражены в различной степени. Мутанты, образовавшиеся вследствие полиплоидии, обычно крупных размеров за счет увеличения размеров клеток и всего организма в целом. Гаплоидные мутанты, наоборот, характеризуются небольшими размерами клеток и всего организма. Менее выраженные изменения характерны для мутантов, сформировавшихся вследствие делеций и дупликаций. При этом отличия от исходных форм тем более выражены, чем длиннее выпавший или удвоенный участок хромосомы. Что касается инверсий и транслокаций, то они не приводят к изменению фенотипических признаков организма, однако влекут заметные генетические последствия.

Большую часть всех мутаций составляют генные. Именно благодаря им, появляются разнообразнейшие изменения признаков организма. При изменении одного гена происходит изменение ряда признаков организма. Обычно генные мутации приносят вред организму в целом, так как нарушают течение жизненных процессов. Их наличием обусловлено снижение плодовитости и жизнеспособности растения в целом. Иногда могут происходить летальные мутации, при которых возникают изменения, не совместимые с жизнью. Сравнительно редко происходят спонтанные генные мутации, которые улучшают те или иные качества организма и приводят к повышению плодовитости и жизнеспособности организма. В таких случаях поставляется основной материал для естественного и искусственного отбора в эволюции и селекции. 

Искусственный мутагенез

В последнее время разрабатываются методы искусственного мутагенеза, благодаря чему ускорилось развитие селекции. Селекционеры используют гораздо больше исходного материала, чем при применении редких спонтанных мутаций. Так, были выведены новые высокоурожайные сорта ячменя, пшеницы, риса, люпина и ряда других сельскохозяйственных растений. 

Похожие материалы:



Преодоление разрыва между геномами и хромосомами

Гены (Базель). 2019 Aug; 10 (8): 627.

, 1, * , 2, 3, , 4, , 5, 6, , 7 , 3 , 8 , 1, 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 11 , 14 , 15 , *

Джанин Э.Дикин

1 Институт прикладной экологии Канберрского университета, Канберра, ACT 2617, Австралия

Салли Поттер

2 Исследовательская школа биологии Австралийского национального университета, Актон, ACT 2601, Австралия

3 Австралийский музейный исследовательский институт, Австралийский музей, 1 William St Sydney, NSW 2010, Australia

Rachel O’Neill

4 Институт системной геномики и Департамент молекулярной и клеточной биологии, Университет Коннектикута, Сторрс, CT 06269, США

Аврора Руис-Эррера

5 Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia, Universitat Autónoma de Barcelona, ​​08193 Cerdanyola del Vallès, Испания

6 Genome Integrity and Instability Group, Biotec Автономный университет Барселоны, 08193 Серданьола-дель-Валлес, Испания

Марсело Б.Cioffi

7 Laboratório de Citogenética de Peixes, Departamento de Genética e Evolução, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP 13565-905, Brazil

Mark D.B. Элдридж

3 Австралийский музейный научно-исследовательский институт, Австралийский музей, 1 William St Sydney, NSW 2010, Australia

Kichi Fukui

8 Высшая школа фармацевтических наук, Университет Осаки, Suita 565-0871, Осака, Япония

Дженнифер А.Маршалл Грейвс

1 Институт прикладной экологии Канберрского университета, Канберра, ACT 2617, Австралия

9 Школа естественных наук, Университет Латроб, Мельбурн, Виктория 3168, Австралия

Даррен Гриффин

10 Школа биологических наук, Кентский университет, Кентербери, CT2 7NJ, Великобритания

Франк Груцнер

11 Школа биологических наук, Университет Аделаиды, Аделаида, SA 5005, Австралия

Лукаш Кратохвил

12 Департамент экологии , Факультет естественных наук, Карлов университет, Viničná 7, 128 44 Praha 2, Чешская Республика

Ikuo Miura

13 Центр исследований амфибий, Университет Хиросимы, Хигаши-Хиросима 739-8526, Япония

Михаил Ровацос

11 Школа биологических наук, Университет Аделаиды, Аделаида, SA 5005, Австралия

Kornsorn Srikulnath

9000 4 14 Лаборатория цитогенетики и сравнительной геномики животных (ACCG), Департамент генетики, Факультет естественных наук, Университет Касетсарт, Бангкок 10900, Таиланд

Эрик Вапстра

15 Школа естественных наук, Университет Тасмании, Хобарт 7000, Австралия

Тарик Эзаз

1 Институт прикладной экологии, Университет Канберры, Канберра, ACT 2617, Австралия

1 Институт прикладной экологии, Университет Канберры, Канберра, ACT 2617, Австралия

2 Исследовательская школа биологии Австралийского национального университета, Актон, ACT 2601, Австралия

3 Австралийский музейный научно-исследовательский институт, Австралийский музей, 1 William St Sydney, NSW 2010, Australia

4 Институт системной геномики и Департамент молекулярных исследований и клеточная биология, Университет Коннектикута, Сторрс, Коннектикут 06269, США

5 Departament de Biologia Cel·lul ar, Fisiologia i Immunologia, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Cerdanyola del Vallès, Испания

6 Группа целостности и нестабильности генома, Institut de Biotecnologia i Biomedicina, Universitat Autónoma de Barcelona, ​​08193 Cerdanyola 9000, Испания 9000, 9000, Испания Laboratório de Citogenética de Peixes, Departamento de Genética e Evolução, Федеральный университет Сан-Карлос, Сан-Карлос, SP 13565-905, Бразилия

8 Высшая школа фармацевтических наук, Университет Осаки, Суита 565-0871, Осака, Япония

9 Школа естественных наук, Университет Латроб, Мельбурн, Виктория 3168, Австралия

10 Школа биологических наук, Кентский университет, Кентербери, CT2 7NJ, Великобритания

11 Школа биологических наук, Университет Аделаиды , Adelaide, SA 5005, Australia

12 Департамент экологии, факультет естественных наук Карлова университета, Viničná 7, 128 44 Pra gue 2, Чешская Республика

13 Центр исследований амфибий, Университет Хиросимы, Хигаси-Хиросима 739-8526, Япония

14 Лаборатория цитогенетики животных и сравнительной геномики (ACCG), Отдел генетики, Факультет естественных наук, Казетсарт Университет, Бангкок 10900, Таиланд

15 Школа естественных наук, Университет Тасмании, Хобарт 7000, Австралия

Эти авторы внесли равный вклад в эту работу.

Поступила 18.07.2019; Принято 13 августа 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

Abstract

Последние достижения в технологии секвенирования ДНК позволяют быстро увеличивать количество секвенируемых геномов. Однако многие фундаментальные вопросы в биологии генома остаются без ответа, потому что одни только данные о последовательности не могут дать представление о том, как геном организован в хромосомы, положение и взаимодействие этих хромосом в клетке и как хромосомы и их взаимодействия друг с другом изменяются. в ответ на раздражители окружающей среды или с течением времени.Тесная взаимосвязь между последовательностью ДНК и структурой и функцией хромосомы подчеркивает необходимость интеграции геномных и цитогенетических данных для более полного понимания роли, которую архитектура генома играет в пластичности генома. Мы предлагаем принять термин «хромосома» в качестве подхода, охватывающего секвенирование генома, цитогенетику и клеточную биологию, и представляем примеры того, где хромосомия уже привела к новым открытиям, таким как ген, определяющий пол у здоровых млекопитающих. Что еще более важно, мы смотрим в будущее и на вопросы, на которые можно было бы получить ответы, когда мы вступаем в хромосомную революцию, такие как роль хромосомных перестроек в видообразовании и роль более быстро развивающихся регионов генома, таких как центромеры, в пластичности генома. .Однако для того, чтобы хромосомика полностью раскрыла свой потенциал, нам необходимо решить несколько задач, в частности, обучить новое поколение цитогенетиков и стремиться к более тесному объединению областей исследований в области геномики, цитогенетики, клеточной биологии и биоинформатики. Преодоление этих проблем приведет к революционным открытиям в понимании эволюции и функции генома.

Ключевые слова: цитогенетика, половые хромосомы, хромосомные перестройки, пластичность генома, центромера, биология генома, эволюция

1.Введение

Благодаря достижениям в области технологий секвенирование всего генома организма стало по сути рутиной. Однако последовательность ДНК является лишь одним относительно статическим компонентом очень динамичных объектов в ядре клетки — хромосом. Расположение определенной последовательности на хромосоме и ее взаимодействие с другими частями генома являются важными аспектами биологии генома, которые часто упускаются из виду в проектах по секвенированию генома. Мы предлагаем новую структуру для изучения биологии генома, которая объединяет подходы к секвенированию генома, цитогенетике и клеточной биологии, а также уделяет особое внимание обучению следующего поколения геномных биологов навыкам, необходимым для интеграции этих данных.Мы предлагаем принять термин «хромосома», который сочетает в себе первоначальное определение цитогенетики (хромосомы и цитология) с геномикой (содержание, структура и функция генов для всего организма), чтобы обеспечить более тесную интеграцию этих областей. Термин хромосома был первоначально предложен Уве Клауссеном для введения раздела цитогенетики, который занимается трехмерной структурой хромосом и связанной с ними регуляцией генов [1]. Однако мы предлагаем, чтобы этот термин охватывал интеграцию последних достижений в цитогенетике, секвенировании генома, эпигеномике и клеточной биологии.Принятие хромосомного подхода к ответам на важные фундаментальные вопросы биологии, несомненно, приведет к крупным открытиям, которые ранее были недоступны.

В последнее время область геномики в значительной степени дистанцировалась от цитогенетики, области, обеспечивающей понимание структуры, функции и эволюции хромосом. Такое разделение полей нанесло ущерб полному пониманию того, как геном работает в клетке. Эти два поля никогда не предназначались для работы изолированно.В 1920 году Ханс Винклер ввел термин «геном», чтобы объединить изучение генов и хромосом [2], однако в современных интерпретациях «генома» о хромосомах часто забывают, и основное внимание уделяется исключительно последовательности ДНК. Точно так же Уолтер Саттон в 1902 году (нет опубликованных сведений) использовал термин «цитогенетика», чтобы объединить цитологию (изучение структуры и функции клеток) с генетикой (изучение генов, генетических вариаций и наследственности). Однако в большинстве современных цитогенетических исследований цитологические аспекты цитогенетики в значительной степени игнорируются.Поскольку эти соответствующие области сузили их фокус, результатом стало развитие технологических и методологических достижений (примеры в), которые могли бы позволить нам более полно охватить динамическую природу и эволюцию хромосом потенциально любых видов, чтобы обеспечить понимание фундаментальных биологических вопросов. .

Таблица 1

Последние технологические достижения в цитогенетике и геномике.

Сортировка по потоку [Сортировка по потоку] и секвенирование

Микроскопия сверхвысокого разрешения

Техника Использует Ссылки на примеры
Микродиссекция и секвенирование хромосом Секвенирование отдельных хромосом / сегментов хромосом и гаплотипирование 3 хромосом
Присвоение последовательностей хромосомам [6,7]
Гибридизация флюоресценции волокна in situ (FISH) Упорядочение последовательностей больших вставок клонов на волокне ДНК [8]
Универсальный набор зондов и предметные стекла для нескольких зондов Быстрое картирование бактериальных искусственных хромосом (ВАС) у нескольких видов [9]
Гомологоспецифичные олигопокрасы Визуально различать области с единичными копиями гомологичных хромосом [10] Отображение хроматических изображений n и ядерная организация [11]
BioNano Картирование генома для улучшения сборок и обнаружения структурных вариаций [12]
Секвенирование с длительным считыванием (e.g., PacBio, Oxford Nanopore) Улучшение сборок генома, идентификация структурных вариантов [13,14,15]
Секвенирование связанного считывания (10X хром) Построение фаз и улучшение каркаса сборок генома [ 16]
Секвенирование Hi-C и CHiA-PET Взаимодействие с хроматином и улучшение сборки генома (Hi-C) [17,18,19]

Хромосомы играют жизненно важную роль в ядре, поскольку они необходимы для репликации и разделения ДНК во время деления клеток.Они не расположены в ядре случайным образом, но организованы в определенные области, называемые хромосомными территориями [20], которые изменяются в течение клеточного цикла [21,22] и развития [23,24,25]. Поддержание этих территорий важно для правильного функционирования клеток, репликации и точного деления и дифференцировки клеток. Если мы упакуем ДНК в хромосому, мы увидим, что ДНК обернута вокруг нуклеосомы, состоящей из восьми гистоновых белков, чтобы произвести хроматиновое волокно, которое прикреплено к основной цепи негистоновых белков, называемой хромосомным каркасом ().Динамическая природа хромосомы на протяжении клеточного цикла и в ответ на воздействия окружающей среды обеспечивается способностью хроматинового волокна изменять уровень уплотнения ДНК и состав гистонов (эпигенетика), а также способность белков каркаса отслеживать изменения. хроматинового волокна [26]. Ремоделирование хроматина и изменения конформации хроматина влияют на взаимодействия между последовательностями в разных областях генома и могут влиять на регуляцию генов. Тесная связь между ДНК, структурой хромосом и положением хромосом в ядре подчеркивает необходимость интеграции геномных данных для лучшего понимания архитектуры и функции хромосом.Эта информация обеспечит более полное понимание эволюционной пластичности и организационных функций архитектуры генома и механизмов точной передачи генома потомству.

Переупаковка ДНК в хромосому. Спираль двухцепочечной ДНК обернута вокруг нуклеосомы, состоящей из восьми гистоновых белков, для образования хроматинового волокна, которое прикреплено к основной цепи негистоновых белков, называемых каркасными белками, которые образуют каркас хромосомы.

В прошлом постепенный прогресс в понимании биологии генома был достигнут за счет объединения информации из цитологии, цитогенетики и геномики, часто из данных, собранных разными группами, сосредоточенными на одном конкретном вопросе и в течение многих лет (например, открытие филадельфийской хромосомы, вызывающей хронический миелолейкоз или открытие гена, определяющего пол, SRY ;). Пришло время объединить подходы к цитогенетике и секвенированию. Мало того, что разрешение хромосом при различных формах микроскопии значительно увеличилось (например,например, система деконволюции [27], микроскопия со структурированным освещением [26] и микроскопия сверхвысокого разрешения [28]), но новые технологии секвенирования обещают сделать реальностью сборки генома, близкие к хромосомному уровню. Кроме того, новые основанные на последовательностях техники захвата конформации хромосом обещают заполнить детали в нашей цитологической картине того, как активный и неактивный хроматин собирается и организовывается в функциональные единицы в интерфазном ядре. В совокупности эти достижения дают возможность ответить на ключевые фундаментальные вопросы биологии генома.

Постепенные успехи, достигнутые благодаря объединению цитогенетической и геномной информации в открытии филадельфийской хромосомы, вызывающей хронический миелогенный лейкоз [29,30,31,32,33], и открытии гена, определяющего пол SRY [34,35 , 36,37,38].

2. Разработка секвенирования генома с помощью цитогенетики

Предложение о секвенировании генома человека привело к началу эры геномики. Когда мы рассматриваем проект генома человека, к нему подошли из понимания важности положения последовательности на хромосоме [39].Действительно, предшественником Проекта генома человека была серия встреч международного консорциума по картированию генов человека, которые ежегодно собирались для составления все более подробных физических карт всех хромосом человека, объединяя данные анализа сцепления, генетики соматических клеток и радиационного гибрида. анализ и гибридизация in situ. Этот консорциум был организован в отдельные комитеты для каждой хромосомы человека, а также комитеты по митохондриальному геному. Более того, в состав консорциума входил комитет по сравнительному картированию генов, который начинал в основном с мыши, но затем расширился, чтобы охватить многих других млекопитающих, птиц и рыб.Постепенно физические карты, разработанные этими рабочими группами, расширились и были заполнены другими маркерами. Секвенирование закралось, чтобы предложить самые подробные сведения об отдельных генах (или, по крайней мере, экзомах). Появление больших клонов-вставок, таких как BAC (бактериальные искусственные хромосомы), в значительной степени способствовало расширению последовательности ДНК, чтобы охватить более крупные геномные интервалы за пределами отдельных генов [39].

Физические карты BAC или искусственной хромосомы дрожжей (YAC) для каждой хромосомы были построены и секвенированы, что привело к сборке генома на основе хромосом и позволило интегрировать данные генов и генетического картирования, накопленные за многие годы и многими разными исследователями [40] .В последующем проекте ENCODE (Энциклопедия элементов ДНК) была проведена интеграция данных о последовательностях с информацией о состояниях хроматина, что обеспечило исключительное понимание динамической регуляции генов [41]. Однако, так же, как последовательности генома для других видов были необходимы для помощи в интерпретации генома человека [42], необходимы сравнительные данные по широкому кругу видов, чтобы полностью понять роль, которую многие модификации хроматина играют в функции генома. Интерпретация данных ENCODE для генома человека стала возможной только благодаря сборке генома на основе хромосом, что позволило оценить региональный контроль транскрипции, динамические состояния хроматина и дальнодействующие межлокусные взаимодействия.В настоящее время проблемой для геномов нетрадиционных модельных видов является трудность наложения данных о ремоделировании хроматина, когда сборки генома еще не находятся на уровне хромосом. Геном утконоса ( Ornithorhynchus anatinus ) является прекрасным примером трудности точного наложения и интерпретации данных метилирования ДНК на фрагментированной сборке генома. Геном утконоса был секвенирован примерно с шестикратным охватом методом дробовика всего генома с использованием секвенирования по Сэнгеру, и только около 21% этой сборки генома было закреплено на хромосомах утконоса [43].Несмотря на то, что это ценный ресурс, низкий процент генома, привязанного к хромосомам, значительно уменьшил количество генов, которые можно было бы исследовать в недавнем сравнительном исследовании данных секвенирования бисульфита с пониженным представлением [44].

3. Неотъемлемая роль цитогенетики в геномных проектах

Благодаря все более рентабельному высокопроизводительному секвенированию, самые недавно собранные геномы имеют короткие контиги и часто не имеют даже базовой физической карты или информации о количестве и морфологии хромосом.Хотя сборки на уровне хромосом могут оказаться невозможными для всех геномов, нацеленных на секвенирование, они должны быть хорошо представлены во всех клонах, чтобы можно было проводить сравнительные исследования биологии генома, которые по самой своей природе полагаются на знание положения ортологичных последовательностей в геномах. Все проекты секвенирования генома с самого начала должны включать определенный уровень цитогенетического анализа. Например, логическим первым шагом в любом проекте последовательности всего генома будет гарантировать, что секвенируемый индивид не несет хромосомных аберраций, особенно если сборка генома должна использоваться в качестве эталона для секвенирования на уровне популяции.Базовое кариотипирование должно гарантировать уровень плоидности вида, отсутствие анеуплоидии и подтверждать генетический пол человека при наличии цитогенетически различимых половых хромосом, что особенно важно для видов, подверженных изменению пола в окружающей среде (например, Pogona vitticeps [ 45]). Кариотипирование также позволит определить наличие крупных гетерохроматических хромосом или участков. Поточная сортировка хромосом может использоваться для общей оценки анеуплоидии.Проточная цитометрия с соответствующими стандартами является надежным и быстрым методом оценки размера генома [46], важным фактором при определении объема секвенирования, необходимого для достижения желаемого уровня сборки генома.

Целая последовательность генома намного более информативна, если она назначена и ориентирована на хромосомы, и ее гораздо проще визуализировать в виде хромосом, чем несвязанные и неупорядоченные каркасы. Когда последовательности целого генома не соответствуют этой «сборке хромосомного уровня», их использование для критических аспектов эволюционной и прикладной биологии значительно ограничено.Присвоение контигов последовательностей хромосомам чаще всего достигается путем интеграции данных последовательностей с данными молекулярного цитогенетического картирования. Это может быть достигнуто путем определения местоположения клона с большой вставкой с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) на метафазных хромосомах или даже на протяженных волокнах хроматина (волокно FISH), облегчая физическое точное картирование контигов. В геномах, секвенированных по Сэнгеру, это было достигнуто путем присвоения клонов ВАС, соответствующих отдельным каркасам с большой последовательностью.Например, геном опоссума с каркасом N50 (измерение качества сборки, при котором 50% каркасов имеют этот размер или больше) размером 59,8 Мб и 97% последовательности, содержащейся в 216 каркасах, был заякорен на восьми аутосомах опоссума и Х-хромосома путем картирования 415 клонов ВАС [47,48]. Однако пропорция сборки генома, назначенная хромосомам, зависит от качества генома (то есть от размера N50 и количества каркасов). Геном утконоса является ярким примером, где высокое содержание повторов привело к образованию каркаса N50 размером 957 т.п.н., и, таким образом, только около 21% генома было заякорено в хромосомах [43].Отличным примером того, как цитогенетический подход значительно повысил точность сборки генома, является геном томата. Геном томата, секвенированный комбинацией технологий секвенирования Сэнгера и следующего поколения [49], значительно выиграл от физического присвоения каркасов последовательностей BACs с помощью FISH и подтверждения с помощью оптического картирования [50]. Первоначальная сборка томата была заказана на основе карты связей с высокой плотностью расположения. Различия в расположении между сцеплением и цитогенетическими / оптическими картами были обнаружены для одной трети этих каркасов, в основном в перицентрических областях, где пониженный уровень рекомбинации делает картирование сцепления менее надежным [50].Выгоды, полученные от присвоения хромосомам даже части последовательности, огромны, о чем свидетельствуют успехи хромосом, перечисленные в Таблице S1.

Многие геномы, секвенированные за последнее десятилетие, использовали «дробовик» подход, основанный на технологиях коротких последовательностей считывания, для создания серии каркасов, часто по несколько сотен на хромосому, которые не привязаны к хромосомам и не упорядочены на них. Закрепление каждого каркаса на хромосоме было бы трудоемкой задачей, особенно если сборка имеет большее количество каркасов; комбинируя вычислительные подходы к объединению каркасов с цитогенетическим картированием и / или проверкой каркасов на основе ПЦР, сборки на уровне хромосом становятся более достижимым упражнением [9,51].Кроме того, разработка универсальных наборов зондов-клонов ВАС, которые можно использовать в высокопроизводительном подходе межвидовой множественной гибридизации, ускоряет процесс разработки цитогенетических карт [9]. Достижения в технологии секвенирования, которые создают более непрерывные сборки генома, такие как подход контактного секвенирования HiC-seq (например, Dovetail) [17], подход связанного чтения (10X Genomics) [12,16], технологии длительного чтения как PacBio [13] и Oxford Nanopore [15], а также оптическое картирование (BioNano) [12] в сочетании с высокопроизводительными цитогенетическими методами сделают сборки на уровне хромосом доступными для многих видов.

4. Большие вопросы в геномной биологии, требующие хромосомного подхода

Несмотря на тщательный подход к геному человека, в последовательности генома остались пробелы, когда в 2004 г. была опубликована «законченная» эухроматическая последовательность генома человека [52] . Эти «черные дыры» генома соответствовали наиболее повторяющимся областям, таким как, но не ограничиваясь ими, критически важные центромеры [53], области ядрышек-организаторов (ЯОР) [54] и Y-хромосома [36].Повторяющиеся области являются одними из наиболее быстро развивающихся последовательностей и, следовательно, являются одними из самых интересных областей генома. Используя хромосомный подход, эти горячие точки эволюции начинают терять свой статус черной дыры в геноме человека, а также у других видов. Мы обсуждаем фундаментальные вопросы, возникающие из этих эволюционных динамических областей в связи с двумя всеобъемлющими темами, связанными с эволюцией генома: пластичность генома и эволюция половых хромосом.

4.1. Пластичность генома и эволюция хромосом

Почему у видов есть специфические кариотипы? Почему количество хромосом сильно различается в одних группах, а в других — одинаково? Почему некоторые участки генома так хорошо сохранены? Почему геномы близкородственных видов так сильно изменены, а у других сильно консервативны? Почему некоторые хромосомные перестройки, по-видимому, приводят к видообразованию, а другие допускаются в пределах одного вида или популяции видов? Является ли основной механизм, ответственный за видообразование хромосом, таким же, как механизм, ведущий к хромосомным перестройкам в контексте болезни (т.э., рак)? Это фундаментальные вопросы относительно пластичности генома, которые остаются без ответа, и хромосомный подход необходим для крупных достижений. Ответы на эти вопросы окажут огромное влияние на биологию. Раскрытие геномной основы видообразования является приоритетной задачей биологических исследований, подпитываемой продолжающимися дебатами о концепциях видов и доступностью беспрецедентно большого количества геномных ресурсов.

От концепции хромосомного видообразования, которая на каком-то этапе считалась основным фактором разделения популяций, различающихся структурной перестройкой, фактически отказались в пользу теорий постепенного накопления мутаций в «генах видообразования» (например,г., ссылка [55]). Внедрение самой последней «модели подавленной рекомбинации» [56,57] теперь подпитывает эту область, используя комбинацию последовательности и цитогенетики [58,59,60]. В этом контексте хромосомные перестройки могут иметь минимальное влияние на приспособленность, но подавляют рекомбинацию, что приводит к уменьшению потока генов через участки генома и к накоплению несовместимости.

Понимание хромосомного видообразования также имеет решающее значение для определения механизма (ов), лежащего в основе адаптации генома к факторам окружающей среды и того, как биоразнообразие создается и передается последующим поколениям.При таком большом количестве находящихся под угрозой исчезновения видов по всему миру понимание того, почему одни структурные варианты допускаются в популяции, в то время как другие приводят к репродуктивной изоляции, может оказаться важным для управления программами разведения для программ сохранения видов. В контексте болезни более глубокое знание движущих сил нестабильности генома поможет исследованиям болезней человека и животных, особенно рака.

Области нестабильности генома могут иметь драматические последствия для организма.Несмотря на то, что они являются предметом многих исследований с использованием ряда видов, лежащие в основе молекулярные механизмы, приводящие к реструктуризации / перестановке генома, относительно плохо изучены. Например, остается неясным, возникают ли хромосомные изменения, связанные с видообразованием, потому, что существует адаптивная ценность для конкретной конфигурации хромосомы и что в первую очередь вызывает геномную нестабильность. Совместное использование сравнительной геномики и цитогенетики как близкородственных, так и удаленных видов млекопитающих было чрезвычайно полезным для определения моделей, объясняющих структуру и эволюцию генома [61,62,63,64,65,66,67].Такие реконструкции показали, что участки генома, участвующие в структурных эволюционных изменениях, нарушают геномную синтению (области эволюционных точек останова, EBRs) и группируются в регионах, более склонных к разрушению и реорганизации [61,62,63]. В поисках происхождения (и последствий) этой эволюционной нестабильности подходы, основанные исключительно на последовательности генома, выявили только то, что EBR обогащены повторяющимися последовательностями, включая сегментарные дупликации и мобильные элементы, которые обеспечивают матрицы для неаллельной гомологичной рекомбинации, в результате чего в инверсиях и дополнительных структурных изменениях [68,69].Сходным образом повторяющиеся последовательности в центромерных регионах участвуют в событиях нелегитимной рекомбинации, формируя Робертсоновские слияния [62,70,71]. EBR также обычно встречаются в генно-плотных областях, обогащенных генами, участвующими в адаптивных процессах, где изменения экспрессии генов, вызванные хромосомной перестройкой, могут обеспечить селективное преимущество [60,63,72]. Следовательно, учитывая разнообразие факторов, связанных с EBR, маловероятно, что состав последовательности геномов является единственной причиной геномной нестабильности во время эволюции и видообразования.

Поскольку хромосомы — это больше, чем просто последовательность ДНК, более комплексный подход, включающий глобальную геномную информацию о скоростях рекомбинации, доступности хроматина, данных о функциях генов и ядерной архитектуре, позволяет лучше понять факторы, лежащие в основе нестабильности генома. Конечно, сборки на уровне хромосом являются важным ресурсом для точной интерпретации комбинации всех этих данных, потому что без таких сборок у нас очень ограниченное (если вообще есть) понимание степени геномной реструктуризации, которая могла происходить между видами. или между нормальным и болезненным состояниями, которые способствовали изменениям глобальных геномных характеристик.

Более того, стало ясно, что взаимодействие между организацией генома и ядерной архитектурой является центральным для функции генома [73]. Мы наблюдали быструю эволюцию методов анализа организации генома и ядерной архитектуры, переход от цитогенетических подходов, обеспечивающих прямое измерение в отдельных клетках расстояний между локусами, к подходам захвата конформации хромосом (3C, 4C, 5C и Hi-C ), которые предполагают контакт между локусами, обычно в популяциях клеток, а не в отдельных клетках [74,75].Однако сравнение результатов, полученных с помощью методов захвата конформации хромосом и анализа FISH, показывает, что следует проявлять осторожность при интерпретации данных, полученных только одним методом, что позволяет предположить, что использование комбинированного молекулярного и цитогенетического подхода приведет к более точным 3D-моделям организация генома [76,77].

Новая модель перестройки генома, называемая интегративной моделью разрывов, была недавно предложена, объединив все эти особенности [64].Он утверждает, что на пермиссивность перетасовки генома влияет (i) физическое взаимодействие геномных областей внутри ядра, (ii) доступность состояний хроматина и (iii) поддержание основных генов и / или их связь с дальнодействующими цис- регулирующие элементы (). Первоначальное испытание интегративной модели разрушения с использованием грызунов подтвердило эту модель [65]. Было обнаружено, что EBR не только совпадают с областями, обогащенными повторяющимися последовательностями и генами, особенно генами, участвующими в воспроизводстве и обнаружении феромонов, но и обладают характеристиками открытого, активно транскрибируемого хроматина.Остается задача использовать более широкий спектр видов, чтобы полностью протестировать эту модель и проанализировать лежащий в основе механизм хромосомных перестроек. Такие исследования теперь станут возможными благодаря возможности достичь сборки на уровне хромосом и получить информацию о модификациях хроматина и ядерной архитектуре для нетрадиционных модельных видов. Подобный подход может быть распространен на внутривидовые сравнения, такие как нормальные образцы по сравнению с образцами болезни или образцы в популяции, где известны структурные варианты.

Модель интегративного разрыва, многослойная структура для изучения эволюции генома, которая учитывает высокоуровневую структурную организацию геномов и функциональные ограничения, которые сопровождают перестановку генома [64]. Геномы разделены на разные уровни организации, которые включают: (i) хромосомные территории, (ii) «открытые» (обозначенные как «A») / «закрытые» (обозначенные как «B») компартменты внутри хромосомных территорий, (iii) топологически связанные домены. (TAD) и (iv) петлевые взаимодействия.TAD, которые ограничены изолирующими факторами, такими как CTCF и когезины, имеют топологию петель, которая допускает дальнодействующие взаимодействия между генами-мишенями и их дистальными энхансерами, обеспечивая, таким образом, «регуляторные окрестности» внутри гомологичных синтенических блоков (HSB). В этом контексте интегративная модель разрыва предполагает, что области генома, участвующие в эволюционной перетасовки (области эволюционных точек разрыва, EBR), которые, вероятно, будут фиксироваться в популяциях, — это (i) те области, которые содержат открытые конфигурации ДНК хроматина и эпигенетические особенности, которые могут способствовать доступности ДНК и следовательно, геномная нестабильность и (ii) которые не нарушают основные гены и / или экспрессию генов.

4.2. Эволюция половых хромосом: генетика и эпигенетика

Половые хромосомы представляют собой одну из наиболее динамичных частей любого генома, поскольку они сильно различаются по морфологии и содержанию последовательностей в царствах растений и животных. Особые силы эволюции половых хромосом сделали их очень сложными объектами в геноме; таким образом, перед биологами-эволюционистами по-прежнему стоит задача распутать различные механизмы, участвующие в их эволюции.Есть еще много фундаментальных вопросов, которые остаются без ответа из-за статуса половых хромосом как «черная дыра» в геноме. Почему у одних видов половые хромосомы развиваются и дегенерируют, а у других — нет? Почему половые хромосомы имеют склонность к накоплению повторяющихся последовательностей, которые в большинстве случаев являются видоспецифичными? Как половые хромосомы определяют видообразование и несовместимость гибридов? Почему половые хромосомы различаются в пределах одного вида? Почему у некоторых видов есть механизмы полной дозовой компенсации, а у других нет? Сложность происхождения, эволюции и генной организации половых хромосом многослойна, и ее нельзя понять, изучая только один аспект ее биологии.Следовательно, хромосомный подход, учитывающий все аспекты клеточной и молекулярной биологии, будет иметь важное значение для ответа на эти вопросы.

Многие проекты генома были предприняты без учета половых хромосом, при этом большинство проектов преднамеренно выбирали секвенирование гомогаметного пола, чтобы получить более высокий охват последовательностей и лучшую сборку хромосомы X или Z, полностью игнорируя получение последовательности для Y или W. , таким образом игнорируя сложности вариации половых хромосом с разделением по полу.Простое кариотипирование с базовым анализом полос или нанесение одной половой хромосомы на другую может быть очень информативным в отношении содержания ДНК половых хромосом. Такие эксперименты могут предоставить ценную информацию для поддержки принятия соответствующих технологий секвенирования для получения последовательностей из этих уникальных, но трудных для секвенирования участков генома. В недавнем обзоре Tomaszkiewicz et al. [78] подчеркнули необходимость секвенирования половых хромосом и изящно описали проблемы и возможности комбинирования новых и появляющихся технологий для секвенирования этих сложных участков генома.Только хромосомный подход, сочетающий цитогенетику и соответствующую платформу (платформы) секвенирования, может ответить на фундаментальные вопросы, касающиеся эволюции половых хромосом. Например, человеческая Y-хромосома африканского происхождения была недавно собрана путем потоковой сортировки девяти миллионов Y-хромосом и секвенирования с использованием платформы Oxford Nanopore MinION, что привело к сборке Y-хромосомы с N50, равным 1,46Mb [79], но этот метод был намного более экономичный и по времени, чем при получении исходной последовательности Y-хромосомы человека [36,80].

Определение эпигенетического статуса половых хромосом и содержащихся в них генов также чрезвычайно важно. Например, китайская полугладкая язычная подошва ( Cynoglossus semilaevis ) — это вид с генетическим определением пола (самцы ZZ и самки ZW), но с механизмом коррекции температуры, при котором воздействие высоких температур на развивающиеся эмбрионы вызывает генетические самки ZW. развиваться как мужчины (смена пола). Определяющий пол ген dmrt1 [81] эпигенетически подавляется метилированием ДНК у самок ZW, но не у самцов ZW с измененным полом, где экспрессия dmrt1 повышается, что приводит к инициации пути развития самцов [82].

Компенсация дозы, механизм, выравнивающий экспрессию генов на половых хромосомах у мужчин и женщин, контролируется эпигенетически. Сравнение содержания генов в Х-хромосомах моллюсков и сумчатых предполагает, что механизм дозовой компенсации в виде инактивации Х-хромосомы может быть общим для этих двух групп млекопитающих, поскольку Х-хромосома сумчатых гомологична примерно двум. трети X евтерианцев [83]. Однако эпигенетический анализ указывает на независимое эволюционное происхождение инактивации Х-хромосомы у сумчатых и эвтерианских животных [84].Точно так же существуют разительные различия в степени и механизмах дозовой компенсации между более расходящимися таксонами. Напр., Drosophila melanogaster увеличивает транскрипцию Х-хромосомы за счет связывания комплекса Male Specific Lethal (MSL) с единственной Х-хромосомой у мужчин для достижения дозовой компенсации [85]. Напротив, многие виды, включая насекомых, рыб, птиц, рептилий и утконоса, не имеют полной дозовой компенсации [86]. Сообщения о неполной дозовой компенсации чаще всего основывались исключительно на последовательном подходе для измерения среднего транскрипционного выхода хромосомы X или Z между мужчинами и женщинами для популяции клеток, что не позволяет понять механизмы, влияющие на дифференциацию. транскрипция.Однако исследование отдельных клеток и измерение копий генов из двух Z- или X-хромосом с использованием метода обнаружения зарождающейся транскрипции (РНК-FISH) дает информацию для отдельных клеток. Например, у гомогаметного пола курицы ( Gallus gallus ) и утконоса РНК-FISH обнаружила часть клеток, экспрессирующих ген из одной копии X / Z, в то время как часть экспрессировалась из обеих копий, что объясняет модель неполной дозовой компенсации, наблюдаемая с помощью транскриптомных подходов к измерению популяции клеток [87,88,89].

Половые хромосомы оказывают влияние не только на определение пола. В Drosophila , например, полиморфизмы в повторяющихся последовательностях на Y-хромосоме влияют на экспрессию генов генов по всему геному, особенно тех, которые участвуют в организации хромосом и сборке хроматина [90,91]. По сути, полиморфная Y-хромосома является источником эпигенетической изменчивости у Drosophila . Эта эпигенетическая изменчивость имеет значение для видообразования.Гибриды сконструированных видов показали либо пониженную фертильность, либо спасенную фертильность в зависимости от происхождения Y-хромосомы и родительского генетического фона гибрида, предполагая, что Y-хромосома может способствовать репродуктивной изоляции [92]. Регуляторный эффект Y-хромосомы на экспрессию генов не ограничивается Drosophila , но был продемонстрирован, по крайней мере, для генов, связанных с иммунитетом, у людей и мышей [93,94]. Эта регуляторная роль Y подчеркивает важность установления не только последовательности ДНК, но также эпигенетического статуса половых хромосом в дополнение и в контексте остальной части генома.

5. Грядущие вызовы хромосомике

Хромосомические подходы могут иметь гораздо больший успех в ответах на фундаментальные биологические вопросы, чем только геномические или цитогенетические подходы; Возникает вопрос: почему эти два поля не объединились более широко? Мы определили три основных проблемы, которые могут препятствовать более тесному объединению этих областей.

Самая большая проблема для хромосомики — это сокращение числа исследователей во всем мире, обладающих опытом в цитогенетике.Омолаживающая подготовка цитогенетиков имеет важное значение для того, чтобы потенциал хромосомики как области мог полностью раскрыть свой потенциал. На семинаре «Цитогенетика в эпоху геномики», проведенном в 2017 году в Университете Канберры, мы определили необходимость возобновления ажиотажа в отношении хромосом среди студентов и аспирантов во всем мире. Курсы генетики и геномики часто преподают те, кто не имеет большого опыта или понимания хромосом, что, возможно, вызывает у студентов беспокойство по поводу изучения биологии хромосом.Причина этого несоответствия также может быть обнаружена в прошлом лидеров в области секвенирования ДНК и цитогенетики. Исследователи секвенирования генома часто имеют опыт работы в области биохимии, и их обучение может быть полностью лишено воздействия генетики. Напротив, те, кто тяготеет к работе с хромосомами, часто имеют опыт работы в зоологии или ботанике и, возможно, мало знакомы с биохимией. В то время как мы более чем когда-либо осведомлены о важной роли, которую организация генома и ядерная архитектура играют в функции генома, крайне важно, чтобы учащиеся понимали и ценили основы биологии хромосом с момента их первого знакомства с учебным заведением. мир генетики и геномики.Это раннее введение должно сопровождаться подкреплением на протяжении всей учебы. Несколько хороших курсов по интегрированной клеточной и молекулярной биологии были бы шагом в правильном направлении.

Кроме того, аспирантов привлекает быстро развивающийся мир секвенирования генома, где сейчас быстро и дешево генерируются горы данных, в отличие от проектов по цитогенетике, где данные накапливаются медленнее. Нам необходимо привить студентам невероятный опыт наблюдения за удивительной структурой хромосом под микроскопом, а также важность понимания структуры хромосом и продолжения разработки более высокопроизводительных подходов к цитогенетике, чтобы идти в ногу с быстро развивающимся миром геномных технологий.В области геномики за последнее десятилетие были достигнуты значительные технологические успехи в получении последовательностей генома быстрее и дешевле, в основном благодаря большому сообществу в этой области. Достижения аналогичного уровня в цитогенетике потребуют большего сообщества исследователей, чтобы удовлетворить потребность в технологии. Увеличивая подготовку исследователей в области цитогенетики, мы не только увеличиваем использование хромосом, но и создаем потенциальный пул людей, способных разрабатывать технологии для быстрого и дешевого проведения цитогенетических анализов.

Проблема для цитогенетиков заключается в том, что работа с хромосомами, которая раньше была самым дешевым аспектом геномного проекта, теперь является самой дорогой. Новая технология секвенирования снизила стоимость секвенирования на шесть порядков, а скорость генерации данных резко возросла. Напротив, технические инновации в клеточной биологии значительно увеличили затраты. Высокая пропускная способность действительно неприменима для наблюдения или экспериментов с хромосомами.

Вторая наиболее сложная область хромосомных навыков — это потребность в сложной биоинформатике.Теперь можно быстро секвенировать целые геномы, но сборка последовательности происходит намного медленнее и требует больших затрат труда и вычислений. Сходным образом, наложение последовательности генома на данные трехмерной структуры хроматина часто представляет собой вычислительную проблему [95]. Что еще более важно, объединение цитогенетической информации с геномными данными обычно не предпринимается. Для того, чтобы хромосомные подходы могли более легко применяться в будущем, нам нужно, чтобы больше биоинформатиков прошли подготовку в целом по сборке генома, а также с признательностью к цитогенетике.

Другой проблемой является обеспечение надлежащего отбора проб, будь то дикие виды, лабораторные виды или клинические образцы, для цитогенетического анализа. Сбор образцов для анализа ДНК в настоящее время является обычным делом, а сбор материала для сочетания цитогенетического и геномного анализа — нет. Необходимо шире распространять особые требования к образцам, собираемым для цитогенетического анализа. Эту задачу относительно легко решить, сделав «полевое руководство по хромосоме» доступным для полевых исследователей и аналогичное для тех, кто работает в клинических условиях, с подробным описанием того, как следует собирать и хранить образцы для применения хромосомных методов.С соответствующими образцами можно использовать хромосомный подход для изучения структурных и эпигенетических вариаций на популяционном или биогеографическом уровнях, где есть возможность раскрыть лежащую в основе генетическую или эпигенетическую основу для адаптации к конкретной среде. Эти данные могут оказать влияние на сохранение видов, находящихся под угрозой, и управление ими, а также привести к более глубокому пониманию факторов, лежащих в основе фенотипов болезней.

6. Будущие возможности

6.1. Секвенирование черных дыр генома

Разрешение очень повторяющихся областей генома, то есть черных дыр, теперь возможно, и вскоре у нас будет возможность исследовать эти ранее недостаточно представленные области генома, чтобы более полно понять их эволюцию и функция. Важным шагом к пониманию эволюции и функции повторяющихся областей стала разработка инструментов, способных анализировать и визуализировать эти области генома, таких как RepeatExplorer [96].Кроме того, секвенирование очень повторяющихся областей теперь возможно с помощью технологии долгого чтения. Например, недавно была собрана центромерная последовательность Y-хромосомы человека [97], демонстрирующая, что технология длинных нанопор может заполнить черные дыры генома. Точно так же комбинации различных подходов, при которых секвенируются отдельные половые хромосомы, оказались успешными в разрешении, по крайней мере, неповторяющихся областей половых хромосом и идентификации генов-кандидатов, определяющих пол [98].

6.2. Организация пространственной хромосомы

Важность территориальной организации хромосом (хромосомных территорий) в клетках растений и животных была предложена более века назад несколькими цитологами (см. Ссылку [3]). В настоящее время мы находимся на стадии, когда становится возможным изучение изменений пространственной организации в популяции клеток или даже в отдельной клетке. Последние достижения в анализе хроматина в сочетании с секвенированием следующего поколения (например,g., Hi-C, анализ взаимодействия хроматина с помощью секвенирования парных концевых меток (ChIA-PET)) и 3D и 4D FISH, микроскопия живых клеток и сверхвысокого разрешения, предоставляют возможности для получения более полного понимания активности хромосом в ядро, вносящее вклад в регуляцию генов, экспрессию и конечные фенотипические результаты индивидуума [22,23,24,25,99]. Такой хромосомный подход уже реализуется для человеческого генома с запуском проекта 4D Nucleome, чтобы понять, как изменения в динамике хромосом вносят вклад в регуляцию генов в различных типах клеток и биологических состояниях [99].Мы получим беспрецедентное понимание роли пространственной организации хромосом в эволюции генома, распространив этот же подход на многие другие виды.

7. Заключительные замечания

Мы находимся на пороге новой захватывающей революции в биологии, с переходом от представления о геномах как об одномерных объектах к определению способов упаковки каждого компонента генома и его изменения в пространстве и времени. . Хромосомия — лучший путь вперед, обеспечивающий единый комплексный анализ, позволяющий ответить на сложные вопросы в контексте эволюции и болезней.Однако это может быть достигнуто только в том случае, если специалисты по геномике, цитогенетики, клеточные биологи и биоинформатики возьмут на себя обязательство сформировать более тесный союз для продвижения этой новой эры в биологии генома.

Благодарности

Мы благодарим Артура Джорджа, Крейга Морица, Стивена Сарра, которые участвовали в обсуждениях в рамках семинара «Цитогенетика в эпоху геномики».

Вклад авторов

Концепция и идея этого обзора были развиты во время семинара «Цитогенетика в эпоху геномики», организованного Т.E. и J.E.D. в Институте прикладной экологии Канберрского университета, февраль 2017 г. J.E.D. и Т. подготовил первый проект после S.P., R.O., A.R-H., M.B.C., M.D.B.E., K.F., J.A.M.G., D.G., F.G., L.K., I.M., M.R., K.S. и E.W. участвовали в составлении плана рукописи. JED, S.P., R.O., A.R-H., M.B.C., M.D.B.E., K.F., J.A.M.G., D.G., F.G., L.K., I.M., M.R., K.S., E.W. и T.E. участвовал в написании и редактировании проектов рукописей. J.E.D., S.P. и A.R.-H. подготовленные рисунки. Все авторы одобрили окончательную версию.

Финансирование

Семинар был профинансирован Институтом прикладной экологии Университета Канберры, стратегическими фондами, переданными T.E. и J.E.D.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

2. Винклер Х. Verbreitung und Ursache der Parthenogenesis im Pflanzen-und Tierreiche. Верлаг фон Густав Фишер; Йена, Германия: 1920. [Google Scholar] 3. Траут В., Фогель Х., Глёкнер Г., Хартманн Э., Хекель Д.Г. Высокопроизводительное секвенирование одной хромосомы: W-хромосома бабочки.Хромосома. Res. 2013; 21: 491–505. DOI: 10.1007 / s10577-013-9376-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 4. Сейфертова Е., Циммерман Л.Б., Гилкрист М.Дж., Мача Дж., Кубичкова С., Черногорска Х., Зарский В., Оуэнс Н.Д.Л., Сесай А.К., Тлапакова Т. и др. Эффективное высокопроизводительное секвенирование плеча хромосомы, подвергнутого лазерному микродиссекции. BMC Genom. 2013; 14: 1. DOI: 10.1186 / 1471-2164-14-357. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 5. Ма Л., Ли В., Сонг К. Экспериментальное высокопроизводительное гаплотипирование целого генома хромосомного ряда с помощью микродиссекции одной хромосомы.Методы Мол. Биол. 2017; 1551: 161–169. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 6. Макунин А.И., Кичигин И.Г., Ларкин Д.М., О’Брайен П.С.М., Фергюсон-Смит М.А., Ян Ф., Проскурякова А.А., Воробьева Н.В., Черняева Е.Н., О’Брайен С.Д. и др. Контрастное происхождение В-хромосом у двух цервид (сибирская косуля и серый олень) выявлено с помощью хромосомно-специфичного секвенирования ДНК. BMC Genom. 2016; 17: 618. DOI: 10.1186 / s12864-016-2933-6. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7.Murchison E.P., Schulz-Trieglaff O.B., Ning Z., Александров L.B., Bauer M.J., Fu B., Hims M., Ding Z., Ivakhno S., Stewart C., et al. Секвенирование и анализ генома тасманского дьявола и его трансмиссивного рака. Клетка. 2012; 148: 780–791. DOI: 10.1016 / j.cell.2011.11.065. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Скиннер Б.М., Сарджент К.А., Черчер К., Хант Т., Эрреро Дж., Ловленд Дж. Э., Данн М., Лузада С., Фу Б., Чоу В. и др. X- и Y-хромосомы свиньи: структура, последовательность и эволюция.Genome Res. 2016; 26: 130–139. DOI: 10.1101 / gr.188839.114. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Дамас Дж., О’Коннор Р., Фарре М., Ленис В.П.Е., Мартелл Х.Дж., Мандавала А., Фаулер К., Джозеф С., Суэйн М.Т., Гриффин Д.К. и др. Обновление коротко читаемых сборок генома животных до уровня хромосом с использованием сравнительной геномики и универсального набора зондов. Genome Res. 2017; 27: 875–884. DOI: 10.1101 / gr.213660.116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Беливо Б.Дж., Боеттигер А.N., Avendaño M.S., Jungmann R., McCole R.B., Joyce E.F., Kim-Kiselak C., Bantignies F., Fonseka C.Y., Erceg J., et al. Одномолекулярная визуализация хромосом в сверхвысоком разрешении и визуализация гаплотипов in situ с использованием зондов Oligopaint FISH. Nat. Commun. 2015; 6: 7147. DOI: 10,1038 / ncomms8147. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 11. Лакадамали М., Косма М.П. Современные методы микроскопии для визуализации структуры хроматина. FEBS Lett. 2015; 589: 3023–3030. DOI: 10.1016 / j.febslet.2015.04.012. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12. Мостовой Ю., Леви-Сакин М., Лам Дж., Лам Э. Т., Хасти А. Р., Маркс П., Ли Дж., Чу К., Лин К., Джакула Э. и др. Гибридный подход к сборке и фазированию последовательности генома человека de novo. Nat. Методы. 2016; 13: 12–17. DOI: 10,1038 / Nmeth.3865. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 14. Маги А., Семераро Р., Мингрино А., Джусти Б., Д’Аурицио Р. Анализ данных секвенирования нанопор: современное состояние, приложения и проблемы. Краткий. Биоинформ.2017; 19: 1256–1272. DOI: 10.1093 / bib / bbx062. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 15. Лу Х., Джордано Ф., Нин З. Секвенирование MinION нанопор Oxford и сборка генома. Геном. Proteom. Биоинформ. 2016; 14: 265–279. DOI: 10.1016 / j.gpb.2016.05.004. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Zheng G.X.Y., Lau B.T., Schnall-Levin M., Jarosz M., Bell J.M., Hindson C.M., Kyriazopoulou-Panagiotopoulou S., Masquelier D.A., Merrill L., Terry J.M. и др. Гаплотипирование геномов зародышевой линии и рака с помощью высокопроизводительного секвенирования с последовательным считыванием.Nat. Biotechnol. 2016; 34: 303–311. DOI: 10,1038 / НБТ.3432. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Патнэм Н.Х., Коннелл Б.О., Стайтс Дж.К., Райс Б.Дж., Хартли П.Д., Сугнет С.В., Хаусслер Д., Рохсар Д.С. Сборка дробовика в масштабе хромосом с использованием метода in vitro для связи на большие расстояния Genome Res. 2016; 26: 342–350. DOI: 10.1101 / gr.193474.115. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Дудченко О., Батра С.С., Омер А.Д., Найквист С.К., Хёгер М., Дюран Н.С., Шамим М.S., Machol I., Lander E.S., Aiden A.P. Сборка de novo генома Aedes aegypti с использованием Hi-C дает каркасы длиной хромосомы. Наука. 2017; 10: 92–95. DOI: 10.1126 / science.aal3327. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Фулвуд М.Дж., Лю М.Х., Пан Ю.Ф., Лю Дж., Сюй Х., Мохамед Ю.Б., Орлов Ю.Л., Велков С., Хо А., Мэй П.Х. и др. Связанный с рецептором эстрогена α-связанный хроматин человека. Природа. 2009; 462: 58–64. DOI: 10,1038 / природа08497. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 20.Кремер Т., Кремер С. Взлет, падение и воскрешение хромосомных территорий: историческая перспектива. Часть II. Падение и воскрешение хромосомных территорий в 1950-1980-х годах. Часть III. Хромосомные территории и функциональная ядерная архитектура: эксперименты и модели с 1990-х годов по настоящее время. Евро. J. Histochem. 2006. 50: 223–272. [PubMed] [Google Scholar] 21. Гибкус Дж. Х., Самеджима К., Голобородко А., Самеджима И., Наумова Н., Нюблер Дж., Канемаки М. Т., Се Л., Полсон Дж. Р., Эрншоу В.C., et al. Путь образования митотических хромосом. Наука. 2018; 359: eaao6135. DOI: 10.1126 / science.aao6135. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 22. Наумова Н., Имакаев М., Фуденберг Г., Жан Ю., Ладжуа Б. Р., Мирный Л. А., Деккер Дж. Организация митотической хромосомы. Наука. 2013; 342: 948–953. DOI: 10.1126 / science.1236083. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Патель Л., Кан Р., Розенберг С.С., Цю Ю., Равирам Р., Чи С., Ху Р., Рен Б., Коул Ф., Корбетт К.D. Динамическая реорганизация генома формирует ландшафт рекомбинации в профазе мейоза. Nat. Struct. Мол. Биол. 2019; 26: 164–174. DOI: 10.1038 / s41594-019-0187-0. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 24. Алаваттам К.Г., Маэдзава С., Сакашита А., Хури Х., Барски А., Каплан Н., Намекава С.Х. Ослабленная компартментализация хроматина в мейозе и его созревание в развитии сперматозоидов. Nat. Struct. Мол. Биол. 2019; 26: 175–184. DOI: 10.1038 / s41594-019-0189-у. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 25.Вара К., Пайтуви-Галларт А., Куартеро Ю., Ле Дили Ф., Гарсия Ф., Сальва-Кастро Х., Гомес-Х. Л., Хулиа Э., Моутинью К., Айес Циглиано Р. и др . Трехмерная структура генома и занятость когезинов коррелируют с транскрипционной активностью во время сперматогенеза. Cell Rep. 2019; 28: 352–367. DOI: 10.1016 / j.celrep.2019.06.037. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Пунперм Р., Таката Х., Хамано Т., Мацуда А., Учияма С., Хираока Ю., Фукуи К. Хромосомный каркас представляет собой двухцепочечную сборку белков каркаса.Sci. Отчет 2015; 5: 11916. DOI: 10,1038 / srep11916. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 27. Вако Т., Фукуда М., Фурушима-Шимогавара Р., Беляев Н.Д., Тернер Б.М., Фукуи К. Сравнительный анализ топографического распределения ацетилированного гистона h5 с использованием конфокальной микроскопии и системы деконволюции. Анальный. Чим. Acta. 1998; 365: 9–17. DOI: 10.1016 / S0003-2670 (97) 00619-3. [CrossRef] [Google Scholar] 28. Нир Г., Фарабелла И., Перес Эстрада К., Эбелинг К.Г., Беливо Б.Дж., Сасаки Х.М., Ли С.Х., Нгуен С.С., Маккол Р.Б., Чатторадж С. и др. Прогулки по хромосомам с визуализацией в сверхвысоком разрешении, контактными картами и интегративным моделированием. PLoS Genet. 2018; 14: 1–35. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1007872. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29. Ноуэлл П.С., Хангерфорд Д.А. Хромосомные исследования нормальных и лейкозных лейкоцитов человека. J. Natl. Cancer Inst. 1960; 25: 85–109. [PubMed] [Google Scholar] 30. Роули Дж.Д. Новая стойкая хромосомная аномалия при хроническом миелогенном лейкозе, идентифицированная с помощью флюоресценции хинакрина и окрашивания по Гимзе.Природа. 1973; 243: 290. DOI: 10.1038 / 243290a0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. Штивельман Э., Лифшиц Б., Гейл Р. П., Канаани Э. Слитый транскрипт генов abl и bcr при хроническом миелогенном лейкозе. Природа. 1985; 315: 550–554. DOI: 10.1038 / 315550a0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 32. Хамфрей С.Дж., Оливер К., Хант А.Р., Пламб Р.В., Лавленд Дж. Э., Хоу К. Л., Эндрюс Т. Д., Сирл С., Хант С. Е., Скотт С. Е. и др. Последовательность ДНК и анализ хромосомы человека 9. Природа. 2004. 429: 369–374.DOI: 10,1038 / природа02465. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 33. Данхэм И., Шимицу Н., Роу Б.А., Чиссо С., Данэм И., Хант А.Р., Коллинз Дж. Э., Брускевич Р., Беар Д.М., Клэмп М. и др. Последовательность ДНК хромосомы 22. Природа. 1999; 402: 489–495. DOI: 10,1038 / 9. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 34. Фостер Дж. У., Грейвс Дж. А. М. Связанная с SRY последовательность на X-хромосоме сумчатого животного: значение для эволюции гена, определяющего семенники млекопитающих. Proc.Natl. Акад. Sci. США. 1994; 91: 1927–1931. DOI: 10.1073 / pnas.91.5.1927. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 35. Синклер А.Х., Берта П., Палмер М.С., Хокинс Дж. Р., Гриффитс Б. Л., Смит М. Дж., Фостер Дж. В., Фришауф А. М., Ловелл-Бэдж Р., Гудфеллоу П. Н. Ген из области, определяющей пол человека, кодирует белок, гомологичный консервативному ДНК-связывающему мотиву. Природа. 1990; 346: 240–244. DOI: 10.1038 / 346240a0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 36. Скалецкий Х., Курода-Кавагути Т., Минкс П.Дж., Кордум Х.С., Хиллиер Л., Браун Л.Г., Реппинг С., Пынтикова Т., Али Дж., Биери Т. и др. Специфическая для мужчин область Y-хромосомы человека представляет собой мозаику классов дискретных последовательностей. Природа. 2003; 423: 825–837. DOI: 10,1038 / природа01722. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Купман П., Губбей Дж., Вивиан Н., Гудфеллоу П., Ловелл-Бэдж Р. Мужское развитие хромосомных самок мышей, трансгенных по Sry. Природа. 1991; 351: 117–121. DOI: 10.1038 / 351117a0. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38.Пейдж Д.К., Мошер Р., Симпсон Э.М., Фишер Э.М.С., Мардон Г., Поллак Дж., МакГилливрей Б., де ла Шапель А., Браун Л.Г. Определяющая пол область Y-хромосомы человека кодирует белок пальца. Клетка. 1987. 27: 67–82. DOI: 10.1016 / 0092-8674 (87) -2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Макферсон Дж. Д., Марра М., Хиллиер Л. Д., Уотерстон Р. Х., Чинвалла А., Уоллис Дж., Сехон М., Уайли К., Мардис Е. Р., Уилсон Р. К. и др. Физическая карта генома человека. Природа. 2001; 409: 934–941. [PubMed] [Google Scholar] 40.Международный консорциум по секвенированию генома человека Первоначальное секвенирование и анализ генома человека. Природа. 2001; 409: 860–921. DOI: 10,1038 / 35057062. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 41. Бернштейн Б.Э., Бирни Е., Данэм И., Грин Д., Гюнтер К., Снайдер М. Интегрированная энциклопедия элементов ДНК в геноме человека. Природа. 2012; 489: 57–74. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 43. Уоррен В.К., Хиллиер Л.В., Маршалл Грейвс Дж.А., Бирни Э., Понтинг К.П., Грюцнер Ф., Белов К., Миллер В., Кларк Л., Чинвалла А.Т. и др. Анализ генома утконоса показывает уникальные признаки эволюции. Природа. 2008. 453: 175–183. DOI: 10,1038 / природа07253. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 44. Waters S.A., Livernois A.M., Patel H., O’Meally D., Craig J.M., Graves J.A.M., Suter C.M., Waters P.D. Пейзаж метилирования ДНК на сумчатых X. Mol. Биол. Evol. 2018; 35: 431–439. DOI: 10,1093 / molbev / msx297. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 45. Жорж А., Ли К., Лиан Дж., Милли Д.O., Deakin J., Wang Z., Zhang P., Fujita M., Patel H.R., Holleley C.E. и др. Секвенирование с высоким охватом и аннотированная сборка генома австралийской ящерицы-дракона Pogona vitticeps . Gigascience. 2015; 4:45. DOI: 10.1186 / s13742-015-0085-2. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 46. Долежел Дж., Грейлхубер Дж., Суда Дж. Оценка содержания ядерной ДНК в растениях с использованием проточной цитометрии. Nat. Protoc. 2007; 2: 2233–2244. DOI: 10.1038 / nprot.2007.310. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 47.Герцог С.Е., Самоллоу П.Б., Мусели Э., Линдблад-Тох К., Брин М. Интегрированная цитогенетическая карта ВАС генома серого короткохвостого опоссума, Monodelphis domestica . Хромосома. Res. 2007; 15: 361–370. DOI: 10.1007 / s10577-007-1131-4. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 48. Миккельсен Т.С., Уэйкфилд М.Дж., Акен Б., Амемия К.Т., Чанг Дж.Л., Дюк С., Гарбер М., Джентлз А.Дж., Гудштадт Л., Хегер А. и др. В геноме сумчатого животного Monodelphis domestica обнаружены нововведения в некодирующих последовательностях.Природа. 2007. 447: 167–177. DOI: 10,1038 / природа05805. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 50. Ширер Л.А., Андерсон Л.К., де Йонг Х., Смит С., Гойкоэчеа Дж.Л., Роу Б.А., Хуа А., Джованнони Дж.Дж., Стэк С.М. Флуоресцентная гибридизация in situ и оптическое картирование для исправления расположения каркаса в геноме томата. G3. 2014; 4: 1395–1405. DOI: 10.1534 / g3.114.011197. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 51. Дикин Дж., Эдвардс М. Дж., Патель Х., О’Милли Д., Лиан Дж., Стенхаус Р., Райан С., Livernois A.M., Azad B., Holleley C.E. и др. Привязка последовательности генома к хромосомам центрального бородатого дракона ( Pogona vitticeps ) позволяет реконструировать предковые чешуйчатые макрохромосомы и определяет содержание последовательности Z-хромосомы. BMC Genom. 2016; 17: 447. DOI: 10.1186 / s12864-016-2774-3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 52. Коллинз Ф.С., Ландер Э.С., Роджерс Дж., Уотерсон Р. Х. Завершение эухроматической последовательности генома человека. Природа. 2004; 431: 931–945.[PubMed] [Google Scholar] 53. Мига К.Х. Перспективы и проблемы геномных исследований центромер человека. Прог. Мол. Подъячейка. Биол. 2017; 56: 285–304. [PubMed] [Google Scholar] 55. Прегрейвс Д.К., Балагопалан Л., Абмайр С.М., Орр Х.А. Адаптивная эволюция приводит к дивергенции гибридного гена неуязвимости между двумя видами Drosophila . Природа. 2003; 423: 715–719. DOI: 10,1038 / природа01679. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 56. Нур М.А.Ф., Грамс К.Л., Бертуччи Л.А., Рейланд Дж. Хромосомные инверсии и репродуктивная изоляция видов.Proc. Natl. Акад. Sci. США. 2001; 98: 12084–12088. DOI: 10.1073 / pnas.221274498. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 57. Ризеберг Л.Х. Хромосомные перестройки и видообразование. Trends Ecol. Evol. 2001. 16: 351–358. DOI: 10.1016 / S0169-5347 (01) 02187-5. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 58. Дюма Д., Бриттон-Дэвидиан Дж. Хромосомные перестройки и эволюция рекомбинации: сравнение паттернов распределения хиазмы в стандартных и робертсоновских популяциях домовой мыши.Генетика. 2002. 162: 1355–1366. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 59. Фарре М., Мичелетти Д., Руис-Эррера А. Скорость рекомбинации и перетасовка генома у человека и шимпанзе — новый поворот в теории видообразования хромосом. Мол. Биол. Evol. 2013; 30: 853–864. DOI: 10,1093 / molbev / mss272. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 60. Улластрес А., Фарре М., Капилла Л., Руис-Эррера А. Выявление эффекта структурных изменений генома у макак-резусов — последствия для адаптивной роли инверсий.BMC Genom. 2014; 15: 530. DOI: 10.1186 / 1471-2164-15-530. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 61. Мерфи В.Дж., Ларкин Д.М., Эвертс-ван дер Винд А., Бурк Г., Теслер Г., Оувиль Л., Бивер Дж. Э., Чоудхари Б.П., Галиберт Ф., Гацке Л. и др. Динамика эволюции хромосом млекопитающих на основе многовидовых сравнительных карт. Наука. 2005; 309: 613–617. DOI: 10.1126 / science.1111387. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 62. Руис-Эррера А., Кастресана Дж., Робинсон Т.Дж. Управляется ли хромосомная эволюция млекопитающих областями хрупкости генома? Genome Biol.2006; 7: R115. DOI: 10.1186 / ГБ-2006-7-12-r115. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 63. Ларкин Д.М., Папе Г., Донту Р., Овиль Л., Велге М., Левин Х.А. Области контрольных точек и гомологичные блоки синтении в хромосомах имеют разную эволюционную историю. Genome Res. 2009; 19: 770–777. DOI: 10.1101 / gr.086546.108. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 64. Фарре М., Робинсон Т.Дж., Руис-Эррера А. Интегративная модель разрушения архитектуры, перетасовки и эволюции генома: интегративная модель разрыва эволюции генома, новая мультидисциплинарная гипотеза для изучения пластичности генома.BioEssays. 2015; 37: 479–488. DOI: 10.1002 / bies.201400174. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 65. Капилла Л., Санчес-Гильен Р.А., Фарре М., Пайтуви-Галларт А., Малинверни Р., Вентура Дж., Ларкин Д.М., Руис-Эррера А. Сравнительная геномика млекопитающих выявляет генетические и эпигенетические особенности, связанные с перестановкой генома в родентиях. Genome Biol. Evol. 2016; 8: 3703–3717. DOI: 10,1093 / GBE / evw276. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 66. Froenicke L., Graphodatsky A., Müller S., Lyons L.А., Робинсон Т.Дж., Воллет М., Ян Ф., Винберг Дж. Предполагают ли молекулярная цитогенетика и биоинформатика расходящиеся модели геномов предковых млекопитающих? Genome Res. 2006; 16: 306–310. DOI: 10.1101 / gr.3955206. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 67. Ким Дж., Фарре М., Овиль Л., Капитану Б., Ларкин Д.М., Ма Дж., Левин Х.А. Реконструкция и эволюционная история человеческих хромосом. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 2017; 114: E5379 – E5388. DOI: 10.1073 / pnas.1702012114. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 68.Бейли Дж. А., Бэрч Р., Кент В. Дж., Хаусслер Д., Эйхлер Е. Е. Горячие точки хромосомной эволюции млекопитающих. Genome Biol. 2004; 5: R23. DOI: 10.1186 / GB-2004-5-4-r23. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 70. Слиепчевич П. Теломеры и механизмы Робертсоновского слияния. Хромосома. 1998. 107: 136–140. DOI: 10.1007 / s004120050289. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 71. Гарагна С., Пейдж Дж., Фернандес-Доносо Р., Зуккотти М., Сирл Дж. Б. Робертсоновский феномен у домашней мыши: мутация, мейоз и видообразование.Хромосома. 2014; 123: 529–544. DOI: 10.1007 / s00412-014-0477-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 72. Lemaitre C., Zaghloul L., Sagot M.-F., Gautier C., Arneodo A., Tannier E., Audit B. Анализ мелкомасштабных эволюционных контрольных точек млекопитающих позволяет по-новому взглянуть на их связь с организацией генома. BMC Genom. 2009; 10: 335. DOI: 10.1186 / 1471-2164-10-335. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 75. Дэвис Дж.О.Дж., Ауделаар А.М., Хиггс Д.Р., Хьюз Дж.Р. Как лучше всего определять хромосомные взаимодействия: сравнение подходов.Nat. Методы. 2017; 14: 125–134. DOI: 10,1038 / Nmeth.4146. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 76. Уильямсон И., Берливет С., Эскеланд Р., Бойл С., Иллингворт Р.С., Пакетт Д., Дости Дж., Бикмор В.А. Пространственная организация генома: контрастирующие взгляды на захват конформации хромосом и флуоресцентную гибридизацию in situ. Genes Dev. 2014. 28: 2778–2791. DOI: 10.1101 / gad.251694.114. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 77. Денкер А., Де Лаат В. Второе десятилетие технологий 3C: подробное понимание ядерной организации.Genes Dev. 2016; 30: 1357–1382. DOI: 10.1101 / gad.281964.116. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 78. Tomaszkiewicz M., Rangavittal S., Cechova M., Sanchez C., Fescemyer H.W., Harris R., Ye D., Brien C.M.O., Chikhi R., Ryder O.A. и др. Эффективная по времени и затратам стратегия секвенирования Y-хромосом млекопитающих: приложение к сборке de novo горилл Y. Genome Res. 2016; 26: 530–540. DOI: 10.1101 / gr.199448.115. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 79. Кудерна Л.F.K., Lizano E., Julià E., Gomez-Garrido J., Serres-Armero A., Kuhlwilm M., Alandes R.A., Alvarez-Estape M., Juan D., Simon H., et al. Селективное секвенирование одной молекулы и сборка Y-хромосомы человека африканского происхождения. Nat. Commun. 2019; 10: 4. DOI: 10.1038 / s41467-018-07885-5. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 80. Хьюз Дж.Ф., Скалецкий Х., Пынтикова Т., Грейвс Т.А., ван Даален С.К.М., Минкс П.Дж., Фултон Р.С., МакГрат С.Д., Локк Д.П., Фридман К. и др. Y-хромосомы шимпанзе и человека заметно различаются по структуре и содержанию генов.Природа. 2010; 463: 536–539. DOI: 10,1038 / природа08700. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 81. Цуй З., Лю Ю., Ван В., Ван К., Чжан Н., Лин Ф., Ван Н., Шао К., Дун З., Ли Ю. и др. Редактирование генома показывает, что dmrt1 является важным мужским геном, определяющим пол, у китайской язычковой подошвы ( Cynoglossus semilaevis ) Sci. Отчет 2017; 7: 42213. DOI: 10,1038 / srep42213. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 82. Шао К., Ли К., Чен С., Чжан П., Лян Дж., Ху К., Сунь Б., Цзинь Л., Лю С., Ван З. и др. Эпигенетическая модификация и наследование при смене пола рыб. Genome Res. 2014; 24: 604–615. DOI: 10.1101 / gr.162172.113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 83. Грейвс J.A.M. Происхождение и функция Y-хромосомы млекопитающих и генов, передающихся по Y — новое понимание. BioEssays. 1995; 17: 311–320. DOI: 10.1002 / bies.950170407. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 84. Дикин Дж. Инактивация X-хромосомы сумчатых: прошлое, настоящее и будущее.Aust. J. Zool. 2013; 61: 13–23. DOI: 10.1071 / ZO12113. [CrossRef] [Google Scholar] 85. Штрауб Т., Беккер П. Компенсация дозировки: начало и конец обобщения. Nat. Преподобный Жене. 2007. 8: 47–57. DOI: 10,1038 / nrg2013. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 86. Гу Л., Уолтерс Дж. Р. Эволюция дозовой компенсации половых хромосом у животных: красивая теория, опровергнутая фактами и сбитая с толку деталями. Genome Biol. Evol. 2017; 9: 2461–2476. DOI: 10.1093 / GBE / evx154. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 87.Дикин Дж. Э., Хор Т. А., Койна Э., Грейвс Дж. А. М. Состояние дозовой компенсации в множественных Х-хромосомах утконоса. PLoS Genet. 2008; 4: e1000140. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1000140. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 88. Ливернуа А.М., Уотерс С.А., Дикин Дж.Э., Грейвс Дж.А.М., Уотерс П.Д. Независимая эволюция инактивации транскрипции на половых хромосомах у птиц и млекопитающих. PLoS Genet. 2013; 9: e1003635. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1003635. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 89.Julien P., Brawand D., Soumillon M., Necsulea A., Liechti A., Schütz F., Daish T., Grützner F., Kaessmann H. Механизмы и эволюционные паттерны дозовой компенсации млекопитающих и птиц. PLoS Biol. 2012; 10: e1001328. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1001328. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 90. Лемос Б., Бранко А.Т., Хартл Д.Л. Эпигенетические эффекты полиморфных Y-хромосом модулируют компоненты хроматина, иммунный ответ и половой конфликт. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 2010; 107: 15826–15831.DOI: 10.1073 / pnas.1010383107. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 91. Сактон Т.Б., Хартл Д.Л. Мета-анализ GBE показывает, что гены регулируются преимущественно репрессивным хроматином. Genome Biol. Evol. 2013; 5: 255–266. DOI: 10.1093 / GBE / evt005. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 92. Арарипе Л.О., Тао Ю., Лемос Б. Межвидовая вариация Y-хромосомы достаточна для спасения гибридного мужского бесплодия и зависит от происхождения хромосом от бабушек и дедушек.Наследственность. 2016; 116: 516–522. DOI: 10.1038 / hdy.2016.11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 93. Case L.K., Wall E.H., Dragon J.A., Saligrama N., Krementsov D.N., Moussawi M., Zachary J.F., Huber S.A., Blankenhorn E.P., Teuscher C. Y-хромосома как регуляторный элемент, формирующий транскриптомы иммунных клеток и предрасположенность к аутоиммунным заболеваниям. Genome Res. 2013; 23: 1474–1485. DOI: 10.1101 / gr.156703.113. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 94. Кременцов Д.Н., Дело Л.К., Динц О., Раза А., Фанг К., Атер Дж. Л. Генетическая изменчивость хромосомы Y регулирует восприимчивость к инфекции вируса гриппа А. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 2017; 114: 3491–3496. DOI: 10.1073 / pnas.1620889114. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 96. Новак П., Нойман П., Макас Дж. Кластеризация на основе графиков и характеристика повторяющихся последовательностей в данных секвенирования следующего поколения. BMC Bioinform. 2010; 11: 378. DOI: 10.1186 / 1471-2105-11-378. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 97.Джейн М., Олсен Х.Э., Тернер Д.Дж., Стоддарт Д., Булазель К.В., Патен Б., Хаусслер Д., Уиллард Х., Акесон М., Мига К.Х. Линейная сборка Y-центромеры человека с использованием длинных считываний нанопор. Nat. Biotechnol. 2018; 36: 321–323. DOI: 10,1038 / НБТ.4109. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 98. Томашкевич М., Медведев П., Макова К.Д. Y- и W-хромосомные сборки: подходы и открытия. Тенденции Genet. 2017; 33: 266–282. DOI: 10.1016 / j.tig.2017.01.008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 99.Деккер Дж., Бельмонт А.С., Гуттман М., Лешик В.О., Лис Дж. Т., Ломвардас С., Мирный Л. А., О’Ши К.С., Парк П.Дж., Рен Б. и др. Проект нуклеома 4D. Природа. 2017; 549: 219–226. DOI: 10,1038 / природа23884. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Научная хирургия: «В чем разница между словами геном, ген и хромосома?» — Cancer Research UK

Наша серия «Научная хирургия» отвечает на ваши вопросы о онкологии.

Если у вас есть вопрос, на который вы хотите, чтобы мы ответили, отправьте его нам, используя адрес электронной почты, указанный в конце этого сообщения.

Патрик спросил: «В чем разница между словами геном, ген и хромосома?»

Чтобы ответить на этот вопрос, лучше всего начать с малого и уменьшить масштаб. Гены, геномы и хромосомы состоят из самой важной молекулы для жизни на Земле: ДНК.

Разница между этими тремя структурами ДНК заключается в том, сколько ДНК они содержат.

Что такое ДНК?

ДНК представляет собой цепочку сложных молекул, называемых нуклеотидами. Он содержит генетическую информацию о жизни и действует как набор инструкций о том, как строить и поддерживать вас.

ДНК находится в сердце почти каждой клетки человека, в области, называемой ядром.

Наша ДНК уникальна, если только вы не однояйцевые близнецы.

Определения

Ген: короткий фрагмент ДНК

Хромосома: набор генов и других фрагментов ДНК и белков

Геном: Полный набор ДНК организма

Что такое ген?

ДНК, обнаруженная в наших клетках, составляет книгу молекулярных инструкций, но это не просто набор случайных букв без порядка или пунктуации.Он организован в виде небольших фрагментов или абзацев информации, каждый из которых содержит определенный набор инструкций о том, как создать определенный аспект вас.

Этот небольшой абзац представляет собой небольшой фрагмент ДНК, известный как ген.

Ученые считают, что наш генетический код содержит около 23 000 генов.

Гены — это инструкции, которые наши клетки используют для создания молекул, называемых белками. У белков много разных ролей. Они образуют каркас клеток, а также помогают им функционировать и общаться.

Некоторые гены сообщают клеткам, как вырабатывать белки, участвующие в росте и делении клеток. Если эти гены пойдут не так, они могут перерасти в гены рака и привести к неконтролируемому росту клеток.

Что такое ген рака?

Когда клетка делится, она должна сделать копию каждой молекулы ДНК, чтобы ее можно было точно разделить между двумя новыми клетками. У нас есть около 3 миллиардов отдельных молекул ДНК (нуклеотидов) в каждой клетке. Это большая работа, которую нужно выполнить без ошибок.

Иногда ошибки копирования происходят в той части генетического кода, которая не несет в себе инструкций для белка, и поэтому на самом деле ничего не происходит.В других случаях механизм восстановления ДНК клетки исправляет неисправную цепочку ДНК.

Иногда ошибки происходят в генах, контролирующих рост клетки, что может привести к раку.

Люди могут унаследовать ошибки в генах от своих родителей, что может повысить риск рака. Другие факторы, повреждающие ДНК, такие как табачный дым или алкоголь, также могут создавать дефектные гены.

Генные тесты иногда могут определить, какие дефектные гены могут способствовать росту раковых клеток человека.Знание этих конкретных генетических дефектов иногда может помочь врачам решить, какое лечение лучше всего подходит для пациента. Это называется персонализированной медициной.

Что такое хромосома?

Нити ДНК важны и хрупки, поэтому очень важно, чтобы они были тщательно упакованы и защищены во время процесса деления клеток. Чтобы укрепить их и сохранить в безопасности, ДНК скручивается и скручивается в структуру, называемую хромосомой.

Если ген — это особый параграф, который содержит подробности о том, как сделать из вас один строительный блок, то хромосома — это глава в этой инструкции.

В вашем руководстве по эксплуатации 46 глав, всего 46 хромосом: 23 от мамы и 23 от отца.

Хромосомы образуются до деления клеток. Исследования показывают, что ошибки в копировании хромосом могут быть одним из первых изменений в клетке, которые дают ей возможность стать злокачественной.

Что такое геном?

Геном — это полный набор ДНК организма.

Если код ДНК представляет собой набор инструкций, тщательно организованных в параграфы (гены) и главы (хромосомы), то все руководство от начала до конца будет геномом.

Геном, хромосомы и гены почти каждого человека устроены одинаково. Это код ДНК, слова на странице, которые немного отличаются. Вот что делает нас уникальными.

Геном человека был впервые секвенирован в 2003 году. В ходе этого проекта ученые читали все буквы, составляющие наш геном, но это бесполезно, если мы не понимаем, что это значит.

Ученые сейчас работают над этим. Постепенно они узнают больше о каждой части нашего генома.

К сожалению, понимание того, что делает каждый из наших 23 000 генов и как они взаимодействуют друг с другом, займет некоторое время. Но это важно для исследований рака, потому что, если мы полностью поймем, как мы устроены, мы сможем понять, почему что-то идет не так. И если мы знаем, почему клетки не работают и как они превращаются в раковые, это может дать нам подсказки, как их победить.

Габи

Мы хотели бы поблагодарить Патрика за этот вопрос.Если вы хотите нас что-то спросить, напишите по адресу [email protected], указав свое имя и местонахождение (необязательно).

Еще по этой теме

Гены | Бесплатный полнотекстовый | Хромосомика: устранение разрыва между геномами и хромосомами

1

Институт прикладной экологии, Университет Канберры, Канберра, ACT 2617, Австралия

2

Исследовательская школа биологии Австралийского национального университета, Актон, ACT 2601, Австралия

3

Австралийский музейный научно-исследовательский институт, Австралийский музей, 1 William St Sydney, NSW 2010, Australia

4

Институт системной геномики и Департамент молекулярной и клеточной биологии, Университет Коннектикута, Сторрс, Коннектикут 06269, США

5

Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia, Автономный университет Барселоны, 08193 Cerdanyola del Vallès, Испания

6

Группа целостности и нестабильности генома, Институт биотехнологии и биомедицины, Автономный университет Барселоны, 08193 Серданьола-дель-Валлес, Испания

7

Laboratório de Citogenética de Peixes, Departamento de Genética e Evolução, Федеральный университет Сан-Карлос, Сан-Карлос, SP 13565-905, Бразилия

8

Высшая школа фармацевтических наук, Университет Осаки, Суйта 565-0871, Осака, Япония

9

Школа естественных наук, Университет ЛаТроб, Мельбурн, Виктория Милюта 3168, Австралия

10

Школа биологических наук, Кентский университет, Кентербери, CT2 7NJ, Великобритания

11

Школа биологических наук, Университет Аделаиды, Аделаида, SA 5005, Австралия

12

Кафедра экологии, Факультет естественных наук, Карлов университет, Viničná 7, 128 44 Прага 2, Чешская Республика

13

Центр исследований амфибий, Университет Хиросимы, Хигаси-Хиросима 739-8526, Япония

14

Лаборатория цитогенетики и сравнительной геномики животных (ACCG), Департамент генетики, Факультет естественных наук, Университет Касетсарт, Бангкок 10900, Таиланд

15

Школа естественных наук, Университет Тасмании, Хобарт 7000, Австралия

*

Авторы, которым следует адресовать переписку.

Эти авторы внесли равный вклад в эту работу.

Понимание эволюции хромосом рептилий посредством применения комбинированных подходов цитогенетики и геномики — FullText — Cytogenetic and Genome Research 2019, Vol. 157, № 1-2

Аннотация

Исследования хромосом рептилий (нонавиальных рептилий) начались более века назад (1897 г.) с первого сообщения об описании хромосом песчаной ящерицы ( Lacerta agilis ).С тех пор хромосомный анализ рептилий внес значительный вклад в понимание эволюции хромосом у позвоночных. Кариотипы рептилий также уникальны, так как это единственная группа позвоночных, в которой большинство видов обладают переменным количеством макро- и микрохромосом, что впервые было зарегистрировано для игуанид и тейид в 1921 году. Кроме того, многие рептилии имеют микохромосомы в качестве половых хромосом, что подчеркивает их эволюционное значение, но очень мало известно об их эволюционном происхождении и значении в формировании геномов амниот.Достижения в области геномных технологий в последние годы увеличили нашу способность понимать, как последовательности расположены в геноме. Однако геномный и цитогенетический анализы были объединены только для 3 видов, чтобы обеспечить более глубокое понимание эволюции хромосом рептилий и организации последовательностей. В этом обзоре мы подчеркиваем, как комбинированный подход цитогенетического анализа и анализа последовательностей у рептилий может помочь нам ответить на фундаментальные вопросы эволюции хромосом у рептилий, включая эволюцию микрохромосом и половых хромосом.

© 2019 S. Karger AG, Базель


Цитогенетика рептилий сыграла важную роль в понимании эволюции кариотипов и геномов позвоночных с более чем вековой историей, начиная с зарождения цитогенетики. Первые описанные хромосомы рептилий были от песчаной ящерицы ( Lacerta agilis ), о которой сообщил Теллисничский [1897]. В 1921 году Пейнтер впервые сообщил о существовании микрохромосом у ящериц игуанин и тейид [подробнее об исторической перспективе цитогенетики рептилий см. Matthey, 1949; Печинини-Сил, 1981; Olmo et al., 2003 и ссылки в нем]. По мере роста дисциплины цитогенетики рептилий за последнее столетие стало ясно, что рептилии являются исключительной группой для изучения эволюции хромосом, поскольку они демонстрируют высокий уровень разнообразия по количеству и морфологии хромосом [Olmo, 2008], различаются между собой отсутствие или наличие микрохромосом и разнообразие систем определения пола и половых хромосом [Ezaz et al., 2009; Покорна и др., 2011; Gamble et al., 2015]. Число диплоидных хромосом колеблется от 2n = 20 у ящерицы (Cameroon stumptail chameleon, Rampholeon Spectrum ) до 2n = 68 у пресноводной черепахи (черепаха с закрученной шеей, Platemys platycephala ) (Таблица 1).Этот уровень разнообразия дает возможность определить типы и время событий, которые привели к кариотипам современных видов. Сравнивая хромосомы видов из разных линий рептилий, мы можем реконструировать наиболее вероятное расположение хромосом у общих предков в ключевых положениях филогении рептилий. Прослеживание эволюционной истории хромосом рептилий даст представление об эволюционных процессах, вовлеченных в формирование геномов рептилий, и о роли хромосомных перестроек в видообразовании.Такое понимание эволюции генома актуально не только для рептилий, но и для других основных линий позвоночных, поскольку рептилии занимают ключевое положение в филогенезе амниот, имея общего предка с млекопитающими.

Таблица 1

Диапазоны числа диплоидных хромосом и числа макро- / микрохромосом в основных группах рептилий

Большой интерес к отслеживанию эволюции хромосом среди рептилий заключается в том, чтобы получить представление о разнообразии способов определения пола (генетический пол определение [GSD] vs.определение пола в зависимости от температуры [TSD]) и половые хромосомы, которыми они обладают. Из стандартного кариотипирования видов с GSD очевидно, что существуют как половые хромосомы XX / XY и ZZ / ZW, так и системы множественных половых хромосом, и они могут быть макро- или микрохромосомами. Некоторые виды имеют значительно дифференцированные половые хромосомы, что позволяет их легко идентифицировать с помощью стандартного кариотипирования, но у других видов есть скрытые половые хромосомы, что требует более сложных подходов для их обнаружения [Ezaz et al., 2005; Martinez et al., 2008]. Сравнивая геномы рептилий, мы можем проследить происхождение половых хромосом и получить общее представление об эволюции половых хромосом [Ezaz et al., 2017].

Несмотря на большое количество видов в этой группе (более 10 600; база данных рептилий, http://www.reptile-database.org), эволюция хромосом рептилий не изучена так тщательно, как это было у млекопитающих и птицы [обзор в Deakin and Ezaz, 2014]. Однако молекулярные цитогенетические исследования и сборки генома рептилий с последовательностью, привязанной к хромосомам, пролили некоторый свет на эволюционную историю хромосом рептилий [Deakin et al., 2016]. Здесь мы исследуем понимание цитогенетики и геномики для понимания эволюции хромосом рептилий и важности сочетания цитогенетического и геномного подходов.

Молекулярные цитогенетические сравнения хромосом рептилий

Определение степени сохранения или, наоборот, степени реаранжировки между видами является ключом к возможности проследить эволюционную историю хромосом рептилий. На основе традиционных цитогенетических методов, таких как G-бэндинг, наиболее консервативные кариотипы рептилий наблюдаются среди крокодилов [Cohen and Gans, 1970; Olmo, 2008] и черепахи [Olmo, 2008; Ольмо и Синьорино, 2005; Valenzuela and Adams, 2011], тогда как чешуйчатые рептилии (змеи и ящерицы, в том числе безногие ящерицы) имеют гораздо более высокие уровни изменчивости числа хромосом и морфологии.Молекулярные цитогенетические методы позволяют лучше понять эволюцию хромосом и, в некоторых случаях, позволяют проводить сравнения на больших эволюционных расстояниях. Несмотря на объем информации, которую можно почерпнуть из молекулярно-цитогенетических подходов, таких как окраска хромосом и картирование генов, эти методы использовались только для небольшого числа из тысяч видов рептилий.

Эволюция макрохромосом

Хромосомная окраска использовалась для определения глобальных уровней гомологии между различными видами рептилий и перестроек, которые имели место между видами.Эти эксперименты, как и с птицами, были в основном ограничены использованием зондов для макрохромосом, так как было сложно разделить микрохромосомы в пулы, представляющие отдельные микрохромосомы [Griffin et al., 1999; Кичигин и др., 2016]. Сохранность геномной области, соответствующей Z курицы, определяли путем гибридизации зонда Z курицы с хромосомами 30 видов, представляющих 17 семейств плоских, а также типичных крокодилов и черепах. У всех, кроме одного вида, Z сохранялся как единый гомологичный блок [Pokorná et al., 2011]. После удивительного успеха гибридизации зонда с хромосомами от таких отдаленно родственных видов были предприняты попытки провести зонды с другими макрохромосомами курицы. Макрохромосомы курицы и красноухого слайдера ( Trachemys scripta elegans, 2n = 50) удивительно хорошо сохраняются, учитывая, что у этих видов последний раз был общий предок (предок Archosauromorpha) более 200 миллионов лет назад (рис. 1) [Kasai et al. , 2012]. Те же зонды гибридизуются с хромосомами нильского крокодила ( Crocodylus niloticus, 2n = 32), что указывает на то, что макрохромосомы 1-6 у этого вида были сформированы в результате деления предковых хромосом Archosauromorpha, соответствующих хромосомам 1 и 2 курицы, и последующим слиянием. этих и других макрохромосом [Kasai et al., 2012]. Зонды для макрохромосом цыплят 3, 5 и 7 выявили гомологию среди 10 видов, представляющих 9 семейств чешуекрылых. У 6 из этих видов эти 3 куриных зонда гибридизировались с самой крупной макрохромосомой, предполагая, что их слияние имело место до их расхождения от общего предка внутри Squamata [Pokorná et al., 2012].

Рис. 1

Сравнение окраски хромосом и цитогенетического картирования макрохромосом черепахи и крокодила и реконструкция событий, ведущих к расположению макрохромом у крокодилов [Kawai et al., 2007; Uno et al., 2012; Баденхорст и др., 2015]. Макрохромосомы имеют цветовую кодировку в соответствии с их гомологией с хромосомами курицы (обозначены серым цветом). Показаны только те макрохромосомы, по которым имеется информация о гомологии с хромосомами курицы.

Межвидовая окраска хромосом между более близкими видами также использовалась для определения уровня сохранности в пределах семейств ящериц. Например, пробы, полученные путем потоковой сортировки хромосом из сцинка песчаной рыбы ( Scincus scincus , 2n = 32), подтвердили высокий уровень сохранения кариотипа среди членов семейства Scincidae [Giovannotti et al., 2009]. Точно так же краски, созданные для хромосом японского геккона ( Gekko japonicas , 2n = 38) на 6 других видах гекконов с диплоидным числом от 38 до 46, подтвердили типично консервативную природу кариотипов гекконов [Trifonov et al., 2011]. Хромосомная окраска также использовалась для определения гомологии между траурным гекконом ( Lepidodactylus lugubris ) и триплоидными (3n = 66) партеногенетическими популяциями, где слияние хромосом и несколько делений от предка 2n = 38 привели к 2n = 44 L .lugubris , и в результате партогенеза было получено 3n = 66 кариотипов [Trifonov et al., 2015].

Хромосомная окраска дала некоторое представление об эволюции макрохромосом у рептилий, но она неспособна обнаружить перестройки в более мелком масштабе или предоставить информацию об эволюции микрохромосом. Картирование клонов кДНК или ВАС на хромосомы рептилий с помощью FISH в определенной степени преодолело эти ограничения, позволив создавать сравнительные карты. Эти карты варьируются от всего 21 маркера для туатары ( Sphenodon punctatus ) до 356 для зеленого анола ( Anolis carolinensis ) (Таблица 2).Для 3 видов ( A. carolinensis, Pogona vitticeps, и Chrysemys picta ) эти карты использовались для присвоения последовательности генома хромосомам [Alföldi et al., 2011; Баденхорст и др., 2015; Deakin et al., 2016]. В большинстве случаев для исследований окраски хромосом использовались разные виды, по сравнению с теми, которые использовались для молекулярно-цитогенетического картирования. В этом есть свои преимущества и недостатки. Комбинация данных из 2 независимых источников подтвердит результаты обоих подходов.В то же время, использование разных видов увеличивает информацию изнутри, чтобы обеспечить более глубокое понимание эволюции макрохромосом рептилий. Это подтверждается сравнением молекулярно-цитогенетических данных черепах и крокодилов с цыплятами, чтобы предсказать расположение макрохромосом у предка Archosauromorpha, что подтвердило сохранение этого предкового расположения у черепах и кур [Uno et al., 2012], а также деление и слияние некоторых из этих хромосом у предкового крокодила [Kasai et al., 2012; Uno et al., 2012] (рис. 1). Дополнительная информация, полученная от последовательности привязки к хромосомам, демонстрирует, что, несмотря на замечательную сохранность макрохромосом черепахи и курицы в широком масштабе, произошло включение материала, соответствующего микрохромосомам курицы, в макрохромосомы C. picta [Badenhorst et al., 2015] . Это открытие ставит под сомнение высокий уровень сохранности хромосом курицы и черепахи, о котором сообщалось ранее [Badenhorst et al., 2015]. Поэтому было бы интересно посмотреть, является ли это общей чертой среди черепах или представляет собой перестройки, характерные для этого вида. Сходным образом, объединенные молекулярно-цитогенетические данные сравнивали с цыплятами как внешней группой, чтобы предсказать расположение макрохромосом чешуйчатых, токсикоферановых и игуанских предков, а также события, приводящие к этим расположениям [Deakin et al., 2016] (Рис. 2).

Таблица 2

Виды с молекулярно-цитогенетическими картами

Рис.2

Реконструкция чешуйчатых предковых макрохромосом на основе сравнения данных комбинированного секвенирования генома и цитогенетического картирования ( P. vitticeps и A. carolinensis ) или данных картирования генов (все другие виды). Предсказанные кариотипы предков для Amniote и Archosauromorpha (крокодилы, динозавры и птицы) основаны на ранее предсказанных [Uno et al., 2012]. Были включены только микрохромосомы, имеющие отношение к эволюции макрохромосом чешуи.Серые прямоугольники указывают на деления и / или слияния, дающие начало предсказанным наследственным кариотипам для Squamata, Toxicofera, Iguania и Ophidia. Реконструированные хромосомы имеют цветовую кодировку для гомологии с куриными хромосомами.

Microchromosome Evolution

Проследить эволюционную историю микохромосом рептилий было сложнее, чем макрохромосом. Наличие или отсутствие и количество этих крошечных хромосом отвечает за большую часть кариотипических вариаций среди рептилий, поэтому важно расшифровать их генное содержание для сравнительного анализа.Курица чаще всего используется в качестве эталонного генома для сравнительной геномики рептилий, но даже для этого вида содержание последовательностей всех микрохромосом еще предстоит определить [Solinhac et al., 2010]. Цитогенетические карты рептилий назначили гены или заякоренную последовательность генома микохромосомам рептилий, но в большинстве случаев это назначение не позволяло определить, к какой из них принадлежит маркер. Например, цитогенетическая карта для Pelodiscus sinesis продемонстрировала, что гены на микрохромосомах у курицы расположены на микрохромосомах у черепах с мягким панцирем, обеспечивая дополнительную поддержку высокого уровня сохранения кариотипа между этими двумя видами [Uno et al., 2012]. Однако данные картирования для другой черепахи, C. picta , показали, что участки генома, соответствующие микрохромосомам цыпленка, не обязательно находятся на микрохомосомах окрашенной черепахи, а некоторые из них расположены на макрохромосомах [Badenhorst et al., 2015], что позволяет предположить, нам нужны гораздо более подробные данные, чтобы полностью понять эволюцию хромосом у черепах.

Начинает появляться некоторая информация о генном составе микрохромосом ящериц. В сочетании с секвенированием P.vitticeps , ВАС, соответствующие концам гомологичных блоков синтении, были картированы в хромосомах дракона. Картирование BACs на микрохромосомы было размещено совместно с якорным BAC для идентификации индивидуальных микрохромосом (Fig. 3) [Young et al., 2013]. Гомология последовательности с куриной была определена для всех, кроме самой маленькой микрохромосомы (хромосома 15), и большинство микрохромосом имеют гомологию с микрохромосомами курицы. Исключение составляют хромосома дракона 10, которая имеет некоторую гомологию с коротким плечом хромосомы 4 курицы, область, которая, как предполагается, соответствует микрохромосоме в предке амниота, и небольшая область с гомологией с макрохромосомами курицы 5 и 9, расположенная на микохромосоме 9 дракона. , предполагая, что произошла некоторая межхромосомная перестройка между макро- и микрохромосомами [Deakin et al., 2016]. На сегодняшний день показано, что только 8 микрохромосом цыпленка имеют общую гомологию с микрохромосомами дракона (рис. 3). Области, имеющие гомологию со многими куриными микрохромосомами, расположены на макрохромосомах драконов, указывая тем самым, что на некоторых стадиях происходили слияния макро- и микрохромосом [Deakin et al., 2016] (Fig. 2). Данные по другим видам ящериц необходимы, чтобы определить, на какой стадии эволюции чешуекрылых произошли эти слияния. В другом подходе Кичигин и др. [2016] использовали комбинацию окраски хромосом и секвенирования отсортированных по потоку микрохромосом от двух видов анолов ( A.carolinensis и A. sagrei ) для определения их гомологии с цыпленком. Как и у дракона, микрохромосомы Anolis преимущественно соответствовали микрохромосомам цыпленка (рис. 3). И снова область, имеющая гомологию с куриной хромосомой 4, является одним из исключений.

Рис. 3

Расшифровка гомологии микрохромосом двух секвенированных видов ящериц, P. vitticeps и A. carolinensis . a Присвоение клона ВАС, соответствующего P.Каркас генома vitticeps с использованием 2-цветного FISH с якорем ВАС 197P21 для микрохромосомы 7. b Гомология микрохромосом P. vitticeps и A. carolinensis хромосомам цыпленка. Содержание A. carolinensis определяли путем секвенирования хромосом с потоковой сортировкой [Kichigin et al., 2016]. Порядок и ориентация последовательности на хромосомах неизвестны. Шкала 10 мкм.

У видов без ( G. hokouensis ) или одной пары микрохромосом ( L.agilis ), микрохромосомы слились в основном друг с другом, чтобы сформировать более крупные хромосомы, причем эти слияния потенциально возникают независимо в линиях Gekkota и Lacertidae [Srikulnath et al., 2014, 2015]. Для проверки этой гипотезы требуются исчерпывающие данные по большему количеству видов.

Движение к хромосоме рептилий

Исходя из молекулярно-цитогенетических данных, мы теперь имеем довольно хорошее понимание эволюционной истории макрохромосом рептилий и лишь фрагментарные данные для реконструкции истории микромосом, но комбинированные подходы к секвенированию и цитогенетике помогают заполнить пробелы. пробелы.Последовательность генома также обеспечивает более высокий уровень детализации степени перестройки между видами, не обнаруживаемых из разреженных данных цитогенетического картирования или окраски хромосом [Völker et al., 2010; Скиннер и Гриффин, 2012]. Однако внедрение высокопроизводительного секвенирования геномов рептилий отстает от их птичьих собратьев, для которых уже секвенировано более 50 видов [Jarvis et al., 2015]. На сегодняшний день опубликовано только 24 генома рептилий, а 9 других имеют сборки, депонированные в базе данных Национального центра биотехнологии (NCBI) (таблица 3), но, учитывая снижение стоимости и прогресс в технологии секвенирования, вероятно, что будет больше. следую в ближайшее время.

Таблица 3

Рептилии с секвенированными геномами

Из 24 опубликованных геномов рептилий 3 из 6 лучших сборок с наибольшим каркасом N50 (длина каркаса, при которой 50% каркасов в сборке имеют этот размер или меньше ) те, которые включают данные цитогенетического картирования клонов ВАС [Alföldi et al., 2011; Баденхорст и др., 2015; Georges et al., 2015]. Раскрашенные геномы черепахи, зеленого анола и драконьей ящерицы были полезны для реконструкции эволюционной истории хромосом рептилий.Сборка генома американского аллигатора была улучшена с момента его первоначального секвенирования с использованием метода Чикаго, подхода, который предоставляет данные о дальних связях из сшитой ДНК для создания сборки с N50 более 10 МБ [Putnam et al., 2016]. Тем не менее, эти более длинные каркасы не были назначены и не ориентированы на хромосомы аллигатора, что ограничивает полезность этого генома для исследования эволюции хромосом рептилий. Точно так же не было предпринято попыток отнести другие секвенированные геномы рептилий к хромосомам, несмотря на то, что данные цитогенетического картирования доступны для одного другого вида, черепах с мягким панцирем [Uno et al., 2012]. Для более полного понимания масштабов перестановки генома во время эволюции рептилий нам необходимо использовать подход, сочетающий в себе последние достижения в области секвенирования и сборки генома с цитогенетическими данными. Такие подходы с использованием геномных сборок в сочетании с цитогенетическими данными использовались для получения детальных реконструкций геномов геномов птичьих и эвтериальных предков, а также других ключевых предков этих двух линий [Romanov et al., 2014; Kim et al., 2017].

Достижения в технологии секвенирования, такие как Hi-C (например, Dovetail), секвенирование с последовательным считыванием (10X Genomics) и долгое чтение (например, PacBio и Oxford Nanopore), делают сборки на уровне хромосом доступными для рептилий. геномы. Когда эти сборки назначены и ориентированы на хромосомы, мы сможем проводить гораздо более глубокий анализ эволюции хромосом рептилий. На сегодняшний день создание цитогенетических карт для привязки геномов к хромосомам является трудоемким этапом, требующим создания библиотек ВАС и скрининга библиотек или амплификации зондов кДНК.Однако недавние биоинформатические и цитогенетические достижения делают закрепление геномов гораздо более достижимым. Универсальные зонды ВАС, идентифицируемые биоинформатически посредством мультигеномного выравнивания для повышения успешности межвидового FISH, и разработки высокопроизводительных межвидовых систем множественной гибридизации позволяют быстро отнести геномы к хромосомам [Damas et al., 2017] . Универсальный набор птичьих зондов ВАС даже продемонстрировал значительный успех гибридизации на хромосомах рептилий (черепах и ящериц) [Damas et al., 2017]. Пора начать применять такие универсальные наборы зондов к как можно большему количеству видов с геномными сборками.

Для более глубокого понимания механизмов, управляющих эволюцией хромосом рептилий, необходимо определить хромосомные особенности в точках эволюционного разрыва. На уровне последовательностей особенности эволюционных контрольных точек у млекопитающих и птиц включают обогащение повторяющимися последовательностями и высокую плотность генов и, в частности, включают гены, участвующие в адаптивных процессах [обзор в Farré et al., 2015]. Конечно, хромосомы — это больше, чем просто ДНК, и подход, учитывающий трехмерную структуру хромосомы, вероятно, обеспечит гораздо более глубокое понимание эволюции хромосом рептилий [Farré et al., 2015]. Применяя «хромосомный» подход [Claussen, 2005], включающий цитогенетические, геномные и эпигеномные данные, мы можем гораздо лучше понять факторы, определяющие высокий уровень кариотипического разнообразия рептилий.

Половые хромосомы

«Приведенные наблюдения положили конец дискуссии, продолжавшейся четверть века.Морфологически различимые половые хромосомы отсутствуют у Reptilia, как известно, также у Anamnia; самки птиц и самцы млекопитающих гетерогаметны »[Matthey and van Brink, 1957] .

Половые хромосомы ZZ / ZW от 2 видов змей, Lycodon aulicus и Macropisthodon rudis carinatus были описаны Накамурой в 1935 году [ссылки в Olmo and Signorino, 2005]. Однако упомянутое выше утверждение Matthey и van Brink [1957] означает редкость половых хромосом, идентифицированных у рептилий в раннюю эру цитогенетики рептилий.Одной из причин было ограничение ранних цитогенетических методов для обнаружения мелкомасштабной гетероморфии и идентификации микрохромосом как половых хромосом, которые в настоящее время обнаруживаются с помощью продвинутой цитогенетики, такой как CGH [Ezaz et al., 2005, 2006; Martinez et al., 2008]. С тех пор половые хромосомы были идентифицированы у более чем 1500 рептилий, включая многих змей и ящериц, а также нескольких черепах, демонстрируя огромное разнообразие морфологий, представленных простыми системами XY и ZW, а также множественными половыми хромосомами, включая XXY и ZZW.

При большом разнообразии половых хромосом и вариативности способов определения пола, большая часть мотивации для изучения половых хромосом рептилий заключалась в определении их эволюционного происхождения, их генного содержания и, в конечном итоге, в выявлении основных определяющих пол генов, хотя такие ген еще не идентифицирован ни для одной рептилии. Таким образом, молекулярная цитогенетика широко применяется для исследования половых хромосом рептилий, в большей степени, чем для аутосом.

Одно из первых исследований по идентификации генов на половых хромосомах рептилий, картированных клонов кДНК на хромосомах японской четырехполосной крысиной змеи ( Elaphe quadrivirgata ), которое продемонстрировало, что змея Z соответствует хромосомам 2 и 27 курицы, тогда как хромосома 2 змеи имеет гомологию с Z курицы [Matsubara et al., 2006]. Кроме того, 11 генов Z-хромосомы E. quadrivirgata также сопоставлены с Z-хромосомами 2 других видов: бирманского питона ( Python molurus bivittatus ) и хабу ( Trimeresurus ( Protobothrops iridis) flav предполагая, что Z-хромосома консервативна по всей линии змеи [Matsubara et al., 2006]. Наблюдались различные уровни дифференциации между Z и W этих 3 видов, при этом все 11 генов отображались на P.molurus W, только 3 были локализованы у E. quadrivirgata W и ни одного — у T. flavoviridis W [Matsubara et al., 2006]. До недавнего времени считалось, что все змеи обладают этой консервативной системой ZZ / ZW с различной степенью дифференцировки W [Ohno, 1967; Мацубара и др., 2006; Vicoso et al., 2013]. В последнее время независимо развившиеся половые хромосомы XX / XY были идентифицированы у удавов ( Boa imperator ) и бирманского питона ( P. molurus bivittatus ) с помощью секвенирования ДНК, ассоциированного с сайтами рестрикции (RAD-seq) для определения пола. специфические маркеры, а затем сопоставление их с собранными геномами питона или удава [Gamble et al., 2017]. Шаг, который не хватает для завершения этого подхода, — это физическое отображение этих специфичных для пола маркеров обратно на хромосомы этих видов. Тем не менее, эти находки ставят под сомнение общепринятую идею стабильной системы половых хромосом ZZ / ZW у змей и требуют тщательной переоценки цитогенетических данных для этой группы рептилий [Gamble et al., 2017].

Комбинация окраски хромосом и картирования генов подчеркнула разнообразие половых хромосом черепах. Например, картирование кДНК 16 генов Z-хромосомы курицы в половых хромосом XY черепахи Staurotypus (мексиканская гигантская мускусная черепаха, Staurotypus triporcatus; гигантская мускусная черепаха S.salvinii ) идентифицировали синтенические блоки, охватывающие как короткое, так и длинное плечо курицы Z, и длинное плечо эму Z [Kawagoshi et al., 2014], подчеркивая возможное сохранение эволюционно консервативной синтении между половыми хромосомами птичьего ZW и Stauroptypus XY . Китайская черепаха с мягким панцирем ( P. sinensis ) имеет пару микрохромосом, гомологичных курице 15 как систему половых хромосом ZZ / ZW. Из 4 генов, локализованных в Z-хромосоме, только 2 картированы в W, что свидетельствует о дифференцировке Z- и W-хромосом [Kawagoshi et al., 2009]. Напротив, хромосомы XX / XY черной болотной черепахи ( Siebenrockiella crassicollis ) и деревянной черепахи ( Glyptemys insculpta ) имеют гомологию с куриной хромосомой 5, и все клоны, картированные как с X, так и с Y [Kawagoshi et al. , 2012; Montiel et al., 2017]. Инверсия, включающая специфичную для самцов область Y-хромосомы деревянной черепахи, могла быть важным шагом в расхождении X и Y и эволюции GSD у этого вида [Montiel et al., 2017].

Было установлено, что отсутствие гомологии между половыми хромосомами птиц Z и рептилий в более общем плане применимо к рептилиям в качестве зонда для Z-хромосомы курицы, гибридизированной с аутосомами у видов с известными половыми хромосомами [Pokorná et al., 2011]. Пара исключений из этого наблюдения включает члена семейства Gekkonidae, для которого при картировании генов 6 куриных Z-генов локализованы в Z-хромосоме геккона Hokouensis ( G. hokouensis ) [Kawai et al., 2009]. Z-хромосомы других членов семейства Gekkonidae не имеют гомологии с Z-хромосомой курицы, что позволяет предположить, что Z-хромосома G.hokouensis не является наследственной половой хромосомой среди чешуекрылых [Matsubara et al., 2014].

Несмотря на то, что был проведен ряд исследований in silico для определения гомологии половых хромосом рептилий, в частности курицы [например, для обзора см. Ezaz et al., 2017], физическое картирование генов половых хромосом было зарегистрировано только для 3 виды змей, 4 вида черепах и 4 вида ящериц [Matsubara et al., 2006; Кавагоши и др., 2009, 2012, 2014; Kawai et al., 2009; Alföldi et al., 2011; Ezaz et al., 2013; Srikulnath et al., 2014; Deakin et al., 2016; Montiel et al., 2017]. В этих исследованиях клоны кДНК или ВАС, специфичные для половых хромосом, были выделены с помощью подхода генов-кандидатов и физически картированы, чтобы подтвердить их происхождение от половых хромосом, и была сделана вывод об их гомологии с хромосомами курицы. Эти исследования выявили гомологии половых хромосом рептилий XY и ZW с 9 различными хромосомами курицы (2, 5, 6, 9, 15, 17, 23, 27 и ZW), включая 2 вида рептилий — ящерицу ZW ( G.hokouensis ) и XY черепахи ( S. triporcatus и S. salvinii ) — имеют общую гомологию с хромосомами ZW курицы (рис. 4) [обзор в Montiel et al., 2016; Ezaz et al., 2017]. Это предполагает множественное происхождение половых хромосом рептилий от множественных предковых протополовых хромосом (Рис. 4). Однако, по крайней мере, более чем в одном случае одна и та же наследственная аутосома сохраняла свою функцию половой хромосомы у рептилий и авов (например, у курицы, геккона и черепахи) (рис.4). Возможно, этот участок генома содержит гены, которые делают его особенно подходящим для роли в определении пола и превращении в половую хромосому [Marshall Graves and Peichel, 2010; О’Милли и др., 2012; Montiel et al., 2016; Ezaz et al., 2017]. Лучшее понимание эволюции половых хромосом и причин конвергентной эволюции появится, если будут идентифицированы последовательности генома, привязанные к хромосомам, включая половые хромосомы и гены, участвующие в определении пола рептилий.

Фиг.4

Реконструкция сравнений половых хромосом рептилий на основе имеющегося физического картирования клонов кДНК или ВАС демонстрирует множественное происхождение половых хромосом с участием по крайней мере 6 предковых протополовых хромосом. Предсказанные кариотипы предков для Amniote и Archosauromorpha (крокодилы, динозавры и птицы) основаны на ранее предсказанных [Uno et al., 2012]. Следует отметить, что предсказанные гомологии основаны на очень небольшом количестве генов (примерно 50+ генов у 9 видов рептилий).Следовательно, мелкомасштабные хромосомные перестройки нельзя предсказать окончательно, так как это потребует плотного физического картирования. Scr, Siebenrockiella crassicollis [Kawagoshi et al., 2012]; Gin, Glyptemys insculpta [Montiel et al., 2017]; Gga, Gallus gallus ; Aca, Anolis caroliniensis [Alfoldi et al., 2011]; Psi, Pelodiscus sinenesis [Kawagoshi et al., 2009]; Лаа, Lacerta agilis [Srikulnath et al., 2014]; Pvi, Pogona vitticeps [Ezaz et al., 2013; Deakin et al., 2016]; Equ, Elaphe quadrivirgata [Matsubara et al., 2006]; Str, Staurotypus triporcatus [Kawagoshi et al., 2014]; Gho, Gekko hokouensis [Kawai et al., 2009].

Даже при наличии сборки генома идентификация генного содержимого половых хромосом может оказаться сложной задачей. Например, определение содержания генов гетероморфных X- и Y-микрохромосом зеленого анола ( A. carolinesis ) все еще не завершено, несмотря на то, что этот вид представляет собой первый геном рептилии, подлежащий секвенированию.Секвенирование XX самки A. carolinesis привело только к частичной сборке (5,3 МБ) анольной X хромосомы [Alföldi et al., 2011]. Каркасы генома, приписанные к Х-хромосоме, были гомологичны хромосоме 15 курицы. Чтобы увеличить количество последовательности Х-хромосомы, ортологи 38 генов хромосомы 15 курицы были отнесены к Х-хромосоме с помощью количественной ПЦР, при этом самки имели вдвое большую дозу этих генов по сравнению с мужчинам. Этот подход более чем удвоил количество генов, приписываемых анолу X, но, по-видимому, ни один из них не является общим с Y-хромосомой [Rovatsos et al., 2014]. Единственные данные, доступные для хромосомы A. carolinesis Y, — это частичная последовательность гена Rtdr1y , идентифицированная с помощью RAD-seq [Gamble and Zarkower, 2014].

Другой подход был предпринят для секвенирования половых хромосом анолов ( A. sagrei ) с гетероморфными X- и Y-макрохромосомами. В этом случае были микродиссектированы и секвенированы отдельные Х- и Y-хромосомы [Кичигин и др., 2016]. Хромосома A. sagrei X гомологична микрохромосомам цыпленка 14, 15, 23 и 28, а также частям макрохромосом цыпленка 1, 3, 5 и 6.Y-хромосома имеет гомологию с теми же куриными хромосомами, за исключением хромосомы 15, что позволяет предположить, что большие X- и Y-хромосомы A. sagrei образовались в результате слияния нескольких микрохромосом с хромосомой предкового пола [Kichigin et al., 2016; Джованнотти и др., 2017]. Этот подход оказался успешным в идентификации последовательности на половых хромосомах и может быть аналогичным образом полезен для других видов с различимыми половыми хромосомами. В качестве альтернативы отдельные хромосомы можно подвергнуть микродиссекции и напрямую секвенировать [Cocca et al., 2015]. Несмотря на успех в получении последовательности для половых хромосом A. sagrei , ген-кандидат, определяющий пол, еще предстоит идентифицировать [Kichigin et al., 2016].

У многих видов половые хромосомы гомоморфны, что делает их еще более сложной задачей для идентификации, но единственной последовательности. В этих случаях в качестве отправной точки использовался CGH. Примером успешного использования CGH является идентификация системы половых хромосом ZW у ящерицы-дракона, P. vitticeps, , где половые хромосомы представляют собой пару микрохромосом [Ezaz et al., 2005]. Как только половые хромосомы идентифицированы, можно определить содержание гена, проследить их эволюцию и начать поиск генов, определяющих пол. Для P. vitticeps поиск гена-кандидата, определяющего пол, начался с секвенирования контига ВАС, окружающего связанный с полом маркер полиморфизма длины амплифицированного фрагмента, который обнаружил гены, имеющие гомологию с хромосомой 23 курицы, но не ген-кандидат, определяющий пол. был идентифицирован [Ezaz et al., 2013].Каркасные каркасы последовательностей из сборки генома P. vitticeps [Georges et al., 2015] приписали 240 генов Z-хромосоме дракона, большинство из которых соответствует хромосоме 17 курицы [Deakin et al., 2016]. В список из 240 генов входит Nr5a1 (подсемейство ядерных рецепторов 5, группа A, член 1), который играет известную роль в определении пола и путях дифференцировки позвоночных [Valenzuela et al., 2013], что делает его кандидатом на половой признак определяющий ген у этого вида.

Единственный другой ген-кандидат рептилии, определяющий пол, который был предложен на сегодняшний день, — это ген Wt1 у деревянной черепахи ( G.insculpta ) [Montiel et al., 2017]. В этом случае CGH идентифицировал систему макрохромосом XX / XY, где 3 специфичных для мужчин области были обнаружены на четвертой по величине паре макрохромосом. Инверсия между X и Y и предположительно охватывающая Wt1 (на основе сборки генома C. picta ) привела к тому, что Wt1 , другой ген, участвующий в пути определения пола позвоночных, был предложен в качестве гена-кандидата [Montiel et al. ., 2017]. Однако наличие Wt1 на G.insculpta еще не утвержден и был получен только из сравнения с C. picta .

Молекулярная цитогенетика дополнительно продемонстрировала поразительное разнообразие и независимое происхождение половых хромосом рептилий. Лишь в нескольких случаях цитогенетика сочеталась с секвенированием для получения дополнительной информации о составе генов половых хромосом рептилий [Deakin et al., 2016; Кичигин и др., 2016]. Только благодаря комбинации технологий цитогенетики и секвенирования мы сможем более полно проследить эволюцию половых хромосом рептилий и идентифицировать гены, участвующие в определении пола.К сожалению, хромосомы, уникальные для гетерогаметного пола (Y или W), обладают сложными характеристиками с очень повторяющимся содержанием последовательностей и необычной конформацией хроматина, что делает их сложными для секвенирования [Tomaszkiewicz et al., 2017]. В результате эти хромосомы игнорируются в большинстве проектов секвенирования генома, оставляя значительный пробел в знаниях в нашем понимании критических аспектов эволюции и организации генома. В последнее время усилия были направлены на специфическую последовательность Y- или W-хромосом [обзор Tomaszkiewicz et al., 2017], но не менее важно секвенировать невырожденные половые хромосомы (X или Z), чтобы обнаружить молекулярные триггеры, которые направляют дифференцировку половых хромосом, ведущую к дегенерации одного из гомологов. Также важно секвенировать недегенеративные половые хромосомы для тех видов с множественными половыми хромосомами, идентифицируя альтернативные молекулярные механизмы, управляющие эволюцией половых хромосом через хромосомные перестройки.

Еще раз, мы должны помнить, что половые хромосомы являются динамическими структурами, и учитывать эпигенетический статус половых хромосом и содержащихся в них генов.Для некоторых видов рептилий наблюдались примеры смены пола, когда генотипический пол подавлялся сигналом окружающей среды. Одним из примеров является P. vitticeps , где яйца ZZ, инкубированные при высоких температурах, развиваются как фенотипические самки [Quinn et al., 2007; Holleley et al., 2015]. В таких случаях, эпигенетические изменения могут быть ответственны за смену пола, феномен, наблюдаемый у китайских полугладких языков ( Cynoglossus semilaevis ). У эмбрионов ZW подошвы языка, подвергнутых воздействию высоких температур, изменение метилирования ДНК вызывает активацию гена dmrt1 и инициирование мужского пути развития (т.е.э., самцы ZW с измененным полом) [Shao et al., 2014]. Эпигеномные исследования также могут быть важны для понимания определения пола у видов TSD [Venegas et al., 2016; Radhakrishnan et al., 2017] и переходы во время эволюции рептилий между режимами TSD и GSD. Однако сборки генома хорошего качества являются важным ресурсом для интерпретации эпигеномных данных.

Выводы

Молекулярная цитогенетика дала первый взгляд на эволюцию хромосом рептилий, но гораздо более глубокое понимание будет получено путем преодоления разрыва между цитогенетикой и секвенированием генома.Сейчас мы находимся на стадии, когда объединение цитогенетики с геномикой возможно для большего числа видов. Двигаясь вперед, мы должны обеспечить более тесное объединение этих подходов, а также начать включать эпигеномные данные, чтобы расшифровать механизмы, ответственные за формирование геномов рептилий и удивительно высокий оборот половых хромосом среди рептилий.

Выражение признательности

Наша текущая работа по половым хромосомам P. vitticeps и определению пола частично поддержана грантом DP170101147 Австралийского исследовательского совета.

Заявление о раскрытии информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

  1. Альфельди Дж., Ди Пальма Ф., Грабхерр М., Уильямс С., Конг Л. и др.: Геном зеленой ящерицы аноловой и сравнительный анализ с птицами и млекопитающими.Nature 477: 587-591 (2011).

  2. Баденхорст Д., Хиллиер Л. В., Литерман Р., Монтиель Э., Радхакришнан С. и др.: Физическое картирование и уточнение генома окрашенной черепахи ( Chrysemys picta ) информируют об эволюции генома амниот и бросают вызов сохранению хромосом черепахи и птицы.Genome Biol Evol 7: 2038-2050 (2015).

  3. Брэднам К.Р., Фасс Дж. Н., Александров А., Баранай П., Бехнер М. и др.: Assemblathon 2: оценка методов сборки генома de novo у трех видов позвоночных. Gigascience 2:10 (2013).

  4. Кастое Т.А., де Конинг APJ, Холл К.Т., Кард Д.К., Шилд Д.Р. и др.: Геном бирманского питона раскрывает молекулярную основу экстремальной адаптации змей.Proc Natl Acad Sci USA 110: 20645-20650 (2013).

  5. Клауссен У: Хромосомика. Cytogenet Genome Res 111: 101-106 (2005).

  6. Cocca E, Petraccioli A, Morescalchi MA, Odierna G, Capriglione T: анализ половой хромосомы Y антарктической рыбы Chionodraco hamatus (Notothenioidei, Channichthyidae) на основе лазерного микродиссекции.Comp Cytogenet 9: 1-15 (2015).

  7. Коэн М.М., Ганс Ч .: Хромосомы отряда Crocodilia. Цитогенетика 9: 81-105 (1970).

  8. Дамас Дж., О’Коннор Р., Фарре М., Ленис В. П., Мартелл Х. Дж. И др.: Обновление геномных сборок животных с коротким считыванием до уровня хромосом с использованием сравнительной геномики и универсального набора зондов.Genome Res 27: 875-884 (2017).

  9. Deakin JE, Ezaz T: Прослеживание эволюции хромосом амниот. Хромосома 123: 201-216 (2014).

  10. Deakin JE, Edwards MJ, Patel H, O’Meally D, Lian J, et al: Привязка последовательности генома к хромосомам центрального бородатого дракона ( Pogona vitticeps ) позволяет реконструировать предковые макрохромосомы чешуекрылых и определяет содержание последовательности Z-хромосомы .BMC Genomics 17: 447 (2016).

  11. Ezaz T, Quinn AE, Miura I, Sarre SD, Georges A, Marshall Graves JA: Ящерица-дракон Pogona vitticeps имеет микрополовые хромосомы ZZ / ZW. Chromosome Res 13: 763-776 (2005).

  12. Эзаз Т., Валенсуэла Н., Грюцер Ф., Миура I, Жорж А. и др.: Система половых микрохромосом XX / XY у пресноводных черепах, Chelodina longicolis (Testudines: Chelidae) с генетическим определением пола.Chromosome Res 14: 139-150 (2006).

  13. Эзаз Т., Сарре С.Д., О’Мелли Д., Маршалл Грейвс Дж. А., Жорж А. Эволюция половых хромосом у ящериц: независимое происхождение и быстрые переходы. Cytogenet Genome Res 127: 249-260 (2009).

  14. Эзаз Т., Азад Б., О’Мелли Д., Янг М.Дж., Мацубара К. и др.: Последовательность и содержание гена большого фрагмента половой хромосомы ящерицы и оценка гена-кандидата, дифференцирующего пол, R-спондин 1.BMC Genomics 14: 899 (2013).

  15. Эзаз Т., Срикульнат К., Грейвс Дж. А. Происхождение половых хромосом амниот: наследственная суперполая хромосома или общие требования? J Hered 108: 94-105 (2017).

  16. Фарре М., Робинсон Т.Дж., Руис-Эррера А.: Интегративная модель разрушения архитектуры генома, перетасовки и эволюции.Bioessays 37: 479-488 (2015).

  17. Гэмбл Т., Заркауэр Д. Идентификация полоспецифических молекулярных маркеров с использованием секвенирования ДНК, связанной с сайтом рестрикции. Мол Экол Ресур 14: 902-913 (2014).

  18. Гэмбл Т., Кориелл Дж., Эзаз Т., Линч Дж., Скантлбери Д.П., Заркауэр Д.: Секвенирование ДНК, связанное с сайтом рестрикции (RAD-seq), выявляет необычайное количество переходов между системами определения пола гекконов.Mol Biol Evol 32: 1296-1309 (2015).

  19. Гэмбл Т., Кастое Т.А., Нильсен С.В., Бэнкс Дж.Л., Кард Д.С. и др.: Открытие половых хромосом XY у удавов и питонов. Curr Biol 27: 2148-2153.e4 (2017).

  20. Гао Дж, Ли Кью, Ван З., Чжоу И., Мартелли П., Ли Ф и др.: Секвенирование, сборка de novo и аннотирование генома исчезающей китайской ящерицы-крокодила Shinisaurus crocodilurus .Gigascience 6: 1-6 (2017).

  21. Жорж А., Ли К., Лиан Дж., О’Мелли Д., Дикин Дж. И др.: Секвенирование с высоким уровнем охвата и аннотированная сборка генома австралийской ящерицы-дракона Pogona vitticeps . Gigascience 4:45 (2015).

  22. Гилберт С., Мейк Дж. М., Дашевский Д., Кард Д. К., Кастое Т. А., Шаак С. Эндогенные гепаднавирусы, борнавирусы и цирковирусы у змей.Proc Biol Sci 281: 20141122 (2014).

  23. Джованнотти М., Капуто В., О’Брайен П.С., Ловелл Флорида, Трифонов В. и др.: Сцинки (Reptilia: Scincidae) обладают высококонсервативными кариотипами, как показывает окраска хромосом. Cytogenet Genome Res 127: 224-231 (2009).

  24. Джованнотти М., Трифонов В.А., Паолетти А., Кичигин И.Г., О’Брайен ПКМ и др.: Новые взгляды на эволюцию половых хромосом у анольных ящериц (Reptilia, Dactyloidae).Хромосома 126: 245-260 (2017).

  25. Грин Р.Э., Браун Е.Л., Армстронг Дж., Эрл Д., Нгуен Н. и др.: Три генома крокодилов раскрывают наследственные закономерности эволюции архозавров. Наука 346: 1254449 (2014).

  26. Гриффин Д.К., Хаберман Ф., Масабанда Дж., О’Брайен П., Багга М. и др.: Микро- и макрохромосомные краски, полученные с помощью проточной цитометрии и микродиссекции: инструменты для картирования генома курицы.Cytogenet Cell Genet 87: 278-281 (1999).

  27. Holleley CE, O’Meally D, Sarre SD, Marshall-Graves JA, Ezaz T. и др.: Изменение пола вызывает быстрый переход от генетического пола к зависимому от температуры. Nature 523: 79-82 (2015).

  28. Джарвис Э.Д., Мирараб С., Аберер А.Дж., Ли Б., Хоуд П. и др.: Данные филогеномного анализа проекта филогеномики птиц.Gigascience 4: 4 (2015).

  29. Kasai F, O’Brien PC, Martin S, Ferguson-Smith MA: Обширная гомология макрохромосом курицы в кариотипах Trachemys scripta elegans и Crocodylus niloticus , выявленных с помощью окраски хромосом, несмотря на длительное время расхождения.Cytogenet Genome Res 136: 303-307 (2012).

  30. Кавагоши Т., Уно Ю., Мацубара К., Мацуда Ю., Нишида С. Микрополовые хромосомы ZW китайской мягкотелой черепахи ( Pelodiscus sinensis , Trionychidae, Testudines) имеют то же происхождение, что и хромосома 15 курицы. 125: 125-131 (2009).
  31. Кавагоши Т., Нисида С., Мацуда Ю.: Происхождение и процесс дифференциации хромосом X и Y черной болотной черепахи ( Siebenrockiella crassicollis , Geoemydidae, Testudines). Chromosome Res 20: 95-110 (2012).

  32. Кавагоши Т., Уно Ю., Нисида К., Мацуда Ю.: Черепахи Staurotypus и авы имеют одинаковое происхождение половых хромосом, но развили разные типы гетерогаметного определения пола.PLoS One 9: e105315 (2014).

  33. Каваи А., Нисида-Умехара С., Исидзима Дж., Цуда Y, Ота Х, Мацуда Y: различное происхождение половых хромосом птиц и рептилий, выведенное из сравнительного картирования Z-сцепленных генов кур. Cytogenet Genome Res 117: 92-102 (2007).

  34. Kawai A, Ishijima J, Nishida C, Kosaka A, Ota H, et al: Половые хромосомы ZW Gekko hokouensis (Gekkonidae, Squamata) представляют собой высококонсервативную гомологию с хромосомами птиц.Хромосома 118: 43-51 (2009).

  35. Кичигин И.Г., Джованнотти М., Макунин А.И., Нг Б.Л., Кабилов М.Р. и др.: Эволюционная динамика половых хромосом Anolis , выявленная путем секвенирования специфичной для микрохромосом ДНК, полученной с помощью потоковой сортировки. Mol Genet Genomics 291: 1955-1966 (2016).
  36. Ким Дж., Фарре М., Овиль Л., Капитану Б., Ларкин Д. М. и др.: Реконструкция и эволюционная история человеческих хромосом. Proc Natl Acad Sci USA 114: E5379-E5388 (2017).

  37. Лю И, Чжоу К., Ван И, Ло Л, Ян Дж и др.: Геном Gekko japonicus показывает эволюцию адгезивных подушечек пальцев ног и регенерацию хвоста.Нац Коммуна 6: 1-11 (2015).

  38. Маршалл Грейвс JA, Peichel CL: Связаны ли гомологии в определении пола позвоночных с общим происхождением или с ограниченными возможностями? Биология генома 11: 205 (2010).

  39. Martinez PA, Ezaz T, Valenzuela N, Georges A, Marshall Graves JA: Система гетероморфных половых хромосом XX / XY в австралийской черепахе Chelid Emydura macquarii : новый фрагмент в загадке эволюции половых хромосом у черепах.Chromosome Res 16: 815-825 (2008).

  40. Мацубара К., Таруи Х., Ториба М., Ямада К., Нисида-Умехара С. и др.: Доказательства различного происхождения половых хромосом у змей, птиц и млекопитающих и ступенчатая дифференциация половых хромосом змей. Proc Natl Acad Sci USA 103: 18190-18195 (2006).
  41. Мацубара К., Гэмбл Т., Мацуда Ю., Зарковер Д., Сарре С.Д. и др.: Негомологичные половые хромосомы у двух гекконов (Gekkonidae: Gekkota) с женской гетерогаметностью. Cytogenet Genome Res 143: 251-258 (2014).

  42. Мацуда Й., Нисида-Умехара С., Таруи Х., Куроива А., Ямада К. и др.: Высококонсервативная гомология сцепления между птицами и черепахами: хромосомы птиц и черепах являются точными копиями друг друга.Chromosome Res 13: 601-615 (2005).

  43. Matthey R: Les Chromosomes des Vertébrés. (Роуг, Лозанна, 1949).

  44. Matthey R, van Brink JM: Половые хромосомы в амниоте.Evolution 11: 163-165 (1957).

  45. Монтиэль Э., Баденхорст Д., Ли Л.С., Литерман Р., Трифонов В., Валенсуэла Н.: Цитогенетическое понимание эволюции хромосом и определения пола обнаруживает поразительную гомологию половых хромосом черепахи с аутосомами амфибий. Cytogenet Genome Res 148: 292-304 (2016).
  46. Montiel EE, Badenhorst D, Tamplin J, Burke RL, Valenzuela N: открытие самых молодых половых хромосом раскрывает первый случай конвергентной кооптации наследственных аутосом у черепах. Хромосома 126: 105-113 (2017).

  47. О’Милли Д., Миллер Х., Патель Х. Р., Грейвс Дж. А., Эзаз Т. Первая цитогенетическая карта туатары, Sphenodon punctatus .Cytogenet Genome Res 127: 213-23 (2009).

  48. О’Милли Д., Эзаз Т., Жорж А., Сарре С.Д., Грейвс Дж. Э .: Некоторые хромосомы особенно хороши для секса? Выводы из амниот. Хромосома Res 20: 7-19 (2012).

  49. Оно С: Половые хромосомы и гены, связанные с полом.(Springer, Берлин, 1967).

  50. Olmo E: Тенденции в эволюции хромосом рептилий. Integr Comp Biol 48: 486-493 (2008).

  51. Olmo E, Signorino GG: Chromorep: база данных хромосом рептилий (2005) http: // chromorep.univpm.it/.

  52. Olmo E, Capriglione T, Odierna G, Kupriyanova L: Вклад цитогенетики в систематику рептилий, в Ananjeva N, Tsinenko O (eds): Herpetologia Petropolitana. Труды 12-го орд. Gen. Meeting Soc. Евро. Herpetol 12-16 августа 2003 г., Санкт-Петербург.Russ J Herpetol 12 Suppl: 80-86 (2003).

  53. Peccinini-Seale D: Новые разработки в цитотаксономии позвоночных. IV. Цитогенетические исследования рептилий. Genetica 56: 123-148 (1981).

  54. Покорна М., Джованнотти М., Кратохвил Л., Касаи Ф., Трифонов В.А. и др.: Сильная консервация Z-хромосомы птицы в геномах рептилий выявляется сравнительной живописью, несмотря на расхождение в 275 миллионов лет.Хромосома 120: 455-68 (2011).

  55. Покорна М., Джованнотти М., Кратохвил Л., Капуто В., Олмо Е. и др.: Сохранение хромосом, синтенных с аутосомами птиц, у плоских рептилий, выявленное сравнительной окраской хромосом. Хромосома 121: 409-418 (2012).

  56. Putnam NH, O’Connell BL, Stites JC, Rice BJ, Blanchette M, et al: Сборка дробовика в масштабе хромосомы с использованием метода in vitro для связывания на большие расстояния.Genome Res 26: 342-350 (2016).

  57. Куинн А., Жорж А., Сарре С., Гуарино Ф., Эзаз Т., Грейвс Дж. А.: Изменение пола по температуре подразумевает дозировку полового гена у рептилии. Наука 316: 411 (2007).

  58. Радхакришнан С., Литерман Р., Мизогучи Б., Валенсуэла Н.: Анализы MeDIP-seq и nCpG проливают свет на половое диморфное метилирование генов развития гонад с высоким историческим метилированием у детенышей черепах с зависимым от температуры определением пола.Эпигенетика хроматина 10:28 (2017).

  59. Романов М.Н., Фарре М., Литгоу П.Е., Фаулер К.Э., Скиннер Б.М. и др.: Реконструкция общей структуры, организации и эволюции генома птиц предполагает, что ветвь курицы наиболее близка к предку динозавров-птиц. BMC Genomics 15: 1060 (2014).
  60. Rovatsos M, Altmanová M, Pokorná MJ, Kratochvil L: Новые гены, сцепленные с X, выявленные с помощью количественной полимеразной цепной реакции в зеленом аноле, Anolis carolinensis . G3 (Bethesda) 4: 2107-2113 (2014).

  61. Шаффер Х.Б., Минкс П., Уоррен Д.Е., Шедлок А.М., Томсон Р.К. и др.: Геном окрашенной в западном стиле черепахи, модель эволюции экстремальных физиологических адаптаций в медленно развивающейся ветви.Геном Биол 14: R28 (2013).

  62. Шао С., Ли К., Чен С., Чжан П., Лян Дж. И др.: Эпигенетическая модификация и наследование в изменении полового акта у рыб. Genome Res 24: 604-615 (2014).

  63. Скиннер Б.М., Гриффин Д.К.: Внутрихромосомные перестройки в эволюции генома птиц: данные о регионах, склонных к точкам разрыва.Наследственность (Edinb) 108: 37-41 (2012).

  64. Solinhac R, Leroux S, Galkina S, Chazara O, Feve K, et al: Анализ интегративного картирования организации микрохромосомы 16 цыпленка. BMC Genomics 11: 616 (2010).

  65. Song B, Cheng S, Sun Y, Zhong X, Jin J и др.: Черновой вариант генома безногой ящерицы-ангида, Ophisaurus gracilis .Gigascience 4:17 (2015).

  66. Srikulnath K, Nishida C, Matsubara K, Uno Y, Thongpan A, et al: Кариотипическая эволюция у чешуекрылых рептилий: сравнительное картирование генов выявило высококонсервативную гомологию сцепления между ящерицей-бабочкой ( Leiolepis reevesii rubritaeniata , Agamidae, Lacertilia) и японцами. четырехполосная крысиная змея ( Elaphe quadrivirgata ).Chromosome Res 17: 975-86 (2009).

  67. Srikulnath K, Uno Y, Nishida C, Matsuda Y: Эволюция кариотипа у варанов: межвидовое картирование хромосом кДНК выявляет высококонсервативную синтению и порядок генов в кладе Toxicofera. Chromosome Res 21: 805-819 (2013).

  68. Srikulnath K, Matsubara K, Uno Y, Nishida C, Olsson M, Matsuda Y: Идентификация группы сцепления Z-половых хромосом песчаной ящерицы ( Lacerta agilis , Lacertidae) и выяснение эволюции кариотипа у лацертид.Хромосома 123: 563-575 (2014).

  69. Шрикульнатх К., Уно Ю., Нишида К., Ота Х., Мацуда Ю.: Реорганизация кариотипа у геккона Hokou ( Gekko hokouensis , Gekkonidae): процесс исчезновения микрохромосом у геккота. PLoS One 10: e0134829 (2015).

  70. Tellyesniczky K: Über den Bau des Eidechsenhodens.Math Natur Ber Ungarn 13: 303-342 (1897).

  71. Толлис М., Хатчинс Э.Д., Стэпли Дж., Рупп С.М., Эккалбар В.Л. и др.: Сравнительная геномика показывает ускоренную эволюцию консервативных путей во время диверсификации аноловых ящериц. Genome Biol Evol 10: 489-506 (2018).

  72. Томашкевич М., Медведев П., Макова К.Д .: Ансамбли Y и W хромосомы: подходы и открытия.Тенденции Genet 33: 266-282 (2017).

  73. Трифонов В.А., Джованнотти М., О’Брайен П.С., Уоллдак М., Ловелл Ф. и др.: Хромосомная эволюция у Gekkonidae. I. Хромосомная окраска между видами Gekko и Hemidactylus выявляет филогенетические отношения внутри группы.Chromosome Res 19: 843-55 (2011).

  74. Трифонов В.А., Паолетти А., Капуто Барукки В., Калинина Т., О’Брайен П.С. и др.: Сравнительная окраска хромосом и распределение ЯОР предполагают сложное гибридное происхождение триплоида Lepidodactylus lugubris (Gekkonidae) PLoS One 10: e0132380 (2015).
  75. Ullate-Agote A, Milinkovitch MC, Tzika AC: последовательность генома кукурузной змеи ( Pantherophis guttatus ), ценный ресурс для исследований EvoDevo на чешуях. Int J Dev Biol 58: 881-888 (2014).

  76. Uno Y, Nishida C, Tarui H, Ishishita S, Takagi C, et al: Вывод о протокариотипах амниот и четвероногих и эволюционных процессах микрохромосом на основе сравнительного картирования генов.PLoS One 7: e53027 (2012).

  77. Валенсуэла Н., Адамс, округ Колумбия: Число хромосом и определение пола у черепах совпадают. Эволюция 65: 1808-1813 (2011).

  78. Валенсуэла Н., Нойвальд Дж. Л., Литерман Р.: Транскрипционная эволюция, лежащая в основе полового развития позвоночных.Дев Дин 242: 307-319 (2013).

  79. Венегас Д., Мармолехо-Валенсия А, Вальдес-Кесада С., Говензенский Т., Ресиллас-Тарга Ф, Мерчант-Лариос Х: диморфное метилирование ДНК во время определения пола в зависимости от температуры у морской черепахи Lepidochelys olivacea . Gen Comp Endocrinol 236: 35-41 (2016).
  80. Викозо Б., Эмерсон Дж. Дж., Зекцер Ю., Махаджан С., Бахтрог Д.: Сравнительная геномика половых хромосом у змей: дифференциация, эволюционные слои и отсутствие глобальной дозовой компенсации. PLoS Biol 11: e1001643 (2013).

  81. Völker M, Backstrom N, Skinner BM, Langley EJ, Bunzey SK, et al: Вариация числа копий, перестройка хромосом и их связь с рекомбинацией во время эволюции птиц.Genome Res 20: 503-511 (2010).

  82. Vonk FJ, Casewell NR, Henkel C.V, Heimberg AM, McCleary RJ, et al: Геном королевской кобры показывает динамическую эволюцию генов и адаптацию в системе змеиного яда. Proc Natl Acad Sci USA 110: 20651-20656 (2013).

  83. Ван К.Х., Пан С.К., Ху Л., Чжу Й., Сюй П.В. и др.: Анализ генома и открытие сигнатур для ныряния и сенсорных свойств китайского аллигатора, находящегося под угрозой исчезновения.Cell Res 23: 1091-1105 (2013).

  84. Ван З., Паскуаль-Анайя Дж., Задисса А., Ли В., Ниймура Ю. и др.: Черновые варианты геномов мягкой черепахи и зеленой морской черепахи дают представление о развитии и эволюции специфического для черепах строения тела. Нат Генет 45: 701-706 (2013).

  85. Xiong Z, Li F, Li Q, Zhou L, Gamble T и др.: Проект генома леопардового геккона, Eublepharis macularius .Gigascience 5:47 (2016).

  86. Yin W, Wang ZJ, Li QY, Lian JM, Zhou Y и др.: Эволюционные траектории генов и геномов змей, выявленные с помощью сравнительного анализа пятипроходных гадюк. Нац Коммуна 7: 13107 (2016).

  87. Янг MJ, O’Meally D, Sarre SD, Georges A, Ezaz T: Молекулярная цитогенетическая карта центрального бородатого дракона, Pogona vitticeps (Squamata: Agamidae).Chromosome Res 21: 361-374 (2013).


Автор Контакты

Джанин Э. Дикин

Институт прикладной экологии

Университет Канберры

Канберра, ACT 2617 (Австралия)

Электронная почта [email protected]


Подробности статьи / публикации

Предварительный просмотр первой страницы

Опубликовано онлайн: 16 января 2019 г.
Дата выпуска: апрель 2019 г.

Количество страниц для печати: 14
Количество рисунков: 4
Количество столов: 3

ISSN: 1424-8581 (печатный)
eISSN: 1424-859X (онлайн)

Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/CGR


Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме и любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование или с помощью какой-либо системы хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
Дозировка лекарства: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарства, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю настоятельно рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новый и / или редко применяемый препарат.
Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, причиненный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

основ генома | ONS

Аллель

Аллель — это одна из двух или более версий гена.Человек наследует два аллеля для каждого гена, по одному от каждого родителя. Если два аллеля совпадают, человек гомозиготен по этому гену. Если аллели разные, особь гетерозиготна. Хотя термин «аллель» первоначально использовался для описания вариации среди генов, теперь он также относится к вариации среди некодирующих последовательностей ДНК. 4

Базовая пара

Пара оснований — это два химических основания, связанных друг с другом, образующих «ступеньку лестницы ДНК». Молекула ДНК состоит из двух нитей, которые наматываются друг на друга, как скрученная лестница.Каждая нить имеет основу, состоящую из чередующихся сахарных (дезоксирибозных) и фосфатных групп. К каждому сахару присоединено одно из четырех оснований — аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) или тимин (T). Две нити удерживаются вместе водородными связями между основаниями, при этом аденин образует пару оснований с тимином, а цитозин образует пару оснований с гуанином. 4
Базовая пара Иллюстрация

Хромосома

Хромосома — это организованный пакет ДНК, находящийся в ядре клетки.У разных организмов разное количество хромосом. У людей 23 пары хромосом — 22 пары пронумерованных хромосом, называемых аутосомами, и одна пара половых хромосом, X и Y. Каждый родитель вносит по одной хромосоме в каждую пару, так что потомство получает половину своих хромосом от своей матери, а половину — от матери. их отец. 4
Иллюстрация хромосомы

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

ДНК — это химическое название молекулы, несущей генетические инструкции всем живым существам.Молекула ДНК состоит из двух нитей, которые наматываются друг на друга, образуя форму, известную как двойная спираль. Каждая нить имеет основу, состоящую из чередующихся сахарных (дезоксирибозных) и фосфатных групп. К каждому сахару присоединено одно из четырех оснований — аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (T). Две нити скреплены связями между основаниями; аденин связывается с тимином, а цитозин связывается с гуанином. Последовательность оснований вдоль остова служит инструкциями по сборке молекул белка и РНК.
ДНК Графический

Двойная спираль

Двойная спираль — это описание структуры молекулы ДНК. Молекула ДНК состоит из двух нитей, которые наматываются друг на друга, как скрученная лестница. Каждая нить имеет основу, состоящую из чередующихся групп сахара (дезоксирибозы) и фосфатных групп. К каждому сахару присоединено одно из четырех оснований: аденин (A), цитозин (C), гуанин (G) или тимин (T). Две нити удерживаются вместе связями между основаниями, аденин образует пару оснований с тимином, а цитозин образует пару оснований с гуанином. 4
Иллюстрация двойной спирали

Эпигенетика

Изучение наследственных изменений, которые не влияют на последовательность ДНК, но влияют на экспрессию генов. 3

Эпигеном

Термин эпигеном происходит от греческого слова epi, которое буквально означает «над геномом». Эпигеном состоит из химических соединений, которые модифицируют или маркируют геном таким образом, чтобы указывать ему, что делать, где это делать и когда это делать.Различные клетки имеют разные эпигенетические метки. Эти эпигенетические метки, которые не являются частью самой ДНК, могут передаваться от клетки к клетке по мере деления клеток и от одного поколения к другому. 4

Экзон

Экзон — это часть гена, кодирующего аминокислоты. В клетках растений и животных большинство последовательностей генов расщеплено одной или несколькими последовательностями ДНК, называемыми интронами. Части последовательности гена, которые экспрессируются в белке, называются экзонами, потому что они экспрессируются, в то время как части последовательности гена, которые не экспрессируются в белке, называются интронами, потому что они находятся между ними или мешают им. -экзоны. 4
Иллюстрация экзона

Джин

Основная единица наследственности, занимающая определенное место в хромосоме. Каждый состоит из линейно расположенных нуклеотидов. Большинство генов кодируют определенный белок или сегмент белка, ведущий к определенной характеристике или функции. 3
Ген Иллюстрация

Экспрессия гена

Экспрессия гена — это процесс, с помощью которого информация, закодированная в гене, используется для управления сборкой белковой молекулы.Клетка считывает последовательность гена группами по три основания. Каждая группа из трех оснований (кодон) соответствует одной из 20 различных аминокислот, используемых для построения белка. 4
Иллюстрация экспрессии гена

Генетика

Изучение генов и наследственности. Наследственность — это передача генетической информации и признаков (таких как цвет глаз и повышенная вероятность заболевания определенной болезнью) от родителей к потомству. 2

Генотип

Генотип — это индивидуальный набор генов.Термин также может относиться к двум аллелям, унаследованным от определенного гена. Генотип выражается, когда информация, закодированная в ДНК генов, используется для создания молекул белка и РНК. Выражение генотипа вносит свой вклад в наблюдаемые особенности человека, называемые фенотипом. 4
Иллюстрация генотипа

Линия зародыша

Зародышевая линия — это половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды), которые используются размножающимися половым путем организмами для передачи генов от поколения к поколению.Яйцеклетки и сперматозоиды называются половыми клетками, в отличие от других клеток организма, которые называются соматическими клетками. 4
Иллюстрация зародышевой линии

Геномика

Геномика относится к изучению всего генома, по сути, всех генов, которые можно найти в организме. 4

Пример : Если вы хотите изучить геномику организма или человека, вы можете секвенировать все их гены и всю их ДНК, искать изменения и проводить сравнения с геномами других людей. 4

Гаплотип

Гаплотип — это набор вариаций ДНК или полиморфизмов, которые, как правило, наследуются вместе. Гаплотип может относиться к комбинации аллелей или к набору однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), обнаруженных на одной и той же хромосоме. Информация о гаплотипах собирается Международным проектом HapMap и используется для исследования влияния генов на болезнь. 4

Гетерозигота

Гетерозиготность означает унаследование различных форм определенного гена от каждого родителя.Гетерозиготный генотип отличается от гомозиготного генотипа, когда индивидуум наследует идентичные формы определенного гена от каждого родителя. 4
Гетерозиготная иллюстрация

Гомозиготный

Гомозиготность — это генетическое заболевание, при котором человек наследует одинаковые аллели определенного гена от обоих родителей. 4
Гомозиготная иллюстрация

Интрон

Интрон — это часть гена, не кодирующая аминокислоты.В клетках растений и животных большинство последовательностей генов расщеплено одним или несколькими интронами. Части последовательности гена, которые экспрессируются в белке, называются экзонами, потому что они экспрессируются, в то время как части последовательности гена, которые не экспрессируются в белке, называются интронами, потому что они находятся между экзонами. 4
Иллюстрация интрона

Кариотип

Кариотип — это набор хромосом человека. Этот термин также относится к лабораторной технике, которая создает изображение хромосом человека.Кариотип используется для поиска аномального количества или структуры хромосом. 4
Иллюстрация кариотипа

Локус

Локус — это конкретное физическое местоположение гена или другой последовательности ДНК на хромосоме, например, генетический уличный адрес. Множественное число от locus — «loci». 4

Утрата гетерозиготности (LOH)

Если есть один нормальный и один аномальный аллель в определенном локусе, как это может быть видно при наследственном синдроме предрасположенности к аутосомно-доминантному раку, потеря нормального аллеля дает локус без нормальной функции.Когда потеря гетерозиготности затрагивает нормальный аллель, это создает клетку, которая с большей вероятностью покажет злокачественный рост, если измененный ген является геном-супрессором опухоли. 3

Микробиом

Микробиом — это весь генетический материал, содержащийся в отдельном микробе, таком как бактерия, грибковая клетка или вирус. Это также может относиться к сбору генетического материала, обнаруженного в сообществе микробов, которые живут вместе. 4
Иллюстрация микробиома

Микроспутник

Микросателлитные последовательности — это повторяющиеся последовательности ДНК, обычно длиной в несколько пар оснований.Они используются в качестве генетических маркеров для отслеживания наследования генов в семьях. 4

Промоутер

Промотор — это последовательность ДНК, необходимая для включения или выключения гена. Процесс транскрипции запускается на промоторе. Промотор, обычно находящийся в начале гена, имеет сайт связывания для фермента, используемого для создания молекулы информационной РНК (мРНК). 4
Иллюстрация промоутера

Псевдоген

Псевдоген — это последовательность ДНК, которая напоминает ген, но в ходе эволюции была видоизменена в неактивную форму.Псевдоген разделяет историю эволюции с функциональным геном и может дать представление об их общем происхождении. 4

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет собой молекулу, подобную ДНК. В отличие от ДНК, РНК одноцепочечная. Нить РНК имеет основу, состоящую из чередующихся сахарных (рибозных) и фосфатных групп. К каждому сахару присоединено одно из четырех оснований — аденин (A), урацил (U), цитозин (C) или гуанин (G). В клетке существуют различные типы РНК: информационная РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК).Совсем недавно было обнаружено, что некоторые малые РНК участвуют в регуляции экспрессии генов. 4
Иллюстрация РНК

Теломер

Теломер — это конец хромосомы. Теломеры состоят из повторяющихся последовательностей некодирующей ДНК, которые защищают хромосому от повреждений. Каждый раз, когда клетка делится, теломеры становятся короче. В конце концов теломеры становятся настолько короткими, что клетка больше не может делиться. 4
Теломер Иллюстрация

Ген дикого типа

Термин, используемый для описания гена, когда он обнаружен в его естественной, немутантной (неизмененной) форме. 2


Подкатегория: Clinical Genomics

Каскадное генетическое тестирование

Процесс распространения генетического тестирования на людей с риском наследования патогенного варианта, ранее идентифицированного у биологического родственника. Этот процесс повторяется по мере выявления в семье большего количества носителей патогенных вариантов. Этот процесс иногда называют каскадным скринингом, хотя предпочтительным термином является каскадное генетическое тестирование. 3

Пенетранс

Пенетрантность относится к вероятности возникновения клинического состояния при наличии определенного генотипа.Для болезней, начинающихся у взрослых, пенетрантность обычно описывается возрастом, полом и расположением органа носителя. 2

Пример: Пенетрантность рака груди у женщин-носительниц патогенных вариантов BRCA1 часто определяется возрастом 50 лет и возрастом 70 лет. 2

Патогномоничные

Выводы, которые являются отличительными или характерными для определенного заболевания или состояния и позволяют поставить диагноз. 2

Точная медицина

Форма лекарства, использующая информацию о собственных генах или белках человека для предотвращения, диагностики или лечения заболеваний.При раке точная медицина использует конкретную информацию об опухоли человека, чтобы помочь поставить диагноз, спланировать лечение, узнать, насколько эффективно лечение, или сделать прогноз. Также называется персонализированной медициной. 2

Пример : Примеры точной медицины включают использование таргетной терапии для лечения определенных типов раковых клеток, таких как HER2-положительные клетки рака молочной железы, или использование тестирования маркеров опухолей для диагностики рака. 2

Фармакогеномика

Исследование взаимосвязи между генетическими вариациями и реакцией нашего организма на лекарства. 6

Фенокопия

Фенотипический признак или заболевание, напоминающее признак, выраженный определенным генотипом, но у человека, который не является носителем этого генотипа. 3

Пример: Женщина с ранним началом рака груди, у которой нет варианта какого-либо гена, который, как известно, связан с раком груди.

Фенотип

Наблюдаемые характеристики человека, являющиеся результатом экспрессии генов; клиническая картина человека с определенным генотипом. 3

Пример: У человека при колоноскопии обнаружен значительный полипоз, который является физическим обнаружением, связанным с вариантами гена, такими как MUTYH и APC .

Генетические и хромосомные состояния

Что такое гены и хромосомы?

Гены являются частью клеток вашего тела. В них хранятся инструкции о том, как ваше тело растет, выглядит и работает. Ваши гены делают вас таким, какой вы есть — они помогают контролировать такие вещи, как ваш рост, вьющиеся волосы и цвет ваших глаз.Вы наследуете (получаете) гены от своих родителей.

Иногда инструкции в генах меняются. Это называется изменением гена или мутацией. Вы можете передать генетические изменения своим детям. Иногда изменение гена может вызвать проблемы со здоровьем, такие как кистозный фиброз и серповидно-клеточная анемия. Изменение гена также может вызвать врожденные дефекты, такие как пороки сердца. Это так называемые единичные генные расстройства, и они передаются по наследству. Врожденный дефект — это заболевание, которое присутствует у ребенка при рождении. Врожденные дефекты изменяют форму или функцию одной или нескольких частей тела.Они могут вызвать проблемы в общем состоянии здоровья, в том, как организм развивается или как он работает.

Хромосомы — это структуры в клетках, которые содержат гены. У каждого человека 23 пары хромосом, или всего 46 хромосом. Для каждой пары вы получаете одну хромосому от матери и одну от отца. Так же, как и гены, иногда меняются хромосомы. Может быть слишком много или слишком мало хромосом, или часть хромосомы может отсутствовать. Эти изменения могут вызвать хромосомные нарушения у ребенка. Одним из наиболее распространенных хромосомных состояний является синдром Дауна (когда существует три копии хромосомы 21).Родители могут передать хромосомные изменения своим детям или же они могут произойти сами по себе по мере развития клеток.

Любое состояние, связанное с генами или хромосомами, можно назвать генетическим состоянием.

Что такое генетическое консультирование?

Генетическое консультирование поможет вам понять, как гены, врожденные дефекты и другие заболевания передаются в семье и как они могут повлиять на ваше здоровье и здоровье вашего ребенка. Вы получите генетическую консультацию у генетического консультанта. Этот человек обучен знать о генетике, врожденных дефектах и ​​других медицинских проблемах, которые возникают в семьях.Она может помочь вам понять причины генетических заболеваний, какие виды тестирования доступны и ваши шансы родить ребенка с генетическим заболеванием. Чтобы найти консультанта по генетическим вопросам в вашем районе, поговорите со своим врачом или обратитесь в Национальное общество консультантов по генетическим вопросам.

Как узнать, подвержен ли ваш ребенок генетическому заболеванию?

Ваш ребенок может подвергаться повышенному риску генетического заболевания, если:

  • Вы ​​или ваш партнер имеете генетическое заболевание.
  • У вас есть ребенок с генетическим заболеванием.
  • Генетическое заболевание передается вам, семье или этнической группе вашего партнера. Этническая группа — это группа людей, часто из одной страны, которые имеют общий язык или культуру. Определенные генетические заболевания, такие как серповидно-клеточная анемия и болезнь Тея-Сакса, чаще встречаются у людей из определенных этнических групп. Например, люди, которые являются евреями-ашкеназами, чаще других страдают Тай-Саксом и другими генетическими заболеваниями.

Ваш врач и генетический консультант используют историю вашего семейного здоровья, чтобы узнать больше о генах, хромосомах и вещах в вашей жизни, которые могут повлиять на ваше здоровье и здоровье вашего ребенка.Семейный анамнез — это запись любых состояний здоровья и лечения, которые прошли вы, ваш партнер и все члены вашей семьи. Воспользуйтесь нашей формой семейного анамнеза и поделитесь ею со своим врачом.

Какие тесты вы можете пройти до беременности, чтобы узнать о генетических заболеваниях, которые могут повлиять на вашего ребенка?

Перед беременностью вы можете пройти тесты на носительство, которые проверят вашу кровь или слюну, чтобы определить, являетесь ли вы носителем определенных генетических заболеваний. Если вы носитель, у вас нет этого заболевания, но у вас есть изменение гена, которое вы можете передать своему ребенку.

Если и вы, и ваш партнер являетесь носителями одного и того же заболевания, риск заражения вашего ребенка возрастает. Тестирование до беременности может помочь вам и вашему партнеру оценить риск для вашего ребенка и принять решение о беременности. Ваш партнер тоже может пройти тестирование. Скрининг оператора связи — ваш выбор. Вам не обязательно иметь его, если вы этого не хотите, даже если ваш провайдер рекомендует это.

Все женщины, которые думают о беременности, могут пройти обследование на:

  • Муковисцидоз (также называемый МВ).CF — это состояние, которое влияет на дыхание и пищеварение. Пищеварение — это то, как ваш организм переваривает пищу, которую вы едите.
  • Спинальная мышечная атрофия (также называемая СМА). СМА — это заболевание, поражающее нервные клетки спинного мозга. Он ослабляет мышцы и может повлиять на ползание, ходьбу, дыхание, глотание и контроль головы и шеи.
  • Thalassemias. Это состояния крови, при которых в организме вырабатывается меньше здоровых эритроцитов и гемоглобина, чем обычно. Гемоглобин — это белок красных кровяных телец.
  • Гемоглобинопатии. Эти условия влияют на эритроциты в организме.

Некоторые женщины проходят скрининг на носительство при определенных заболеваниях, присущих семьям или этническим группам. Этническая группа — это группа людей, часто из одной страны, которые имеют общий язык или культуру. Ваш поставщик услуг рекомендует проверить носителя на наличие состояний, основанных на вашей семейной истории или этнической группе, в том числе:

  • Синдром ломкой Х-хромосомы. Это состояние возникает, когда организм не может вырабатывать достаточное количество белка, необходимого для роста и развития мозга.Если в вашей семье присутствует синдром ломкой Х-хромосомы, врач может порекомендовать пройти тестирование на носителя.
  • Болезнь Тея-Сакса. Это состояние, при котором умирают нервные клетки в головном мозге и позвоночнике. Это чаще встречается у людей, которые являются евреями из Центральной и Восточной Европы (также называемыми евреями-ашкенази), франко-канадскими, луизианскими каджунами или амишами старого порядка из Пенсильвании.

Если вы или ваш партнер являетесь носителем (вы прошли тестирование, чтобы выяснить это) и проходите лечение бесплодия, называемое экстракорпоральным оплодотворением (также называемое ЭКО), вас может заинтересовать тест, называемый предимплантационным тестированием (также называемый предимплантационная генетическая диагностика или ПГД).При ЭКО яйцеклетка и сперма объединяются в лаборатории для создания эмбриона (оплодотворенной яйцеклетки), который затем имплантируется (помещается) в вашу матку. Этот тест проверяет клетки эмбриона на наличие изменений генов, прежде чем они будут имплантированы в вашу матку. Имплантируются только здоровые эмбрионы (без изменения гена). Ваш врач или генетический консультант может помочь вам понять результаты ваших анализов и вероятность передачи генетического заболевания вашему ребенку.

После любого тестирования вы и ваш партнер разговариваете со своим врачом и генетическим консультантом, чтобы понять результаты и то, как они могут повлиять на вас, вашего ребенка и вашу семью.Знание о том, находится ли ваш ребенок в группе риска врожденного дефекта, может помочь вам принять решение о будущем ребенка и составить планы по уходу за ним и лечению после рождения.

Какие анализы вы можете пройти во время беременности, чтобы узнать о генетических заболеваниях, которые могут повлиять на вашего ребенка?

Тесты, которые вам могут понадобиться во время беременности, включают:

  • Скрининговые тесты, включая тестирование внеклеточной ДНК плода, скрининг в первом триместре и скрининг крови матери (также называемый квадратором). Эти тесты говорят вам, находится ли ваш ребенок в группе риска по определенным генетическим заболеваниям. Вы можете пройти эти тесты как часть пренатальных тестов в первом или втором триместре беременности. Американский колледж акушеров и гинекологов рекомендует, чтобы медицинские работники предлагали всем беременным женщинам скрининговые тесты на хромосомные состояния, включая синдром Дауна. В зависимости от результатов теста ваш врач может порекомендовать диагностические тесты, чтобы точно определить, есть ли у вашего ребенка генетическое заболевание.
  • Диагностические тесты, включая амниоцентез (также называемый амнио) и забор проб ворсинок хориона (также называемый CVS). Если скрининговый тест показывает, что ваш ребенок может быть подвержен риску заболевания, ваш поставщик медицинских услуг назначит вам диагностический тест, например амнио или сердечно-сосудистую систему, чтобы убедиться в этом наверняка. Ваш врач также может проверить кровь вашего ребенка на наличие определенных генетических заболеваний после его рождения.

Опять же, после любого тестирования вы и ваш партнер можете поговорить со своим врачом и генетическим консультантом о том, как результаты теста могут повлиять на вас, вашего ребенка и вашу семью.

Каковы преимущества и риски тестирования?

Преимущества тестирования — это изучение и знание состояния вашего ребенка:

  • Вы ​​можете узнать, что ваш ребенок не подвержен риску или не имеет генетического заболевания.
  • Если вы обнаружите, что у вашего ребенка может быть заболевание, вы можете узнать о способах его предотвращения или узнать о дополнительных исследованиях.
  • Если вы обнаружите, что у вашего ребенка действительно есть заболевание, вы можете принять решение о его уходе.Возможно, вы захотите рожать в больнице, где есть лучшие поставщики и оборудование для лечения и ухода за вашим ребенком. И вы можете узнать о лечении и доступных услугах после того, как заберете своего ребенка домой.

Риски тестирования включают:

  • Тестирование может повлиять на ваши чувства. Вы можете злиться, грустить или нервничать по поводу результатов анализов.
  • Тестирование может повлиять на членов семьи. Вы можете узнать о заболевании, которое встречается в вашей семье, и не все в вашей семье могут захотеть узнать об этом заболевании или поговорить о нем.Не все в вашей семье могут захотеть поделиться медицинской информацией.
  • Обследование может не сказать вам всего, что вам нужно знать о состоянии вашего ребенка. Например, он может не сказать вам, насколько серьезно состояние или может ли оно со временем ухудшиться. Или тест может быть безрезультатным. Это означает, что он не дает достаточно информации о состоянии вашего ребенка. Если результаты неубедительны, возможно, вам потребуется дополнительное тестирование.
  • Даже если вы знаете о состоянии своего ребенка, его может не найти или ограничить лечение.

Физические риски тестирования невелики. Многие тесты используют только образец крови или слюны. Такие тесты, как амнио и CVS, имеют небольшой риск выкидыша, потому что они берут образец жидкости или ткани вокруг ребенка.

Какие проблемы могут вызвать генетические заболевания во время и после беременности?

Иногда генетические заболевания могут вызвать выкидыш или мертворождение. Выкидыш — это когда ребенок умирает в утробе матери до 20 недели беременности. Более половины выкидышей вызваны хромосомными нарушениями.Мертворождение — это смерть ребенка в утробе матери до рождения, но после 20 недель беременности.

Каждый ребенок, рожденный с генетическим заболеванием, индивидуален. Проблемы зависят от того, какие хромосомы затронуты. У некоторых детей нет серьезных проблем. У некоторых может быть умственная отсталость, врожденные дефекты или и то, и другое. Интеллектуальная недостаточность — это проблемы с работой мозга, которые могут вызвать у человека проблемы или задержки в физическом развитии, обучении, общении, уходе за собой или в отношениях с другими.

Являются ли гены и хромосомы причиной всех заболеваний и врожденных дефектов?

Нет. Они вызывают некоторые, но не все. Мы не знаем всех причин, но любая из этих вещей до или во время беременности может повысить вероятность рождения вашего ребенка с заболеваниями или врожденными дефектами:

Дополнительная информация

Последнее обновление: май 2017 г.

Frontiers | Сборка генома на уровне хромосом и комплексные транскриптомы моллюска-бритвы (Sinonovacula constricta)

Введение

Китайский моллюск-бритва Sinonovacula constricta (Lamarck, 1818) — член семейства двустворчатых моллюсков Solenidae , известный своей прямой бритвенной формой и хрупкими раковинами (Morton, 1984).Он широко распространен в приливной зоне вдоль западной части Тихого океана и участвует в пелаго-бентическом жизненном цикле (Wang and Xu, 1997). В качестве адаптации к образу жизни, зарождающейся в глубоких зарослях, бритвенный моллюск характеризуется гладкой раковиной, мускулистой стопой и удлиненными сифонами (Morton, 1984). Благодаря относительно короткому производственному циклу и высокой продуктивности моллюск-бритва стал одним из самых важных видов двустворчатых моллюсков в Азии, объем производства которых в 2017 году превысил 800000 метрических тонн (FAO, 2019).

Обитая в устье и приливной зоне, бритвенный моллюск сталкивается с огромным воздействием экстремальных экологических стрессов, таких как резкие колебания солености, сильно изменяющаяся температура, высокая концентрация аммиачного азота и сероводорода (Morton, 1984). В отличие от устриц, мидий и большинства моллюсков с толстыми и запечатанными раковинами для защиты своего мягкого тела, бритвенный моллюск с двумя тонкими и незакрытыми раковинами выбрал стратегию выживания — глубоко роющий образ жизни с высокой толерантностью к широкому диапазону солености (5–45). psu) (Morton, 1984; Peng et al., 2019). Следовательно, это идеальная модель для исследования адаптивных механизмов глубоко роющего образа жизни. Несмотря на то, что были получены увеличенные геномные последовательности (Dong et al., 2019; Ran et al., 2019) и транскриптомные данные (Niu et al., 2013), полного спектра пространственно-временных транскриптомов все еще недостаточно для изучения его уникальной биологии. и адаптивная эволюция.

Здесь мы сгенерировали высококачественную сборку генома на хромосомном уровне и полные транскриптомы S.constricta и исследовали транскриптомные изменения при воздействии солености и аммиака. Эти геномные ресурсы заложат главную основу для будущих исследований адаптивной эволюции, связанной с образом жизни, и генетического улучшения коммерческих программ разведения моллюсков-бритвенных моллюсков.

Данные

Схема эксперимента проиллюстрирована на рисунке 1. Всего для сборки генома S. constricta было использовано 386,2 ГБ чистых данных, включая 129,73 ГБ чтения Illumina, 101.Pacbio читает 79 Гбайт, а Hi-C — 154,68 Гбайт (таблица 1). Размер генома был оценен в 1244,27 мегабайта с коэффициентом гетерозиготности 1,53% и частотой повторения 53,12%, что согласуется с результатами предыдущего исследования (Ran et al., 2019). При использовании конвейера WTDBG в результате была получена сборка 1331,97 Мб с контигом N50 678 857 пар оснований (Таблица 1). Контиги были сгруппированы в 19 групп сцепления с использованием Lachesis (рис. 2A), что соответствовало анализу кариотипа (Wang et al., 1998). Длина окончательной сборки составила 1331,28 МБ, а подмости N50 — более 57,99 МБ. Геном S. constricta продемонстрировал замечательный уровень макросинтении по отношению к предковым группам двустороннего сцепления с индексом консервации (CI) 0,71, что указывает на высокую точность кластеризации Hi-C (Рисунок 2B; Simakov et al., 2013; Wang et al., 2017). Целостность геномной сборки оценивали путем сопоставления считываний Illumina. Таким образом, 88,90% геномных последовательностей были покрыты 93.93% от общего числа прочтений (Таблица S1). Анализ Core Eukaryotic Genes Mapping Approach (CEGMA) (Parra et al., 2007) и Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs (BUSCO версия 3) также выявили высокий уровень полноты, идентифицировав 227 из 248 основных эукариотических генов (91,53). %) и 868 из 978 почти универсальных однокопийных ортологов многокопийных животных (88,7%), соответственно (Таблицы S2, S3).

Рисунок 1 . Обзор экспериментального плана и конвейера обработки данных.Иллюстрации анатомической структуры (A) и жизненного цикла (B) из S. constricta . План эксперимента для солевого стресса (C) и аммиачного азота (D) . Конвейеры для секвенирования, сборки и аннотации генома (E) , полноразмерного секвенирования и анализа транскриптома (F) и секвенирования и анализа транскриптома Illumina (G) .

Таблица 1 . Сводная статистика сборки генома Sinonovacula constricta .

Рис. 2. (A) Филогенетическое дерево и количество общих ортологов у S. constricta и других видов животных. Количество семейств генов, подвергающихся расширению и сокращению для каждой линии, обозначено красным и зеленым цветом соответственно. (B) Сравнение числа копий генов тяжелой цепи динеина ( DYH ) и альфа-тубулина ( TUA ) у 8 видов моллюсков. (C – D) Паттерны тканевой экспрессии генов DYH и генов TUA .G, жабра; L, печень; A. приводящая мышца; М, мантия; F, стопа; S, сифон. (E) Тепловая карта взаимодействия Hi-C для S. constricta . (F) Макросинтения на основе хромосом между S. constricta и 17 предполагаемыми двунаправленными ALG, полученными от Simakov et al. (2013).

Геномная аннотация идентифицировала 50,71% собранного генома как повторяющиеся последовательности. В повторяющихся последовательностях преобладали тандемные повторы (15,39%), за которыми следовали ДНК-транспозоны (14.38%) и ретротранспозоны LTR (10,84%) (Таблица S4). Используя комбинацию предсказания de novo , гомологичного предсказания и выравнивания транскриптомных данных, были аннотированы 26 270 генов, кодирующих белок (Таблица S5). В общей сложности 26 140 (99,5%) генов могут быть функционально аннотированы по крайней мере в одной базе данных (Таблица S6).

Набор генов S. constricta сравнивали с пятнадцатью видами эуметазоа, в том числе Homo sapiens, Branchiostoma floridae, Drosophila melanogaster, Apis mellifera, Helobdella robusta, Capitella teleta, Octopus bimacuigantea, Crazyssalyssalyssa lyssa, Crazyssia gimaculoides, Lottia gimaculoides. virginica, Saccostrea glomerata, Patinopecten yessoensis, Chlamys farreri и Nematostella vectensis .Белки всех 16 видов были отнесены к 39 058 семействам с 337 строгими однокопийными ортологами. Филогенетический вывод с максимальной вероятностью этих однокопийных ортологов показал, что S. constricta отклонились от линии, которая привела к устрицам и гребешкам ~ 494 миллиона лет назад (Mya; рис. 2C). Среди 12 945 семейств генов, идентифицированных в геноме S. constricta , 193 и 31 семейство генов были значительно расширены и сокращены соответственно (рис. 2С). Примечательно, что семейства цитоскелетного белка альфа тубулина ( TUA ) и тяжелой цепи моторного белка динеина ( DYH ) быстро расширились в S.constricta (рисунок 2D, рисунки S1, S2). Эти семейства играют жизненно важную роль в архитектуре микротрубочек и изгибном движении ресничек (Mohri et al., 2012). У моллюска-бритвы высокоразвитая ресничная система для фильтрации жабр, удержания частиц пищи и перекачивания воды (Morton, 1984). Соседние реснички генерируют эффективные удары за счет скоординированных волнообразных движений. Скорость откачки цилиарной системы в жаберной и мантийной полости можно регулировать, чтобы генерировать мощные токи, которые облегчают принципиальную сортировку и удержание взвешенных частиц в губных щупиках.Вытоки также могут вытекать из зазора педали, чтобы смыть источники раздражения, обнаруживаемые сенсорными щупальцами (Morton, 1984). Транскриптомные данные показали, что высокие уровни генов TUA и DYH экспрессируются в жабрах (рисунки 2E, F), что указывает на то, что распространение этих генов может быть адаптацией к образу жизни с глубокими зарослями.

Молекулярные адаптации S. constricta к колебаниям соли были проанализированы путем сравнения полных транскриптомных изменений при солености 3, 25 и 38 psu (Рисунок S3).В общей сложности 462 гена с усиленной регуляцией и 655 гена с пониженной регуляцией были идентифицированы при повышенной солености. Функциональный анализ показал, что эти дифференциально экспрессируемые гены (ДЭГ) были значительно обогащены метаболизмом хитина, иммунным ответом, активностью рецептора скавенджера и активностью АТФазы, связанной с трансмембранным перемещением вещества. Столкнувшись с пониженной соленостью, S. constricta усилили экспрессию 898 генов и подавили 826 генов. Анализ обогащения показал, что эти ДЭГ в основном связаны со связыванием ионов переходных металлов и окислительно-восстановительным процессом.Устойчивость бритвенных моллюсков к стрессу аммиачного азота исследовали с помощью транскриптомного анализа (рис. S4). В жабрах 1029 и 386 генов были активированы и подавлены после введения аммиака, соответственно. Функциональный анализ показал, что ДЭГ значительно улучшили регуляцию метаболизма азота и транспорта азота. Меньшее количество DEG было идентифицировано в печени, включая 248 гена с повышенной и 58 с пониженной регуляцией, соответственно. Анализ GO и KEGG показал, что DEGS были значительным обогащением в ответ на стресс, активность экзопептидазы и связывание ионов меди.

Материалы и методы

Получение геномной ДНК, PacBio и секвенирование Illumina

Особь S. constricta была собрана из маточного поголовья генетического селекционного центра Университета Чжэцзян Ванли. Геномную ДНК экстрагировали из приводящей мышцы фенол-хлороформом, как описано (Green and Sambrook, 2012). Геномную ДНК с высоким молекулярным весом разрезали на фрагменты размером ~ 30 т.п.н. с использованием ультразвукового устройства Covaris (Covaris Inc., Woburn, MA, USA).Фрагменты были ферментативно восстановлены и преобразованы в библиотеку шаблонов SMRTbell ™ в соответствии с инструкциями производителя. Отбор по размеру выполняли для обогащения фрагментов ДНК длиной более 10 т.п.н. для секвенирования на платформе Pacific Biosciences (PacBio) Sequel Single Molecule Real Time (SMRT). Библиотеку Illumina с парными концами с размером вставки 350 п.н. получали с использованием наборов для подготовки образцов геномной ДНК Illumina и секвенировали в системе Illumina Xten. Приводящую мышечную ткань моллюска-бритвы из той же популяции собирали для создания библиотеки Hi-C.Образец фиксировали 1% формальдегидом и геномную ДНК подвергали поперечной сшивке, расщепляли рестрикционным ферментом Mbo I, метили биотинилированным остатком и отремонтировали конец. Библиотеку секвенировали на платформе Illumina NovaSeq.

Оценка размера генома и охвата секвенированием

Считывания Illumina были сначала обрезаны для удаления адаптеров и считываний с> 10% неоднозначными или> 20% низкокачественными базами с использованием пакета Trimmomatic (Bolger et al., 2014).Распределение частоты 17-мер было оценено с использованием чистых считываний. Размер генома оценивался по формуле: размер генома = число k-мер / глубина пика (Varshney et al., 2011).

De novo Сборка генома и оценка качества

длинных чтений PacBio были собраны с использованием пакета WTDBG (Руан и Ли, 2019). Консенсусный вызов предыдущей сборки был проведен с помощью wtdbg-cns для уменьшения ошибок секвенирования и последующей полировки с помощью Arrow (SMRT Link v 5.1.0). Чтобы гарантировать высокую точность сборки генома, чистые считывания парных концов Illumina были сопоставлены со сборкой с помощью BWA. Ошибка постобработки была исправлена, а конфликты сборки разрешены с помощью Pilon (Walker et al., 2014).

Считывания HiC были усечены на стыках и выровнены по полированному геному с использованием BWA (версия 0.7.17) с параметрами по умолчанию. Дальнейшей обработке подвергались только уникальные выровненные чтения с качеством отображения> 20. После фильтрации недопустимых пар взаимодействий с помощью HiC-Pro (v.2.8.0) (Servant et al., 2015) допустимые пары использовались для оценки силы взаимодействия между контигами всего генома. Lachesis (версия 2e27abb) использовался для кластеризации и закрепления контигов на хромосомах с использованием агломеративной иерархической кластеризации (Burton et al., 2013).

Для оценки целостности сборки генома считывания Illumina были сопоставлены с контигами с помощью BWA (версия 0.6.2). Полноту генома также оценивали с использованием подхода картирования основных эукариотических генов (CEGMA) (Parra et al., 2007) и Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs (BUSCO version 3) (Waterhouse et al., 2017).

Повторяющаяся аннотация последовательности

Повторяющиеся последовательности в сборке генома были идентифицированы с помощью ab initio предсказаний и поисков на основе гомологии. Повторяющиеся семейства в геноме S. constricta были идентифицированы de novo с использованием RepeatScout (версия 1.0.5) и Repeat Modeler (версия 1.0.11). Полноразмерные ретротранспозоны с длинным концевым повтором (LTR) также были идентифицированы с помощью LTR-finder (версия 1.0.2) (Xu and Wang, 2007) с параметрами «-E –C». Тандемные повторы были проверены с помощью Tandem Repeats Finder (TRF версия 4.09) (Benson, 1999) с параметрами «совпадение = 2, штраф за несоответствие = 7, штраф за несоответствие = 7, вероятность совпадения = 80, вероятность отступа = 10, минимальный балл за согласование = 50, максимальный размер периода = 500 ». Предсказанные повторяющиеся последовательности вместе с базой данных RepBase (Bao et al., 2015) использовались для поиска на основе гомологии с использованием Repeatmasker (версия 4.5.0) с параметрами «-a -nolow -no_is -norna -parallel 32 -small — xsmall -poly -e ncbi -pvalue 0.0001 »(Tarailo-Graovac and Chen, 2009).

Прогнозирование генов, кодирующих белок, и аннотации

Гены, кодирующие белок, были аннотированы на основе предсказания de novo , поиска на основе гомологии и методов с использованием транскриптомов. Последовательности белков 11 видов (таблица S5) были сопоставлены со сборкой генома с использованием TBLASTN с параметрами «-evalue 1e-5». Структуры генов были предсказаны с помощью GeneWise (версия 2.4.1) (Doerks et al., 2002). Считывания РНК-seq Illumina восьми тканей и восьми стадий развития были сопоставлены со сборкой генома с помощью Tophat (версия 2.1.1) (Trapnell et al., 2009), а модели генов были созданы с использованием Cufflinks (версия 2.1.0) (Trapnell et al., 2010) с параметром «-multi-read-corrective». Полученный файл GTF и транскрипты PacBio Iso-seq были использованы для моделирования структур генов с помощью конвейера PASA (версия 2.0.2) (Haas et al., 2008). De novo пакетов для прогнозирования генов, включая Augustus (версия 2.5.5) (Stanke et al., 2006), glimmerHMM (версия 3.01) (Majoros et al., 2004), SNAP (версия 2006-07-28) (Leskovec and Sosic, 2016), Geneid (версия 1.4) (Parra et al., 2000) и Genscan (версия 3.1) (Burge and Karlin, 1997) были использованы для прогнозирования генов с последовательностями генома с замаскированными повторами. Все доказательства генной модели были объединены с использованием EVidenceModeler (версия 1.1.1) (Haas et al., 2008).

Функциональная аннотация была выполнена путем сопоставления предсказанных белковых последовательностей с общедоступными базами данных, включая KEGG, SwissProt и NCBI-NR, с использованием BLASTP с пороговым значением E-value 1e-5. InterProScan (v.4.8) (Jones et al., 2014) также использовался для идентификации мотивов и доменов, полученных в результате поиска в базах данных Pfam, InterPro и Gene Ontology (GO).

Предсказание и аннотация некодирующей РНК

Некодирующие гены РНК, включая миРНК, рРНК, мяРНК и тРНК, были аннотированы в геноме S. constricta . Трансферная РНК была предсказана tRNAscan-SE 2.0 (Lowe and Chan, 2016) с параметрами эукариот. MiRNA и snRNA были скринированы с использованием INFERNAL 1.1.2 против базы данных Rfam (версия 14.1) (Kalvari et al., 2018) с параметрами по умолчанию (Таблица S7).

Идентификация семейств генов и филогенетический анализ

Пятнадцать видов Eumetazoan были отобраны для анализа семейства генов.Все данные были загружены либо из NCBI, либо из Ensembl. Была выбрана самая длинная последовательность белка, представляющая ген с множеством альтернативных изоформ сплайсинга. Кластеры семейств генов от всех 16 видов были впервые определены с помощью OrthoMCL (версия 2.0.9) (Li et al., 2003) со значением инфляции 1,5. Расширение и сокращение семейства генов в рамках модели максимального правдоподобия анализировали с помощью CAFE (версия 3) (De Bie et al., 2006).

Филогенетические выводы 16 видов были выполнены с использованием 337 однокопийных ортологов.Множественные последовательности были выровнены для белковых последовательностей каждого гена ортолога с использованием MUSCLE (версия 3.8.31) (Edgar, 2004). Совмещения всех ортологов затем были объединены в матрицу супер-совмещения. RAxML (версия 8.2.12) (Stamatakis, 2014) использовался для вывода матрицы выравнивания с помощью метода максимального правдоподобия с моделью замены PROTGAMMAAUTO. Поддержка узлов была обеспечена путем начальной загрузки со 100 репликами. Время, когда виды разошлись, оценивалось с помощью MCMCTree в пакете PAML (версия 4.7a) (Yang, 1997) с параметрами «выгорание = 1000, количество выборок = 1,000,000, частота выборок = 2».

Транскриптомное секвенирование и анализ

Для секвенирования РНК было собрано

эмбрионов (яйца, четыре клетки, бластулы, гаструлы), личинок (трохофоры, D-образные, личинки умбо и молодые особи) и взрослых особей S. constricta . Восемь тканей / органов (жабры, печень, стопа, мантия, приводящая мышца, сифон, яичник и семенник) были вырезаны у трех человек. Все образцы мгновенно замораживали в жидком азоте и хранили при -80 ° C до использования.Полноразмерную РНК секвенировали с использованием смешанной РНК из образцов восьми стадий развития и восьми взрослых тканей. Три библиотеки с разной длиной вставки (например, 1-2k, 2-3k и 3-6k) были сконструированы и секвенированы на платформе PacBio Sequel. Транскриптом полноразмерной РНК анализировали с помощью программного обеспечения SMRT Link (v4.0.0). После кластеризации избыточных последовательностей с использованием алгоритма ICE, построения консенсусной последовательности с использованием алгоритма DAGCon и полировки с помощью Quiver. Затем транскрипты были отшлифованы и исправлены с использованием чтения Illumina с LoRDEC (Salmela and Rivals, 2014).Наконец, исправленные транскрипты были дополнительно объединены с CD-HIT (версия 4.6) (Li and Godzik, 2006).

Для выявления генов и путей, участвующих в толерантности к колебаниям соли и аммиака. S. constricta подвергались солевому стрессу в течение 16 часов при температуре 22 ° C при низкой солености (3 psu), высокой солености (38 psu) и нормальной солености (25 psu). Для каждой группы было установлено три резервуара-репликатора по 10 человек в каждой реплике. Жабры отделяли от трех особей в каждой повторности и хранили при -80 ° C.Для введения аммиака две группы S. constricta подвергали воздействию общего аммиачного азота (TAN) при концентрации 180 и 0,31 мг / л в течение 72 часов (15 ° C, морская вода 23% и pH 8,17). Для каждой группы было установлено по три дублирующих резервуара по 80 человек в резервуаре. Образцы жабр и печени были взяты у трех особей в каждой повторности и сохранены при -80 ° C. Тотальную мРНК экстрагировали с использованием TRIzol (Omega Bio-Tek Inc., Норкросс, Джорджия, США). Библиотеки РНК были сконструированы и секвенированы на системе Illumina X Ten.Затем необработанные чтения были отфильтрованы с помощью Trimmomatic (Bolger et al., 2014) (Таблица S8). Чистые чтения были сопоставлены с индексированным эталонным геномом с использованием Hisat2 версии 2.0.5 (Kim et al., 2015). Числа чтения, сопоставленные с каждым геном, подсчитывались с помощью featureCounts версии 1.5.0 (Liao et al., 2014). Различно экспрессируемые гены (DEG) между различными экспериментальными группами были идентифицированы с использованием пакета DESeq2 R версии 1.16.1 с скорректированным значением P <0,05 (Love et al., 2014). Обогащение онтологией генов (GO) DEG анализировали с помощью кластера Profiler 3.Пакет 4.4 R с исправленным P <0,05 принят как значительно обогащенный GO термы (Yu et al., 2012).

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, можно найти в NCBI под номерами доступа WSYO00000000.1. Исходные данные секвенирования PacBio, Illumina и Hi-C для сборки генома депонируются в архиве считывания последовательностей NCBI (SRA) с номерами доступа SRR10605359 – SRR10605381, SRR10583055 и SRR10586373. Необработанные данные секвенирования транскриптома доступны в NCBI SRA под номерами доступа SRR10753889 – SRR10753895, SRR2162883, SRR2162887, SRR2162892, SRR2162895, SRR2162898, SRR2162902, SRR9937008 – SRR1009737013, SRR9937008 – SRR10099370499, SRR9937008 – SRR10099370499 – SRR

Заявление об этике

Все экспериментальные процедуры были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Университета Чжэцзян Ванли, Китай.

Авторские взносы

YD, ZL и ZB задумали проект. HY, WR и LH провели анализ экологического стресса и собрали образцы. QZ, SW, JR и LL выполнили сборку генома, аннотацию, анализ транскриптома и другой биоинформатический анализ. YD, JR, QZ, SW и QX написали и отредактировали рукопись.Все авторы прочитали и одобрили окончательную рукопись.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной программы ключевых исследований и разработок Китая (№ 2018YFD05), Главной программы науки и технологий провинции Чжэцзян (№ 2016C02055-9), Системы исследования современных агропромышленных технологий (№ CARS-49). ), Ningbo Major Project of Science and Technology (No. 2019B10005) и Taishan Scholar Project Fund провинции Шаньдун в Китае (на юго-запад).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта рукопись была опубликована в качестве препринта на сайте bioRxiv (Dong et al., 2019).

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2020.00664/full#supplementary-material

Список литературы

Бертон, Дж., Адей, А., Патвардхан, Р., Цю, Р., Кицман, Дж., И Шендуре, Дж. (2013). Хромосомный каркас из de novo геномных сборок, основанный на взаимодействиях хроматина. Нат. Биотехнология . 31, 1119–1125. DOI: 10.1038 / NBT.2727

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Би Т., Кристианини Н., Демут Дж. И Хан М. (2006). CAFE: вычислительный инструмент для изучения эволюции семейства генов. Биоинформатика 22, 1269–1271. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btl097

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доеркс, Т., Копли, Р., Шульц, Дж., Понтинг, К., и Борк, П.(2002). Систематическая идентификация новых семейств белковых доменов, связанных с ядерными функциями. Genome Res. 12, 47–56. DOI: 10.1101 / gr.203201

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Донг, Ю., Цзэн, К., Рен, Дж., Яо, Х., Руань, В., Львов, Л. и др. (2019). Сборка генома на хромосомном уровне и комплексные транскриптомы китайского бритвенного моллюска ( Sinonovacula constricta ) с глубоко роющим образом жизни и адаптацией к засолению в широком диапазоне. BioRxiv [Препринт] 735142. DOI: 10.1101 / 735142

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грин М., Сэмбрук Дж. (2012). Молекулярное клонирование: лабораторное руководство. 4-е изд. Vol. II. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор.

Хаас, Б. Дж., Зальцберг, С. Л., Чжу, В., Пертеа, М., Аллен, Дж. Э., Орвис, Дж. И др. (2008). Автоматическая аннотация структуры гена эукариот с помощью EVidenceModeler и программы для сборки сплайсированных выравниваний. Genome Biol. 9: R7. DOI: 10.1186 / GB-2008-9-1-r7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, П., Биннс, Д., Чанг, Х. Ю., Фрейзер, М., Ли, В., МакАнулла, К. и др. (2014). InterProScan 5: классификация функций белков в масштабе генома. Биоинформатика 30, 1236–1240. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btu031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кальвари И., Навроцкий Э. П., Аргасинская Ю., Quinones-Olvera, N., Finn, R.D., Bateman, A., et al. (2018). Анализ некодирующей РНК с использованием базы данных RFAM. Curr. Protoc. Биоинформатика 62: e51. DOI: 10.1002 / cpbi.51

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли В., Годзик А. (2006). Cd-hit: быстрая программа для кластеризации и сравнения больших наборов белковых или нуклеотидных последовательностей. Биоинформатика 22, 1658–1659. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btl158

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ляо, Ю., Смит, Г. К., и Ши, В. (2014). featureCounts: эффективная программа общего назначения для сопоставления считываний последовательностей с геномными функциями. Биоинформатика 30, 923–930. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btt656

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоу, Т. М., и Чан, П. П. (2016). tRNAscan-SE On-line: интеграция поиска и контекста для анализа генов транспортной РНК. Nucleic Acids Res. 44, W54 – W57. DOI: 10.1093 / nar / gkw413

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Майорос, W.Х., Пертеа М. и Зальцберг С. Л. (2004). TigrScan и GlimmerHMM: два первых эукариотических геноискателя с открытым исходным кодом. Биоинформатика 20, 2878–2879. DOI: 10.1093 / биоинформатика / bth415

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мохри, Х., Инаба, К., Исидзима, С., и Баба, С. А. (2012). Тубулин-динеиновая система в движении жгутиков и ресничек. Proc. Jpn. Акад. Сер. B Phys. Биол. Sci. 88, 397–415. DOI: 10.2183 / pjab.88.397

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мортон, Б.(1984). Функциональная морфология Sinonovucufu constvictu с обсуждением таксономического статуса Novaculininae (Bivalvia). J. Zool. Лондон. 202, 299–325. DOI: 10.1111 / j.1469-7998.1984.tb05085.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниу, Д., Ван, Л., Сан, Ф., Лю, З., и Ли, Дж. (2013). Разработка молекулярных ресурсов для литорального моллюска, Sinonovacula constricta , с использованием секвенирования транскриптома 454. PLoS ONE 8: e67456.DOI: 10.1371 / journal.pone.0067456

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парра, Г., Брэднам, К., и Корф, И. (2007). CEGMA: конвейер для точной аннотации основных генов в геномах эукариот. Биоинформатика 23, 1061–1067. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btm071

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пэн, М., Лю, X., Ниу, Д., Е, Б., Лан, Т., Дун, З. и др. (2019). Выживание, рост и физиология морских двустворчатых моллюсков ( Sinonovacula constricta ) в условиях длительного малосолевого культивирования. Sci. Репутация . 9: 2819. DOI: 10.1038 / s41598-019-39205-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ран, З., Ли, З., Янь, X., Ляо, К., Конг, Ф., Чжан, Л. и др. (2019). Сборка генома на уровне хромосом моллюска-бритвы Sinonovacula constricta (Lamarck, 1818). Мол. Ecol. Ресурс. 19, 1647–1658. DOI: 10.1111 / 1755-0998.13086

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Слуга, Н., Varoquaux, N., Lajoie, B.R., Viara, E., Chen, C.J., Vert, J.P., et al. (2015). HiC-Pro: оптимизированный и гибкий конвейер для обработки данных Hi-C. Genome Biol. 16, 259. DOI: 10.1186 / s13059-015-0831-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симаков О., Марлетаз Ф., Чо С. Дж., Эдсингер-Гонсалес Э., Хавлак П., Хеллстен У. и др. (2013). Понимание эволюции билатерий из трех спиральных геномов. Природа 493, 526–531.DOI: 10.1038 / природа11696

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Станке М., Келлер О., Гундуз И., Хейс А., Ваак С. и Моргенштерн Б. (2006). АВГУСТ: ab initio предсказание альтернативных транскриптов. Nucleic Acids Res. 34, W435 – W439. DOI: 10.1093 / nar / gkl200

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тараило-Граовац, М., и Чен, Н. (2009). Использование RepeatMasker для идентификации повторяющихся элементов в геномных последовательностях. Curr. Protoc. Биоинформа . 25: 4.10.1–4.10.14. DOI: 10.1002 / 0471250953.bi0410s25

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Trapnell, C., Williams, B.A., Pertea, G., Mortazavi, A., Kwan, G., van Baren, M.J., et al. (2010). Сборка и количественное определение транскриптов с помощью RNA-Seq выявляет неаннотированные транскрипты и переключение изоформ во время дифференцировки клеток. Нат. Biotechnol. 28, 511–515. DOI: 10.1038 / NBT.1621

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Варшней, Р.К., Чен, В., Ли, Ю., Бхарти, А. К., Саксена, Р. К., Шлютер, Дж. А. и др. (2011). Проект последовательности генома голубиного гороха ( Cajanus cajan ), сиротской бобовой культуры бедных ресурсами фермеров. Нат. Biotechnol. 30, 83–89. DOI: 10.1038 / NBT.2022

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уокер, Б. Дж., Абил, Т., Ши, Т., Прист, М., Абуэллиэль, А., Сактикумар, С. и др. (2014). Pilon: интегрированный инструмент для комплексного обнаружения вариантов микробов и улучшения сборки генома. PLoS ONE 9: e112963. DOI: 10.1371 / journal.pone.0112963

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Дж. Х., Чжао, Х. Ф., Чжоу, Л. Х. и Сян, Дж. Х. (1998). Хромосомное исследование Sinonovacula constricta (Bivalvia). Oceanol. Лимнол. Sinica 29, 191–196.

Google Scholar

Wang, S., Zhang, J., Jiao, W., Li, J., Xun, X., Sun, Y., et al. (2017). Геном морского гребешка дает представление об эволюции кариотипа и развития двуногих животных. Нат. Ecol. Evol. 1: 0120. DOI: 10.1038 / s41559-017-0120

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, В. X., и Сюй, З. З. (1997). Плавание личинок и постличиночный дрейф у инфаунального двустворчатого моллюска Sinonovacula constricta . Mar. Ecol. Прог. Сер. 148, 71–81. DOI: 10.3354 / meps148071

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уотерхаус, Р. М., Сеппи, М., Симао, Ф. А., Манни, М., Иоаннидис, П., Ключников Г. и др. (2017). Приложения BUSCO от оценки качества до прогнозирования генов и филогеномики. Мол. Биол. Evol . 35, 543–548. DOI: 10.1093 / molbev / msx319

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. Г., Ван, Л. Г., Хань, Ю., и Хе, К. Ю. (2012). clusterProfiler: пакет R для сравнения биологических тем среди генных кластеров. Омикс 16, 284–287. DOI: 10.1089 / omi.2011.0118

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

© Женский журнал 2022 Все права закотяшены