stringtranslate.com

Ген

В биологии слово ген имеет два значения. Менделевский ген — это базовая единица наследственности . Молекулярный ген — это последовательность нуклеотидов в ДНК , которая транскрибируется для получения функциональной РНК . Существует два типа молекулярных генов: гены, кодирующие белок, и некодирующие гены. [1] [2] [3]

Во время экспрессии гена (синтеза РНК или белка из гена) ДНК сначала копируется в РНК . РНК может быть непосредственно функциональной или служить промежуточной матрицей для синтеза белка.

Передача генов потомству организма является основой наследования фенотипических признаков от одного поколения к другому. Эти гены составляют различные последовательности ДНК, вместе называемые генотипом , который специфичен для каждой конкретной особи в генофонде популяции данного вида . Генотип , наряду с факторами окружающей среды и развития, в конечном итоге определяет фенотип особи.

Большинство биологических признаков возникают под совместным влиянием полигенов (набора различных генов) и взаимодействия генов и окружающей среды . Некоторые генетические признаки видны мгновенно, например, цвет глаз или количество конечностей, другие — нет, например , группа крови , риск определенных заболеваний или тысячи основных биохимических процессов, составляющих жизнь .

Ген может приобретать мутации в своей последовательности , что приводит к различным вариантам, известным как аллели , в популяции . Эти аллели кодируют немного отличающиеся версии гена, которые могут вызывать различные фенотипические признаки. [4] Гены развиваются из-за естественного отбора или выживания наиболее приспособленных и генетического дрейфа аллелей.

Термин «ген» был введен датским ботаником, физиологом растений и генетиком Вильгельмом Иогансеном в 1909 году. [5] Он происходит от древнегреческого слова γόνος, gonos , что означает потомство и продолжение рода.

Определения

Существует много различных способов использования термина «ген», основанных на различных аспектах их наследования, отбора, биологической функции или молекулярной структуры, но большинство этих определений делятся на две категории: менделевский ген и молекулярный ген. [1] [6] [7] [8] [9]

Менделевский ген — классический ген генетики, и он относится к любому наследуемому признаку. Это ген, описанный в The Selfish Gene . [10] Более подробное обсуждение этой версии гена можно найти в статьях Genetics и Gene-centered view of evolution .

Молекулярное определение гена чаще используется в биохимии, молекулярной биологии и большей части генетики — ген, который описывается в терминах последовательности ДНК. [1] Существует много различных определений этого гена — некоторые из которых вводят в заблуждение или неверны. [6] [11]

Очень ранние работы в области, которая стала молекулярной генетикой, предложили концепцию, что один ген производит один белок (первоначально «один ген — один фермент»). [12] [13] Однако гены, которые производят репрессорные РНК, были предложены в 1950-х годах [14] , а к 1960-м годам учебники использовали определения молекулярных генов, которые включали те, которые указывали на функциональные молекулы РНК, такие как рибосомальная РНК и тРНК (некодирующие гены), а также гены, кодирующие белок. [15]

Эта идея двух видов генов все еще является частью определения гена в большинстве учебников. Например,

Основная функция генома — производить молекулы РНК. Выбранные части нуклеотидной последовательности ДНК копируются в соответствующую нуклеотидную последовательность РНК, которая либо кодирует белок (если это мРНК), либо образует «структурную» РНК, такую ​​как молекула транспортной РНК (тРНК) или рибосомальной РНК (рРНК). Каждый участок спирали ДНК, который производит функциональную молекулу РНК, представляет собой ген. [16]

Мы определяем ген как последовательность ДНК, которая транскрибируется. Это определение включает гены, которые не кодируют белки (не все транскрипты являются РНК-мессенджерами). Определение обычно исключает области генома, которые контролируют транскрипцию, но сами не транскрибируются. Мы столкнемся с некоторыми исключениями из нашего определения гена - удивительно, но нет определения, которое было бы полностью удовлетворительным. [17]

Ген — это последовательность ДНК, которая кодирует диффундирующий продукт. Этот продукт может быть белком (как в случае большинства генов) или РНК (как в случае генов, которые кодируют тРНК и рРНК). Ключевой особенностью является то, что продукт диффундирует от своего места синтеза, чтобы действовать в другом месте. [18]

Важными частями таких определений являются: (1) то, что ген соответствует единице транскрипции; (2) что гены производят как мРНК, так и некодирующие РНК; и (3) регуляторные последовательности контролируют экспрессию гена, но не являются частью самого гена. Однако есть еще одна важная часть определения, и она подчеркивается в книге Костаса Кампуракиса Making Sense of Genes .

Поэтому в этой книге я буду рассматривать гены как последовательности ДНК, кодирующие информацию для функциональных продуктов, будь то белки или молекулы РНК. Под «кодирующей информацией» я подразумеваю, что последовательность ДНК используется в качестве шаблона для производства молекулы РНК или белка, которые выполняют некоторую функцию. [6]

Акцент на функции имеет важное значение, поскольку существуют участки ДНК, которые производят нефункциональные транскрипты, и они не квалифицируются как гены. К ним относятся очевидные примеры, такие как транскрибированные псевдогены, а также менее очевидные примеры, такие как мусорная РНК, произведенная как шум из-за ошибок транскрипции. Чтобы квалифицироваться как настоящий ген, согласно этому определению, нужно доказать, что транскрипт имеет биологическую функцию. [6]

Ранние предположения о размере типичного гена основывались на генетическом картировании высокого разрешения и на размере белков и молекул РНК. Длина в 1500 пар оснований казалась разумной в то время (1965). [15] Это основывалось на идее, что ген — это ДНК, которая напрямую отвечает за производство функционального продукта. Открытие интронов в 1970-х годах означало, что многие эукариотические гены были намного больше, чем предполагал бы размер функционального продукта. Типичные гены млекопитающих, кодирующие белок, например, имеют длину около 62 000 пар оснований (транскрибируемая область), и поскольку их около 20 000, они занимают около 35–40% генома млекопитающих (включая геном человека). [19] [20] [21]

Несмотря на то, что и гены, кодирующие белок, и некодирующие гены известны уже более 50 лет, все еще существует ряд учебников, веб-сайтов и научных публикаций, которые определяют ген как последовательность ДНК, которая определяет белок. Другими словами, определение ограничено генами, кодирующими белок. Вот пример из недавней статьи в American Scientist.

... чтобы по-настоящему оценить потенциальное значение генов de novo, мы опирались на строгое определение слова «ген», с которым согласится почти каждый эксперт. Во-первых, для того, чтобы нуклеотидная последовательность считалась настоящим геном, должна присутствовать открытая рамка считывания (ORF). ORF можно рассматривать как «сам ген»; он начинается с начальной отметки, общей для каждого гена, и заканчивается одним из трех возможных сигналов финишной черты. Один из ключевых ферментов в этом процессе, РНК-полимераза, мчится по цепи ДНК, как поезд по монорельсу, транскрибируя ее в форму информационной РНК. Этот момент подводит нас ко второму важному критерию: истинный ген — это тот, который и транскрибируется, и транслируется. То есть истинный ген сначала используется в качестве шаблона для создания временной информационной РНК, которая затем транслируется в белок. [22]

Это ограниченное определение настолько распространено, что породило множество недавних статей, критикующих это «стандартное определение» и призывающих к новому расширенному определению, включающему некодирующие гены. Однако некоторые современные авторы до сих пор не признают некодирующие гены, хотя это так называемое «новое» определение было признано более полувека назад. [23] [24] [25]

Хотя некоторые определения могут быть более широко применимы, чем другие, фундаментальная сложность биологии означает, что ни одно определение гена не может полностью охватить все аспекты. Не все геномы являются ДНК (например, РНК-вирусы ), [26] бактериальные опероны представляют собой множественные кодирующие белок области, транскрибируемые в одну большую мРНК, альтернативный сплайсинг позволяет одной геномной области кодировать множественные продукты округа, а транссплайсинг объединяет мРНК из более короткой кодирующей последовательности по всему геному. [27] [28] [29] Поскольку молекулярные определения исключают такие элементы, как интроны, промоторы и другие регуляторные области , они вместо этого считаются «связанными» с геном и влияющими на его функцию.

Иногда используется еще более широкое рабочее определение, охватывающее сложность этих разнообразных явлений, где ген определяется как объединение геномных последовательностей, кодирующих согласованный набор потенциально перекрывающихся функциональных продуктов. [30] Это определение классифицирует гены по их функциональным продуктам (белкам или РНК), а не по их конкретным локусам ДНК, при этом регуляторные элементы классифицируются как области, связанные с генами . [30]

История

Открытие дискретных унаследованных единиц

Фотография Грегора Менделя
Грегор Мендель

Существование дискретных наследуемых единиц впервые предположил Грегор Мендель (1822–1884). [31] С 1857 по 1864 год в Брно , Австрийская империя (сегодня Чешская Республика), он изучал закономерности наследования у 8000 обычных съедобных растений гороха , отслеживая различные признаки от родителя к потомству. Он описал их математически как 2 n  комбинаций, где n — число различающихся характеристик в исходных горошинах. Хотя он не использовал термин ген , он объяснил свои результаты в терминах дискретных наследуемых единиц, которые приводят к наблюдаемым физическим характеристикам. Это описание предвосхитило различие Вильгельма Иоганнасена между генотипом (генетическим материалом организма) и фенотипом (наблюдаемыми признаками этого организма). Мендель также был первым, кто продемонстрировал независимый ассортимент , различие между доминантными и рецессивными признаками, различие между гетерозиготой и гомозиготой и явление прерывистого наследования.

До работы Менделя доминирующей теорией наследственности была теория смешанного наследования , [32] которая предполагала, что каждый родитель вносил жидкости в процесс оплодотворения и что черты родителей смешивались и смешивались, чтобы произвести потомство. Чарльз Дарвин разработал теорию наследования, которую он назвал пангенезисом , от греческого pan («все, целое») и genesis («рождение») / genos («происхождение»). [33] [34] Дарвин использовал термин геммула для описания гипотетических частиц, которые смешивались во время размножения.

Работа Менделя осталась в значительной степени незамеченной после своей первой публикации в 1866 году, но была вновь открыта в конце 19 века Гуго де Фризом , Карлом Корренсом и Эрихом фон Чермаком , которые (утверждали, что) пришли к аналогичным выводам в своих собственных исследованиях. [35] В частности, в 1889 году Гуго де Фриз опубликовал свою книгу «Внутриклеточный пангенезис» , [36] в которой он постулировал, что разные признаки имеют индивидуальных наследственных носителей и что наследование определенных признаков в организмах происходит в виде частиц. Де Фриз назвал эти единицы «пангенами» ( Pangens на немецком языке), в честь теории пангенезиса Дарвина 1868 года.

Двадцать лет спустя, в 1909 году, Вильгельм Иогансен ввел термин «ген» [5] , а в 1906 году Уильям Бейтсон — термин « генетика » [37] [30], в то время как Эдуард Страсбургер , среди прочих, все еще использовал термин «панген» для обозначения фундаментальной физической и функциональной единицы наследственности. [36] : Предисловие переводчика, viii 

Открытие ДНК

Прогресс в понимании генов и наследования продолжался на протяжении всего 20-го века. Эксперименты 1940-х и 1950-х годов показали, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является молекулярным хранилищем генетической информации. [38] [39] Структура ДНК была изучена Розалинд Франклин и Морисом Уилкинсом с помощью рентгеновской кристаллографии , что привело Джеймса Д. Уотсона и Фрэнсиса Крика к публикации модели двухцепочечной молекулы ДНК, парные нуклеотидные основания которой указали на убедительную гипотезу о механизме генетической репликации. [40] [41]

В начале 1950-х годов преобладающим мнением было то, что гены в хромосоме действуют как дискретные сущности, организованные как бусины на нитке. Эксперименты Бензера с использованием мутантов , дефектных в области rII бактериофага T4 (1955–1959), показали, что отдельные гены имеют простую линейную структуру и, вероятно, эквивалентны линейному участку ДНК. [42] [43]

В совокупности этот корпус исследований установил центральную догму молекулярной биологии , которая гласит, что белки транслируются с РНК , которая транскрибируется с ДНК . С тех пор было показано, что эта догма имеет исключения, такие как обратная транскрипция у ретровирусов . Современное изучение генетики на уровне ДНК известно как молекулярная генетика .

В 1972 году Уолтер Фирс и его команда первыми определили последовательность гена: белка оболочки бактериофага MS2 . [44] Последующая разработка в 1977 году Фредериком Сэнгером метода секвенирования ДНК с обрывом цепи повысила эффективность секвенирования и превратила его в рутинный лабораторный инструмент. [45] Автоматизированная версия метода Сэнгера использовалась на ранних этапах проекта «Геном человека» . [46]

Современный синтез и его преемники

Теории, разработанные в начале 20-го века для интеграции менделевской генетики с дарвиновской эволюцией, называются современным синтезом , термин, введенный Джулианом Хаксли . [47]

Этот взгляд на эволюцию подчеркивался геноцентрическим взглядом Джорджа К. Уильямса на эволюцию . Он предположил, что менделевский ген является единицей естественного отбора с определением: «то, что разделяется и рекомбинирует с заметной частотой». [48] : 24  Связанные с этим идеи, подчеркивающие центральность менделевских генов и важность естественного отбора в эволюции, были популяризированы Ричардом Докинзом . [10] [49]

Развитие нейтральной теории эволюции в конце 1960-х годов привело к признанию того, что случайный генетический дрейф является основным игроком в эволюции и что нейтральная теория должна быть нулевой гипотезой молекулярной эволюции. [50] Это привело к построению филогенетических деревьев и разработке молекулярных часов , которые являются основой всех методов датирования с использованием последовательностей ДНК. Эти методы не ограничиваются молекулярными последовательностями генов, но могут использоваться для всех сегментов ДНК в геноме.

Молекулярная основа

Схема химической структуры ДНК, показывающая, что двойная спираль состоит из двух цепей сахарофосфатного остова с основаниями, направленными внутрь, а именно, из пар оснований A с T и C с G с водородными связями.
Химическая структура фрагмента из четырех пар оснований двойной спирали ДНК . Сахаро - фосфатные цепи остова идут в противоположных направлениях с основаниями , направленными внутрь, спаривая основания A с T и C с G с помощью водородных связей .

ДНК

Подавляющее большинство организмов кодируют свои гены в длинных цепях ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). ДНК состоит из цепи , состоящей из четырех типов нуклеотидных субъединиц, каждая из которых состоит из: пятиуглеродного сахара ( 2-дезоксирибоза ), фосфатной группы и одного из четырех оснований : аденина , цитозина , гуанина и тимина . [51] : 2.1 

Две цепи ДНК скручиваются друг с другом, образуя двойную спираль ДНК с фосфатно-сахарной основой, закрученной по спирали снаружи, и основаниями, направленными внутрь, с адениновым основанием, спаривающимся с тимином, и гуанином с цитозином. Специфичность спаривания оснований возникает из-за того, что аденин и тимин выстраиваются в ряд, образуя две водородные связи , тогда как цитозин и гуанин образуют три водородные связи. Следовательно, две нити в двойной спирали должны быть комплементарными , с их последовательностью оснований, совпадающей таким образом, что аденины одной нити спариваются с тиминами другой нити и так далее. [51] : 4.1 

Из-за химического состава остатков пентозы оснований, нити ДНК имеют направленность. Один конец полимера ДНК содержит открытую гидроксильную группу на дезоксирибозе ; это известно как 3'-конец молекулы. Другой конец содержит открытую фосфатную группу; это 5'-конец . Две нити двойной спирали идут в противоположных направлениях. Синтез нуклеиновых кислот, включая репликацию и транскрипцию ДНК, происходит в направлении 5'→3', поскольку новые нуклеотиды добавляются посредством реакции дегидратации , которая использует открытый 3'-гидроксил в качестве нуклеофила . [52] : 27.2 

Экспрессия генов, закодированных в ДНК, начинается с транскрипции гена в РНК , второй тип нуклеиновой кислоты, которая очень похожа на ДНК, но мономеры которой содержат сахар рибозу вместо дезоксирибозы . РНК также содержит основание урацил вместо тимина . Молекулы РНК менее стабильны, чем ДНК, и обычно одноцепочечные. Гены, кодирующие белки, состоят из серии трехнуклеотидных последовательностей , называемых кодонами , которые служат «словами» в генетическом «языке». Генетический код определяет соответствие во время трансляции белка между кодонами и аминокислотами . Генетический код почти одинаков для всех известных организмов. [51] : 4.1 

Хромосомы

Микрографическая кариограмма мужчины, показывающая 23 пары хромосом. Самые большие хромосомы примерно в 10 раз больше самых маленьких. [53]
Схематическая кариограмма человека с аннотированными полосами и подполосами . На ней показаны темные и белые области на G-бэнде . На ней показаны 22 гомологичные хромосомы , как мужские (XY), так и женские (XX) версии половой хромосомы (внизу справа), а также митохондриальный геном (внизу слева).

Полный набор генов в организме или клетке называется геномом , который может храниться на одной или нескольких хромосомах . Хромосома состоит из одной очень длинной спирали ДНК, на которой закодированы тысячи генов. [51] : 4.2  Область хромосомы, в которой расположен определенный ген, называется ее локусом . Каждый локус содержит один аллель гена; однако члены популяции могут иметь разные аллели в локусе, каждый с немного отличающейся последовательностью генов.

Большинство эукариотических генов хранятся на наборе больших линейных хромосом. Хромосомы упакованы внутри ядра в комплексе с запасными белками, называемыми гистонами , образуя единицу, называемую нуклеосомой . ДНК, упакованная и конденсированная таким образом, называется хроматином . [51] : 4.2  Способ, которым ДНК хранится на гистонах, а также химические модификации самого гистона, регулируют, доступен ли определенный участок ДНК для экспрессии генов . В дополнение к генам, эукариотические хромосомы содержат последовательности, участвующие в обеспечении того, чтобы ДНК копировалась без деградации концевых участков и сортировалась в дочерние клетки во время деления клетки: точки начала репликации , теломеры и центромера . [51] : 4.2  Точки начала репликации — это области последовательности, где инициируется репликация ДНК для создания двух копий хромосомы. Теломеры — это длинные участки повторяющихся последовательностей, которые закрывают концы линейных хромосом и предотвращают деградацию кодирующих и регуляторных участков во время репликации ДНК . Длина теломер уменьшается каждый раз, когда геном реплицируется, и участвует в процессе старения . [54] Центромера необходима для связывания веретенных волокон , чтобы разделить сестринские хроматиды на дочерние клетки во время деления клетки . [51] : 18.2 

Прокариоты ( бактерии и археи ) обычно хранят свои геномы на одной большой кольцевой хромосоме . Аналогично, некоторые эукариотические органеллы содержат остаточную кольцевую хромосому с небольшим количеством генов. [51] : 14.4  Прокариоты иногда дополняют свою хромосому дополнительными небольшими кругами ДНК, называемыми плазмидами , которые обычно кодируют только несколько генов и могут передаваться между особями. Например, гены устойчивости к антибиотикам обычно кодируются на бактериальных плазмидах и могут передаваться между отдельными клетками, даже принадлежащими к разным видам, посредством горизонтального переноса генов . [55]

В то время как хромосомы прокариот относительно плотно заселены генами, хромосомы эукариот часто содержат области ДНК, которые не выполняют никакой очевидной функции. Простые одноклеточные эукариоты имеют относительно небольшое количество такой ДНК, тогда как геномы сложных многоклеточных организмов , включая людей, содержат абсолютное большинство ДНК без идентифицированной функции. [56] Эту ДНК часто называют « мусорной ДНК ». Однако более поздние анализы показывают, что, хотя кодирующая белок ДНК составляет всего 2% генома человека , около 80% оснований в геноме могут быть выражены, поэтому термин «мусорная ДНК» может быть неправильным. [27]

Структура и функции

Структура

Структура гена, кодирующего белок, состоит из множества элементов, из которых фактическая последовательность кодирования белка часто является лишь небольшой частью. К ним относятся интроны и нетранслируемые области зрелой мРНК. Некодирующие гены также могут содержать интроны, которые удаляются во время процессинга для получения зрелой функциональной РНК.

Все гены связаны с регуляторными последовательностями , которые требуются для их экспрессии. Во-первых, генам требуется промоторная последовательность. Промотор распознается и связывается факторами транскрипции , которые привлекают и помогают РНК-полимеразе связываться с областью для инициирования транскрипции. [51] : 7.1  Распознавание обычно происходит как консенсусная последовательность, такая как TATA-бокс . Ген может иметь более одного промотора, что приводит к образованию матричных РНК ( мРНК ), которые различаются по тому, насколько далеко они простираются на 5'-конце. [58] Высокотранскрибируемые гены имеют «сильные» промоторные последовательности, которые образуют сильные ассоциации с факторами транскрипции, тем самым инициируя транскрипцию с высокой скоростью. Другие гены имеют «слабые» промоторы, которые образуют слабые ассоциации с факторами транскрипции и инициируют транскрипцию реже. [51] : 7.2  Эукариотические промоторные области гораздо сложнее и их труднее идентифицировать, чем прокариотические промоторы. [51] : 7.3 

Кроме того, гены могут иметь регуляторные области на много килобаз выше или ниже гена, которые изменяют экспрессию. Они действуют, связываясь с факторами транскрипции, которые затем заставляют ДНК образовывать петлю, так что регуляторная последовательность (и связанный фактор транскрипции) становятся близкими к сайту связывания РНК-полимеразы. [59] Например, энхансеры увеличивают транскрипцию, связывая активаторный белок, который затем помогает рекрутировать РНК-полимеразу к промотору; наоборот, сайленсеры связывают репрессорные белки и делают ДНК менее доступной для РНК-полимеразы. [60]

Зрелая информационная РНК, полученная из генов, кодирующих белки, содержит нетранслируемые области на обоих концах, которые содержат сайты связывания для рибосом , РНК-связывающих белков , miRNA , а также терминатора , стартового и стоп-кодона . [61] Кроме того, большинство эукариотических открытых рамок считывания содержат нетранслируемые интроны , которые удаляются, и экзоны , которые соединяются вместе в процессе, известном как сплайсинг РНК . Наконец, концы генных транскриптов определяются сайтами расщепления и полиаденилирования (CPA) , где вновь произведенная пре-мРНК расщепляется, а строка из ~200 аденозинмонофосфатов добавляется на 3'-конце. Поли(А) -хвост защищает зрелую мРНК от деградации и имеет другие функции, влияя на трансляцию, локализацию и транспорт транскрипта из ядра. Сплайсинг, за которым следует CPA, генерирует конечную зрелую мРНК , которая кодирует белок или продукт РНК. [62]

Многие некодирующие гены у эукариот имеют различные механизмы терминации транскрипции и не имеют поли(А)-хвостов.

Многие прокариотические гены организованы в опероны с несколькими последовательностями, кодирующими белок, которые транскрибируются как единое целое. [63] [64] Гены в опероне транскрибируются как непрерывная информационная РНК , называемая полицистронной мРНК . Термин цистрон в этом контексте эквивалентен гену. Транскрипция мРНК оперона часто контролируется репрессором , который может находиться в активном или неактивном состоянии в зависимости от присутствия определенных метаболитов. [65] Когда репрессор активен, он связывается с последовательностью ДНК в начале оперона, называемой операторной областью , и подавляет транскрипцию оперона ; когда репрессор неактивен, может происходить транскрипция оперона (см., например, оперон Lac ). Продукты генов оперона обычно имеют связанные функции и участвуют в одной и той же регуляторной сети . [51] : 7.3 

Сложность

Хотя многие гены имеют простую структуру, как и большая часть биологии, другие могут быть довольно сложными или представлять собой необычные пограничные случаи. Эукариотические гены часто имеют интроны, которые часто намного больше их экзонов, [66] [67] и эти интроны могут даже иметь другие гены, вложенные в них . [68] Ассоциированные энхансеры могут находиться на расстоянии многих килобаз или даже на совершенно разных хромосомах, функционирующих посредством физического контакта между двумя хромосомами. [69] [70] Один ген может кодировать несколько различных функциональных продуктов с помощью альтернативного сплайсинга , и наоборот, ген может быть разделен между хромосомами, но эти транскрипты объединяются обратно в функциональную последовательность с помощью транссплайсинга . [71] Также возможно, что перекрывающиеся гены разделяют часть своей последовательности ДНК, либо на противоположных цепях, либо на одной и той же цепи (в другой рамке считывания или даже в одной и той же рамке считывания). [72]

Экспрессия генов

Во всех организмах для считывания информации, закодированной в ДНК гена, и получения белка, который он определяет, требуются два шага. Во-первых, ДНК гена транскрибируется в информационную РНК ( мРНК ). [51] : 6.1  Во-вторых, эта мРНК транслируется в белок. [51] : 6.2  Гены, кодирующие РНК, все равно должны пройти первый шаг, но не транслируются в белок. [73] Процесс получения биологически функциональной молекулы РНК или белка называется экспрессией гена , а полученная молекула называется продуктом гена .

Генетический код

Молекула РНК, состоящая из нуклеотидов. Группы из трех нуклеотидов обозначаются как кодоны, каждый из которых соответствует определенной аминокислоте.
Схема одноцепочечной молекулы РНК, иллюстрирующая ряд трехосновных кодонов . Каждый трехнуклеотидный кодон соответствует аминокислоте при трансляции в белок.

Нуклеотидная последовательность ДНК гена определяет аминокислотную последовательность белка через генетический код . Наборы из трех нуклеотидов, известные как кодоны , соответствуют каждой определенной аминокислоте. [51] : 6  Принцип, согласно которому три последовательных основания ДНК кодируют каждую аминокислоту, был продемонстрирован в 1961 году с использованием мутаций со сдвигом рамки считывания в гене rIIB бактериофага T4 [74] (см. эксперимент Крика, Бреннера и др. ).

Кроме того, « старт-кодон » и три « стоп-кодона » указывают на начало и конец области кодирования белка . Существует 64 возможных кодона (четыре возможных нуклеотида в каждой из трех позиций, следовательно, 43 возможных  кодона) и только 20 стандартных аминокислот; следовательно, код избыточный, и несколько кодонов могут указывать на одну и ту же аминокислоту. Соответствие между кодонами и аминокислотами почти универсально среди всех известных живых организмов. [75]

Транскрипция

Транскрипция производит одноцепочечную молекулу РНК , известную как информационная РНК , нуклеотидная последовательность которой комплементарна ДНК, с которой она была транскрибирована. [51] : 6.1  мРНК действует как промежуточное звено между геном ДНК и ее конечным белковым продуктом. ДНК гена используется в качестве матрицы для генерации комплементарной мРНК. мРНК соответствует последовательности кодирующей цепи ДНК гена , поскольку она синтезируется как дополнение к цепи матрицы . Транскрипция выполняется ферментом, называемым РНК -полимеразой , который считывает цепь матрицы в направлении от 3' к 5'  и синтезирует РНК от 5' к 3' . Чтобы инициировать транскрипцию, полимераза сначала распознает и связывает промоторную область гена. Таким образом, основным механизмом регуляции гена является блокирование или секвестрация промоторной области либо путем прочного связывания репрессорными молекулами, которые физически блокируют полимеразу, либо путем организации ДНК таким образом, чтобы промоторная область была недоступна. [51] : 7 

У прокариот транскрипция происходит в цитоплазме ; для очень длинных транскриптов трансляция может начинаться на 5'-конце РНК, в то время как 3'-конец все еще транскрибируется. У эукариот транскрипция происходит в ядре, где хранится ДНК клетки. Молекула РНК, продуцируемая полимеразой, известна как первичный транскрипт и подвергается посттранскрипционным модификациям перед экспортом в цитоплазму для трансляции. Одной из выполняемых модификаций является сплайсинг интронов , которые представляют собой последовательности в транскрибируемой области, которые не кодируют белок. Альтернативные механизмы сплайсинга могут приводить к зрелым транскриптам из одного и того же гена, имеющим разные последовательности и, таким образом, кодирующим разные белки. Это основная форма регуляции в эукариотических клетках, а также встречается у некоторых прокариот. [51] : 7.5  [76]

Перевод

Ген, кодирующий белок в ДНК, который транскрибируется и транслируется в функциональный белок, или ген, не кодирующий белок, транскрибируется в функциональную РНК.
Гены, кодирующие белок, транскрибируются в промежуточную мРНК , а затем транслируются в функциональный белок . Гены, кодирующие РНК, транскрибируются в функциональную некодирующую РНК ( PDB : 3BSE, 1OBB, 3TRA ​).

Трансляция — это процесс, при котором зрелая молекула мРНК используется в качестве матрицы для синтеза нового белка . [51] : 6.2  Трансляция осуществляется рибосомами , большими комплексами РНК и белка, ответственными за проведение химических реакций по добавлению новых аминокислот к растущей полипептидной цепи путем образования пептидных связей . Генетический код считывается по три нуклеотида за раз, в единицах, называемых кодонами , посредством взаимодействий со специализированными молекулами РНК, называемыми транспортной РНК (тРНК). Каждая тРНК имеет три неспаренных основания, известных как антикодон , которые комплементарны кодону, который она считывает на мРНК. ТРНК также ковалентно присоединена к аминокислоте, указанной комплементарным кодоном. Когда тРНК связывается со своим комплементарным кодоном в цепи мРНК, рибосома присоединяет свой аминокислотный груз к новой полипептидной цепи, которая синтезируется от аминоконца к карбоксильному концу . Во время и после синтеза большинство новых белков должны сворачиваться в свою активную трехмерную структуру, прежде чем они смогут выполнять свои клеточные функции. [51] : 3 

Регулирование

Гены регулируются таким образом, что они экспрессируются только тогда, когда продукт необходим, поскольку экспрессия опирается на ограниченные ресурсы. [51] : 7  Клетка регулирует свою экспрессию генов в зависимости от своей внешней среды (например, доступных питательных веществ , температуры и других стрессов ), своей внутренней среды (например, цикла деления клеток , метаболизма , статуса инфекции ) и своей конкретной роли в многоклеточном организме. Экспрессия генов может регулироваться на любом этапе: от инициации транскрипции до процессинга РНК и посттрансляционной модификации белка. Регуляция генов метаболизма лактозы в E. coli ( lac оперон ) была первым таким механизмом, описанным в 1961 году. [77]

РНК-гены

Типичный ген, кодирующий белок, сначала копируется в РНК в качестве промежуточного продукта при производстве конечного белкового продукта. [51] : 6.1  В других случаях молекулы РНК являются фактическими функциональными продуктами, как в синтезе рибосомальной РНК и транспортной РНК . Некоторые РНК, известные как рибозимы, способны выполнять ферментативную функцию , в то время как другие, такие как микроРНК и рибопереключатели, выполняют регуляторные функции. Последовательности ДНК , с которых транскрибируются такие РНК, известны как некодирующие гены РНК . [73]

Некоторые вирусы хранят весь свой геном в форме РНК и вообще не содержат ДНК. [78] [79] Поскольку они используют РНК для хранения генов, их клеточные хозяева могут синтезировать их белки сразу после заражения и без задержки в ожидании транскрипции. [80] С другой стороны, РНК- ретровирусы , такие как ВИЧ , требуют обратной транскрипции своего генома из РНК в ДНК, прежде чем их белки смогут быть синтезированы.

Наследование

Иллюстрация аутосомно-рецессивного наследования. У каждого родителя есть один голубой аллель и один белый аллель. Каждый из их 4 детей наследует один аллель от каждого родителя, так что один ребенок оказывается с двумя голубыми аллелями, один ребенок имеет два белых аллеля и двое детей имеют по одному из каждого аллеля. Только ребенок с обоими голубыми аллелями проявляет признак, потому что признак рецессивный.
Наследование гена, имеющего два разных аллеля (голубой и белый). Ген расположен на аутосомной хромосоме . Белый аллель рецессивен по отношению к синему аллелю. Вероятность каждого результата в поколении детей составляет одну четверть, или 25 процентов.

Организмы наследуют свои гены от своих родителей. Бесполые организмы просто наследуют полную копию генома своих родителей. Половые организмы имеют две копии каждой хромосомы, потому что они наследуют один полный набор от каждого родителя. [51] : 1 

Менделевское наследование

Согласно менделевскому наследованию , вариации фенотипа организма (наблюдаемые физические и поведенческие характеристики) частично обусловлены вариациями его генотипа (определенный набор генов). Каждый ген определяет определенный признак с различной последовательностью гена ( аллели ), что приводит к различным фенотипам. Большинство эукариотических организмов (например, горох, над которым работал Мендель) имеют два аллеля для каждого признака, по одному унаследованному от каждого родителя. [51] : 20 

Аллели в локусе могут быть доминантными или рецессивными ; доминантные аллели дают начало соответствующим им фенотипам при сочетании с любым другим аллелем того же признака, тогда как рецессивные аллели дают начало соответствующему им фенотипу только при сочетании с другой копией того же аллеля. Если вы знаете генотипы организмов, вы можете определить, какие аллели являются доминантными, а какие рецессивными. Например, если аллель, определяющий высокие стебли у растений гороха, доминирует над аллелем, определяющим короткие стебли, то растения гороха, которые наследуют один высокий аллель от одного родителя и один короткий аллель от другого родителя, также будут иметь высокие стебли. Работа Менделя продемонстрировала, что аллели сортируются независимо при производстве гамет или зародышевых клеток , обеспечивая изменчивость в следующем поколении. Хотя менделевское наследование остается хорошей моделью для многих признаков, определяемых отдельными генами (включая ряд известных генетических нарушений ), оно не включает физические процессы репликации ДНК и деления клеток. [81] [82]

Репликация ДНК и деление клеток

Рост, развитие и воспроизводство организмов зависят от деления клеток ; процесса, посредством которого одна клетка делится на две обычно идентичные дочерние клетки . Для этого сначала требуется сделать дубликат копии каждого гена в геноме в процессе, называемом репликацией ДНК . [51] : 5.2  Копии производятся специализированными ферментами , известными как ДНК-полимеразы , которые «считывают» одну нить двойной спирали ДНК, известную как шаблонная нить, и синтезируют новую комплементарную нить. Поскольку двойная спираль ДНК удерживается вместе спариванием оснований , последовательность одной нити полностью определяет последовательность ее комплементарной; следовательно, только одна нить должна быть прочитана ферментом, чтобы создать точную копию. Процесс репликации ДНК является полуконсервативным ; то есть копия генома, унаследованная каждой дочерней клеткой, содержит одну исходную и одну вновь синтезированную нить ДНК. [51] : 5.2 

Скорость репликации ДНК в живых клетках была впервые измерена как скорость удлинения ДНК фага Т4 в инфицированных фагом E. coli и оказалась впечатляюще быстрой. [83] В период экспоненциального увеличения ДНК при 37 °C скорость удлинения составляла 749 нуклеотидов в секунду.

После завершения репликации ДНК клетка должна физически разделить две копии генома и разделить их на две отдельные мембраносвязанные клетки. [51] : 18.2  У прокариот  ( бактерий и архей ) это обычно происходит посредством относительно простого процесса, называемого бинарным делением , при котором каждый кольцевой геном прикрепляется к клеточной мембране и разделяется на дочерние клетки, поскольку мембрана инвагинирует, разделяя цитоплазму на две мембраносвязанные части. Бинарное деление происходит чрезвычайно быстро по сравнению со скоростью деления клеток у эукариот . Деление эукариотических клеток — более сложный процесс, известный как клеточный цикл ; репликация ДНК происходит во время фазы этого цикла, известной как S-фаза , тогда как процесс разделения хромосом и расщепления цитоплазмы происходит во время M-фазы . [51] : 18.1 

Молекулярное наследование

Дублирование и передача генетического материала от одного поколения клеток к другому является основой молекулярного наследования и связью между классическими и молекулярными картинами генов. Организмы наследуют характеристики своих родителей, потому что клетки потомства содержат копии генов в клетках своих родителей. У организмов, размножающихся бесполым путем , потомство будет генетической копией или клоном родительского организма. У организмов, размножающихся половым путем , специализированная форма клеточного деления, называемая мейозом, производит клетки, называемые гаметами или зародышевыми клетками , которые являются гаплоидными или содержат только одну копию каждого гена. [51] : 20.2  Гаметы, производимые самками, называются яйцами или яйцеклетками, а производимые самцами, называются сперматозоидами . Две гаметы сливаются, образуя диплоидную оплодотворенную яйцеклетку , одну клетку, которая имеет два набора генов, с одной копией каждого гена от матери и одной от отца. [51] : 20 

В процессе мейотического деления клеток иногда может происходить событие, называемое генетической рекомбинацией или кроссинговером , при котором длина ДНК на одной хроматиде меняется на длину ДНК на соответствующей гомологичной не сестринской хроматиде. Это может привести к перераспределению в противном случае связанных аллелей. [51] : 5.5  Менделевский принцип независимого распределения утверждает, что каждый из двух родительских генов для каждого признака будет независимо сортироваться в гаметах; какой аллель организм унаследует для одного признака, не связано с каким аллелем он унаследует для другого признака. Это фактически верно только для генов, которые не находятся на одной хромосоме или расположены очень далеко друг от друга на одной хромосоме. Чем ближе два гена лежат на одной хромосоме, тем теснее они будут связаны в гаметах и ​​тем чаще они будут появляться вместе (известно как генетическое сцепление ). [84] Гены, которые находятся очень близко, по сути, никогда не разделяются, потому что крайне маловероятно, что между ними возникнет точка кроссинговера. [84]

Молекулярная эволюция

Мутация

Репликация ДНК по большей части чрезвычайно точна, однако ошибки ( мутации ) случаются. [51] : 7,6  Частота ошибок в эукариотических клетках может составлять всего 10−8 на нуклеотид на репликацию, [85] [86] тогда как для некоторых РНК-вирусов она может достигать 10−3 . [ 87] Это означает, что каждое поколение, каждый человеческий геном накапливает около 30 новых мутаций. [88] Небольшие мутации могут быть вызваны репликацией ДНК и последствиями повреждения ДНК и включают точечные мутации, при которых изменяется одно основание, и мутации со сдвигом рамки считывания, при которых вставляется или удаляется одно основание. Любая из этих мутаций может изменить ген миссенсом (изменить кодон для кодирования другой аминокислоты) или нонсенсом (преждевременный стоп-кодон ). [89] Более крупные мутации могут быть вызваны ошибками в рекомбинации, вызывающими хромосомные аномалии, включая дупликацию , делецию, перестройку или инверсию больших участков хромосомы. Кроме того, механизмы репарации ДНК могут вносить мутационные ошибки при восстановлении физического повреждения молекулы. Восстановление, даже с мутацией, важнее для выживания, чем восстановление точной копии, например, при восстановлении двухцепочечных разрывов . [51] : 5.4 

Когда в популяции вида присутствуют несколько различных аллелей гена, это называется полиморфным . Большинство различных аллелей функционально эквивалентны, однако некоторые аллели могут давать начало различным фенотипическим признакам . Наиболее распространенный аллель гена называется диким типом , а редкие аллели называются мутантами . Генетическая изменчивость относительных частот различных аллелей в популяции обусловлена ​​как естественным отбором , так и генетическим дрейфом . [90] Аллель дикого типа не обязательно является предком менее распространенных аллелей и не обязательно более приспособленным .

Большинство мутаций в генах нейтральны , не оказывая никакого влияния на фенотип организма ( молчаливые мутации ). Некоторые мутации не изменяют аминокислотную последовательность, поскольку несколько кодонов кодируют одну и ту же аминокислоту ( синонимичные мутации ). Другие мутации могут быть нейтральными, если они приводят к изменениям аминокислотной последовательности, но белок по-прежнему функционирует аналогично с новой аминокислотой (например, консервативные мутации ). Однако многие мутации вредны или даже смертельны и удаляются из популяций естественным отбором. Генетические нарушения являются результатом вредных мутаций и могут быть вызваны спонтанной мутацией у пораженной особи или могут быть унаследованы. Наконец, небольшая часть мутаций полезна , улучшает приспособленность организма и чрезвычайно важна для эволюции, поскольку их направленный отбор приводит к адаптивной эволюции . [51] : 7.6 

Гомология последовательности

Связь между генами можно измерить, сравнивая последовательности их ДНК. Если уровень сходства превышает минимальное значение, можно сделать вывод, что гены произошли от общего предка; они гомологичны . [91] [92] Гены, которые связаны прямым происхождением от общего предка, являются ортологичными генами — они обычно находятся в одном и том же локусе у разных видов. Гены, которые связаны в результате события дупликации гена, являются парологичными генами. [93] [94]

Часто предполагается, что функции ортологичных генов более схожи, чем функции паралогичных генов, хотя разница минимальна. [95] [96]

Происхождение новых генов

Эволюционная судьба дублирующихся генов

Наиболее распространенным источником новых генов в эукариотических линиях является дупликация генов , которая создает вариацию числа копий существующего гена в геноме. [97] [98] Полученные гены (паралоги) могут затем расходиться по последовательности и по функции. Наборы генов, сформированные таким образом, составляют семейство генов . Дупликации и потери генов в пределах семейства обычны и представляют собой основной источник эволюционного биоразнообразия . [99] Иногда дупликация генов может привести к нефункциональной копии гена, или функциональная копия может подвергаться мутациям, которые приводят к потере функции; такие нефункциональные гены называются псевдогенами . [51] : 7.6 

Гены-сироты , последовательность которых не показывает сходства с существующими генами, встречаются реже, чем дубликаты генов. Геном человека содержит приблизительно от 18 [100] до 60 [101] генов без идентифицируемых гомологов вне человека. Гены-сироты возникают в основном либо из-за возникновения de novo из ранее некодирующей последовательности , либо из-за дупликации гена, за которой следует такое быстрое изменение последовательности, что исходная связь становится необнаружимой. [102] Гены de novo обычно короче и проще по структуре, чем большинство эукариотических генов, с небольшим количеством интронов, если таковые вообще имеются. [97] В течение длительных эволюционных периодов рождение генов de novo может быть ответственно за значительную часть таксономически ограниченных семейств генов. [103]

Горизонтальный перенос генов относится к переносу генетического материала посредством механизма, отличного от воспроизводства . Этот механизм является общим источником новых генов у прокариот , иногда считается, что он вносит больший вклад в генетическую изменчивость, чем дупликация генов. [104] Это распространенный способ распространения устойчивости к антибиотикам , вирулентности и адаптивных метаболических функций. [55] [105] Хотя горизонтальный перенос генов редок у эукариот, были выявлены вероятные примеры геномов протистов и водорослей , содержащих гены бактериального происхождения. [106] [107]

Геном

Геном представляет собой полный генетический материал организма и включает в себя как гены, так и некодирующие последовательности . [108] Эукариотические гены можно аннотировать с помощью FINDER. [109]

Количество генов

Изображение количества генов для типичных растений (зеленый), позвоночных (синий), беспозвоночных (оранжевый), грибов (желтый), бактерий (фиолетовый) и вирусов (серый). Вставка справа показывает меньшие геномы, расширенные в 100 раз по площади. [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117]

Размер генома и количество генов, которые он кодирует, сильно различаются у разных организмов. Самые маленькие геномы встречаются у вирусов [ 118] и вироидов (которые действуют как один некодирующий ген РНК). [119] Наоборот, у растений могут быть чрезвычайно большие геномы [120] , а у риса содержится >46 000 генов, кодирующих белки. [114] Общее количество генов, кодирующих белки ( протеом Земли ), оценивается в 5 миллионов последовательностей. [121]

Хотя число пар оснований ДНК в геноме человека известно с 1950-х годов, предполагаемое число генов со временем изменилось, поскольку определения генов и методы их обнаружения были уточнены. Первоначальные теоретические предсказания числа генов человека в 1960-х и 1970-х годах основывались на оценках нагрузки мутаций и числах мРНК, и эти оценки, как правило, составляли около 30 000 генов, кодирующих белки. [122] [123] [124] В 1990-х годах были предположительные оценки до 100 000 генов, и ранние данные об обнаружении мРНК ( теги экспрессируемых последовательностей ) предполагали больше, чем традиционное значение в 30 000 генов, о котором сообщалось в учебниках в 1980-х годах. [125]

Первоначальные черновые последовательности генома человека подтвердили более ранние прогнозы о наличии около 30 000 генов, кодирующих белки, однако эта оценка снизилась до 19 000 с продолжающимся проектом аннотации GENCODE . [126] Количество некодирующих генов точно неизвестно, но последние оценки Ensembl предполагают наличие 26 000 некодирующих генов. [127]

Основные гены

Функции генов в минимальном геноме синтетического организма , Syn 3 [128]

Незаменимые гены — это набор генов, которые считаются критически важными для выживания организма. [129] Это определение предполагает обильное наличие всех соответствующих питательных веществ и отсутствие экологического стресса. Только небольшая часть генов организма является незаменимой. У бактерий, по оценкам, 250–400 генов являются незаменимыми для Escherichia coli и Bacillus subtilis , что составляет менее 10% их генов. [130] [131] [132] Половина этих генов являются ортологами в обоих организмах и в значительной степени участвуют в синтезе белка . [132] У почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae количество незаменимых генов немного выше — 1000 генов (~20% их генов). [133] Хотя это количество сложнее измерить у высших эукариот, у мышей и людей, по оценкам, имеется около 2000 незаменимых генов (~10% их генов). [134] Синтетический организм Syn 3 имеет минимальный геном из 473 основных генов и квазиосновных генов (необходимых для быстрого роста), хотя 149 из них имеют неизвестную функцию. [128]

К основным генам относятся гены «домашнего хозяйства» (имеющие решающее значение для основных функций клетки) [135], а также гены, которые экспрессируются в разное время развития или жизненного цикла организма . [136] Гены «домашнего хозяйства» используются в качестве экспериментального контроля при анализе экспрессии генов , поскольку они конститутивно экспрессируются на относительно постоянном уровне.

Генетическая и геномная номенклатура

Номенклатура генов была установлена ​​Комитетом по номенклатуре генов HUGO (HGNC), комитетом Организации генома человека , для каждого известного гена человека в форме утвержденного названия гена и символа (сокращенная форма аббревиатуры ), доступ к которым можно получить через базу данных, поддерживаемую HGNC. Символы выбираются уникальными, и каждый ген имеет только один символ (хотя утвержденные символы иногда меняются). Символы предпочтительно поддерживаются в соответствии с другими членами семейства генов и с гомологами у других видов, в частности у мыши из-за ее роли в качестве общего модельного организма . [137]

Генная инженерия

Сравнение традиционной селекции растений с трансгенной и цисгенной генетической модификацией

Генная инженерия — это модификация генома организма посредством биотехнологии . С 1970-х годов были разработаны различные методы для специфического добавления, удаления и редактирования генов в организме. [138] Недавно разработанные методы генной инженерии используют сконструированные ферменты нуклеазы для создания целенаправленного восстановления ДНК в хромосоме, чтобы либо нарушить, либо отредактировать ген при восстановлении разрыва. [139] [140] [141] [142] Родственный термин синтетическая биология иногда используется для обозначения обширной генной инженерии организма. [143]

Генная инженерия теперь является обычным инструментом исследования с модельными организмами . Например, гены легко добавляются к бактериям [144] , а линии нокаутированных мышей с нарушенной функцией определенного гена используются для исследования функции этого гена. [145] [146] Многие организмы были генетически модифицированы для применения в сельском хозяйстве , промышленной биотехнологии и медицине .

Для многоклеточных организмов обычно создается эмбрион , который вырастает во взрослый генетически модифицированный организм . [147] Однако геномы клеток во взрослом организме можно редактировать с помощью методов генной терапии для лечения генетических заболеваний.

Смотрите также

Ссылки

Цитаты

  1. ^ abc Orgogozo V, Peluffo AE, Morizot B (2016). ««Менделевский ген» и «Молекулярный ген»: две важные концепции генетических единиц» (PDF) . Актуальные темы в биологии развития . 119 : 1–26. doi :10.1016/bs.ctdb.2016.03.002. PMID  27282022. S2CID  24583286.
  2. ^ "Что такое ген?: MedlinePlus Genetics". MedlinePlus . 17 сентября 2020 г. . Получено 4 января 2021 г. .
  3. ^ Hirsch ED (2002). Новый словарь культурной грамотности . Бостон: Houghton Mifflin. ISBN 0-618-22647-8. OCLC  50166721.
  4. ^ Elston RC, Satagopan JM, Sun S (2012). "Генетическая терминология". Статистическая генетика человека . Методы в молекулярной биологии. Т. 850. Humana Press. С. 1–9. doi :10.1007/978-1-61779-555-8_1. ISBN 978-1-61779-554-1. PMC  4450815 . PMID  22307690.
  5. ^ аб Йохансен В. (1909). Elemente der exakten Erblichkeitslehre [ Элементы точной теории наследственности ] (на немецком языке). Йена, Германия: Густав Фишер. п. 124.Из стр. 124: «Dieses "etwas" in den Gameten bezw. in der Zygote, ... – kurz, было wir eben Gene nennen wollen – bedingt sind». (Это «что-то» в гаметах или в зиготе, имеющее решающее значение для характера организма, обычно называют весьма двусмысленным термином Anlagen [зачаток, от немецкого слова Anlage — «план, расположение; грубый набросок» ]. Было предложено много других терминов, в основном, к сожалению, в более тесной связи с определенными гипотетическими мнениями. Слово «панген», которое было введено Дарвином, возможно, чаще всего используется вместо Anlagen . Однако слово «панген» не было хорошо выбрано, так как это сложное слово, содержащее корни pan (средняя форма от Πας all, каждый) и gen (от γί-γ(ε)ν-ομαι, становиться). Только значение этого последнего [т.е. gen ] здесь принимается во внимание; только основная идея – [а именно,] что признак в развивающемся организме может быть определен или находится под влиянием «чего-то» в гаметах – должна найти выражение. Никакой гипотезы о природа этого "чего-то" должна быть постулирована или поддержана им. По этой причине кажется наиболее простым использовать в изоляции последний слог gen из известного слова Дарвина, который один только и представляет для нас интерес, чтобы заменить его на это, бедное, двусмысленное слово Anlage . Таким образом, мы будем говорить просто «ген» и «гены» вместо «панген» и «пангены». Слово ген полностью свободно от какой-либо гипотезы; оно выражает только установленный факт, что в любом случае (Многие черты организма определяются специфическими, раздельными и, следовательно, независимыми «условиями», «основами», «планами» — короче говоря, именно тем, что мы хотим назвать генами.)
  6. ^ abcd Кампуракис К (2017). Making Sense of Genes . Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press.
  7. ^ Gericke N, Hagberg M (5 декабря 2006 г.). «Определение исторических моделей функции генов и их связь с пониманием генетики студентами». Наука и образование . 16 (7–8): 849–881. Bibcode : 2007Sc&Ed..16..849G. doi : 10.1007/s11191-006-9064-4. S2CID  144613322.
  8. ^ Менье Р. (2022). «Стэнфордская энциклопедия философии: Ген». Стэнфордская энциклопедия философии . Получено 28 февраля 2023 г. .
  9. ^ Kellis M, Wold B, Snyder MP, Bernstein BE, Kundaje A, Marinov GK и др. (апрель 2014 г.). «Определение функциональных элементов ДНК в геноме человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (17): 6131–8. Bibcode : 2014PNAS..111.6131K. doi : 10.1073/pnas.1318948111 . PMC 4035993. PMID  24753594 . 
  10. ^ ab Докинз Р. (1976). Эгоистичный ген . Оксфорд, Великобритания: Oxford University Press.
  11. ^ Штольц К., Гриффитс П. (2004). «Гены: философский анализ, подвергнутый испытанию». История и философия наук о жизни . 26 (1): 5–28. doi :10.1080/03919710412331341621. JSTOR  23333378. PMID  15791804.
  12. ^ Beadle GW, Tatum EL (ноябрь 1941 г.). «Генетический контроль биохимических реакций у Neurospora». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 27 (11): 499–506. Bibcode : 1941PNAS...27..499B. doi : 10.1073/pnas.27.11.499 . PMC 1078370. PMID  16588492. 
  13. ^ Horowitz NH, Berg P, Singer M, Lederberg J, Susman M, Doebley J, Crow JF (январь 2004 г.). «Столетие: Джордж У. Бидл, 1903-1989». Genetics . 166 (1): 1–10. doi :10.1534/genetics.166.1.1. PMC 1470705 . PMID  15020400. 
  14. ^ Джадсон ХФ (1996). Восьмой день творения (Расширенное издание). Плейнвью, Нью-Йорк (США): Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  15. ^ ab Watson JD (1965). Молекулярная биология гена . Нью-Йорк, США: WA Benjamin, Inc.
  16. ^ Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уотсон Дж. Д. (1994). Молекулярная биология клетки: Третье издание . Лондон, Великобритания: Garland Publishing, Inc. ISBN 0-8153-1619-4.
  17. ^ Moran LA, Horton HR, Scrimgeour KG, Perry MD (2012). Принципы биохимии: Пятое издание . Upper Saddle River, NJ, US: Pearson.
  18. ^ Левин Б. (2004). Гены VIII . Аппер Сэдл Ривер, Нью-Джерси, США: Pearson/Prentice Hall.
  19. ^ Piovesan A, Pelleri MC, Antonaros F, Strippoli P, Caracausi M и Vitale L (2019). «О длине, весе и содержании GC в геноме человека». BMC Research Notes . 12 (1): 106–173. doi : 10.1186/s13104-019-4137-z . PMC 6391780. PMID  30813969 . 
  20. ^ Hubé F и Francastel C (2015). «Интроны млекопитающих: когда мусор порождает молекулярное разнообразие». International Journal of Molecular Sciences . 16 (3): 4429–4452. doi : 10.3390/ijms16034429 . PMC 4394429. PMID  25710723 . 
  21. ^ Francis WR и Wörheide G (2017). «Схожие соотношения интронов и межгенных последовательностей в геномах животных». Genome Biology and Evolution . 9 (6): 1582–1598. doi :10.1093/gbe/evx103. PMC 5534336. PMID  28633296 . 
  22. ^ Мортола Э., Лонг М. (2021). «Превращение мусора в нас: как рождаются гены». American Scientist . 109 : 174–182.
  23. ^ Хопкин К. (2009). «Развивающееся определение гена: с открытием того, что почти весь геном транскрибируется, определение «гена» нуждается в еще одном пересмотре». BioScience . 59 : 928–931. doi :10.1525/bio.2009.59.11.3. S2CID  88157272.
  24. ^ Pearson H (2006). «Что такое ген?». Nature . 441 (7092): 399–401. Bibcode : 2006Natur.441..398P. doi : 10.1038/441398a . PMID  16724031. S2CID  4420674.
  25. ^ Пенниси Э. (2007). «Исследование ДНК заставляет переосмыслить, что значит быть геном». Science . 316 (5831): 1556–1557. doi : 10.1126/science.316.5831.1556 . PMID  17569836. S2CID  36463252.
  26. ^ Вольф Ю.И., Казлаускас Д., Иранзо Дж., Люсия-Санс А., Кун Дж.Х., Крупович М. и др. (ноябрь 2018 г.). Раканьелло В.Р. (ред.). «Происхождение и эволюция глобального РНК-вирома». мБио . 9 (6). Эрик Делварт, Луис Энхуанес: e02329–18. doi : 10.1128/mBio.02329-18. ПМК 6282212 . ПМИД  30482837. 
  27. ^ ab Pennisi E (июнь 2007 г.). «Геномика. Изучение ДНК заставляет переосмыслить, что значит быть геном». Science . 316 (5831): 1556–7. doi : 10.1126/science.316.5831.1556 . PMID  17569836. S2CID  36463252.
  28. ^ Marande W, Burger G (октябрь 2007 г.). «Митохондриальная ДНК как геномная головоломка». Science . 318 (5849). AAAS: 415. Bibcode :2007Sci...318..415M. doi :10.1126/science.1148033. PMID  17947575. S2CID  30948765.
  29. ^ Parra G, Reymond A, Dabbouseh N, Dermitzakis ET, Castelo R, Thomson TM и др. (январь 2006 г.). «Тандемный химеризм как средство увеличения сложности белков в геноме человека». Genome Research . 16 (1): 37–44. doi :10.1101/gr.4145906. PMC 1356127. PMID 16344564  . 
  30. ^ abc Gerstein MB, Bruce C, Rozowsky JS, Zheng D, Du J, Korbel JO и др. (июнь 2007 г.). «Что такое ген после ENCODE? История и обновленное определение». Genome Research . 17 (6): 669–81. doi : 10.1101/gr.6339607 . PMID  17567988.
  31. ^ Noble D (сентябрь 2008 г.). «Гены и причинность». Philosophical Transactions. Серия A, Математические, физические и инженерные науки . 366 (1878): 3001–15. Bibcode : 2008RSPTA.366.3001N. doi : 10.1098/rsta.2008.0086 . PMID  18559318.
  32. ^ «Смешивание наследования — обзор | Темы ScienceDirect».
  33. ^ "genesis" . Оксфордский словарь английского языка (Электронная правка). Oxford University Press . (Требуется подписка или членство в участвующем учреждении.)
  34. ^ Magner LN (2002). История наук о жизни (третье изд.). Марсель Деккер , CRC Press . стр. 371. ISBN 978-0-203-91100-6.
  35. ^ Хениг Р. М. (2000). Монах в саду: потерянный и найденный гений Грегора Менделя, отца генетики . Бостон: Houghton Mifflin. С. 1–9. ISBN 978-0395-97765-1.
  36. ^ ab de Vries H (1889). Intracellulare Pangenese [ Внутриклеточный пангенез ] (на немецком языке). Перевод Gager CS . Jena: Verlag von Gustav Fischer.Переведено в 1908 году с немецкого на английский язык издательством Open Court Publishing Co., Чикаго, 1910 г.
  37. ^ Bateson W (1906). "Прогресс генетических исследований". В Wilks W (ред.). Отчет Третьей международной конференции 1906 года по генетике . Лондон, Англия: Королевское садоводческое общество. стр. 90–97. ... сама наука [т. е. изучение разведения и гибридизации растений] все еще безымянна, и мы можем описать наше занятие только громоздкими и часто вводящими в заблуждение перифразами. Чтобы преодолеть эту трудность, я предлагаю для рассмотрения на этом Конгрессе термин Генетика , который в достаточной степени указывает на то, что наши труды посвящены разъяснению явлений наследственности и изменчивости: другими словами, физиологии происхождения, с подразумеваемым отношением к теоретическим проблемам эволюциониста и систематика, и применением к практическим проблемам селекционеров, будь то животные или растения.
  38. ^ Avery OT, Macleod CM, McCarty M (февраль 1944 г.). «Исследования химической природы вещества, вызывающего трансформацию пневмококковых типов: индукция трансформации фракцией дезоксирибонуклеиновой кислоты, выделенной из пневмококка типа III». Журнал экспериментальной медицины . 79 (2): 137–58. doi :10.1084/jem.79.2.137. PMC 2135445. PMID 19871359  . Перепечатка: Avery OT, MacLeod CM, McCarty M (февраль 1979 г.). «Исследования химической природы вещества, вызывающего трансформацию пневмококковых типов. Индукция трансформации фракцией дезоксирибонуклеиновой кислоты, выделенной из пневмококка типа III». Журнал экспериментальной медицины . 149 (2): 297–326. doi : 10.1084 /jem.149.2.297. PMC 2184805. PMID  33226. 
  39. ^ Херши AD, Чейз M (май 1952). «Независимые функции вирусного белка и нуклеиновой кислоты в росте бактериофага». Журнал общей физиологии . 36 (1): 39–56. doi :10.1085/jgp.36.1.39. PMC 2147348. PMID 12981234  . 
  40. ^ Джадсон Х (1979). Восьмой день творения: создатели революции в биологии . Cold Spring Harbor Laboratory Press. С. 51–169. ISBN 978-0-87969-477-7.
  41. ^ Watson JD, Crick FH (апрель 1953 г.). «Молекулярная структура нуклеиновых кислот: структура дезоксирибозонуклеиновой кислоты» (PDF) . Nature . 171 (4356): 737–8. Bibcode : 1953Natur.171..737W. doi : 10.1038/171737a0. PMID  13054692. S2CID  4253007.
  42. ^ Benzer S (июнь 1955). «Тонкая структура генетической области бактериофага». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 41 (6): 344–54. Bibcode :1955PNAS...41..344B. doi : 10.1073/pnas.41.6.344 . PMC 528093 . PMID  16589677. 
  43. ^ Benzer S (ноябрь 1959). «О топологии генетической тонкой структуры». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 45 (11): 1607–20. Bibcode : 1959PNAS...45.1607B. doi : 10.1073/pnas.45.11.1607 . PMC 222769. PMID  16590553 . 
  44. ^ Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (май 1972). "Нуклеотидная последовательность гена, кодирующего белок оболочки бактериофага MS2". Nature . 237 (5350): 82–8. Bibcode :1972Natur.237...82J. doi :10.1038/237082a0. PMID  4555447. S2CID  4153893.
  45. ^ Sanger F, Nicklen S, Coulson AR (декабрь 1977 г.). «Секвенирование ДНК с ингибиторами, обрывающими цепь». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (12): 5463–7. Bibcode : 1977PNAS...74.5463S. doi : 10.1073/pnas.74.12.5463 . PMC 431765. PMID  271968 . 
  46. ^ Адамс Дж. Ю. (2008). «Технологии секвенирования ДНК». Nature Education Knowledge . SciTable. 1 (1). Nature Publishing Group: 193.
  47. ^ Хаксли Дж (1942). Эволюция: современный синтез . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 978-0262513661.
  48. ^ Уильямс GC (2001). Адаптация и естественный отбор: критика некоторых современных эволюционных мыслей (Электронное издание). Принстон: Princeton University Press. ISBN 9781400820108.
  49. ^ Докинз Р. (1989). Расширенный фенотип (издание в мягкой обложке). Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-286088-0.
  50. ^ Дюре Л. (2008). «Нейтральная теория: нулевая гипотеза молекулярной эволюции». Nature Education . 1 : 218.
  51. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af ag ah ai Альбертс Б. , Джонсон А., Льюис Дж. , Рафф М. , Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки (четвертое издание). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  52. ^ Страйер Л., Берг Дж.М., Тимочко Дж.Л. (2002). Биохимия (5-е изд.). Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4955-4.
  53. ^ Bolzer A, Kreth G, Solovei I, Koehler D, Saracoglu K, Fauth C и др. (май 2005 г.). «Трехмерные карты всех хромосом в ядрах мужских фибробластов человека и прометафазных розетках». PLOS Biology . 3 (5): e157. doi : 10.1371/journal.pbio.0030157 . PMC 1084335. PMID  15839726 .  Значок открытого доступа
  54. ^ Braig M, Schmitt CA (март 2006). «Старение, вызванное онкогенами: торможение развития опухолей». Cancer Research . 66 (6): 2881–4. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-05-4006 . PMID  16540631.
  55. ^ ab Bennett PM (март 2008 г.). «Плазмидная кодируемая устойчивость к антибиотикам: приобретение и передача генов устойчивости к антибиотикам у бактерий». British Journal of Pharmacology . 153 (Suppl 1): S347-57. doi :10.1038/sj.bjp.0707607. PMC 2268074 . PMID  18193080. 
  56. ^ Международный консорциум по секвенированию генома человека (октябрь 2004 г.). «Завершение эухроматической последовательности генома человека». Nature . 431 (7011): 931–45. Bibcode :2004Natur.431..931H. doi : 10.1038/nature03001 . PMID  15496913.
  57. ^ ab Шафи, Томас; Лоу, Рохан (2017). «Структура эукариотических и прокариотических генов». WikiJournal of Medicine . 4 (1). doi : 10.15347/wjm/2017.002 . ISSN  2002-4436.
  58. ^ Mortazavi A, Williams BA, McCue K, Schaeffer L, Wold B (июль 2008 г.). «Картирование и количественная оценка транскриптомов млекопитающих с помощью РНК-Seq». Nature Methods . 5 (7): 621–8. doi :10.1038/nmeth.1226. PMID  18516045. S2CID  205418589.
  59. ^ Pennacchio LA, Bickmore W, Dean A, Nobrega MA, Bejerano G (апрель 2013 г.). «Усилители: пять основных вопросов». Nature Reviews. Genetics . 14 (4): 288–95. doi :10.1038/nrg3458. PMC 4445073. PMID 23503198  . 
  60. ^ Maston GA, Evans SK, Green MR (2006). «Транскрипционные регуляторные элементы в геноме человека». Annual Review of Genomics and Human Genetics . 7 : 29–59. doi : 10.1146/annurev.genom.7.080505.115623 . PMID  16719718.
  61. ^ Mignone F, Gissi C, Liuni S, Pesole G (28 февраля 2002 г.). "Нетранслируемые области мРНК". Genome Biology . 3 (3): REVIEWS0004. doi : 10.1186/gb-2002-3-3-reviews0004 . PMC 139023. PMID  11897027 . 
  62. ^ Bicknell AA, Cenik C, Chua HN, Roth FP, Moore MJ (декабрь 2012 г.). «Интроны в UTR: почему мы должны прекратить их игнорировать». BioEssays . 34 (12): 1025–34. doi : 10.1002/bies.201200073 . PMID  23108796. S2CID  5808466.
  63. ^ Salgado H, Moreno-Hagelsieb G, Smith TF, Collado-Vides J (июнь 2000 г.). «Опероны в Escherichia coli: геномный анализ и предсказания». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (12): 6652–7. Bibcode : 2000PNAS...97.6652S. doi : 10.1073/pnas.110147297 . PMC 18690. PMID  10823905 . 
  64. ^ Blumenthal T (ноябрь 2004 г.). «Опероны у эукариот». Briefings in Functional Genomics & Proteomics . 3 (3): 199–211. doi : 10.1093/bfgp/3.3.199 . PMID  15642184.
  65. ^ Jacob F, Monod J (июнь 1961). «Генетические регуляторные механизмы синтеза белков». Журнал молекулярной биологии . 3 (3): 318–56. doi :10.1016/S0022-2836(61)80072-7. PMID  13718526. S2CID  19804795.
  66. ^ Pozzoli U, Menozzi G, Comi GP, Cagliani R, Bresolin N, Sironi M (январь 2007 г.). «Размер интрона у млекопитающих: сложность приходит к соглашению с экономией». Trends in Genetics . 23 (1): 20–24. doi :10.1016/j.tig.2006.10.003. PMID  17070957.
  67. ^ Marais G, Nouvellet P, Keightley PD, Charlesworth B (май 2005 г.). «Размер интрона и эволюция экзона у дрозофилы». Genetics . 170 (1): 481–485. doi :10.1534/genetics.104.037333. PMC 1449718 . PMID  15781704. 
  68. ^ Кумар А. (сентябрь 2009 г.). «Обзор вложенных генов в эукариотических геномах». Eukaryotic Cell . 8 (9): 1321–1329. doi :10.1128/EC.00143-09. PMC 2747821. PMID  19542305 . .
  69. ^ Spilianakis CG, Lalioti MD, Town T, Lee GR, Flavell RA (июнь 2005 г.). «Межхромосомные ассоциации между альтернативно экспрессируемыми локусами». Nature . 435 (7042): 637–645. Bibcode :2005Natur.435..637S. doi :10.1038/nature03574. PMID  15880101. S2CID  1755326.
  70. ^ Williams A, Spilianakis CG, Flavell RA (апрель 2010 г.). «Межхромосомная ассоциация и регуляция генов в транс». Trends in Genetics . 26 (4): 188–197. doi :10.1016/j.tig.2010.01.007. PMC 2865229. PMID 20236724  . 
  71. ^ Lei Q, Li C, Zuo Z, Huang C, Cheng H, Zhou R (март 2016 г.). «Эволюционные идеи транссплайсинга РНК у позвоночных». Genome Biology and Evolution . 8 (3): 562–577. doi :10.1093/gbe/evw025. PMC 4824033. PMID  26966239 . 
  72. ^ Wright BW, Molloy MP, Jaschke PR (март 2022 г.). «Перекрывающиеся гены в естественных и сконструированных геномах». Nature Reviews. Genetics . 23 (3): 154–168. doi :10.1038/s41576-021-00417-w. PMC 8490965. PMID  34611352 . 
  73. ^ ab Eddy SR (декабрь 2001 г.). «Некодирующие гены РНК и современный мир РНК». Nature Reviews. Genetics . 2 (12): 919–29. doi :10.1038/35103511. PMID  11733745. S2CID  18347629.
  74. ^ Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ (декабрь 1961 г.). «Общая природа генетического кода белков». Nature . 192 (4809): 1227–32. Bibcode :1961Natur.192.1227C. doi :10.1038/1921227a0. PMID  13882203. S2CID  4276146.
  75. ^ Crick FH (октябрь 1962). «Генетический код». Scientific American . 207 (4). WH Freeman and Company: 66–74. Bibcode : 1962SciAm.207d..66C. doi : 10.1038/scientificamerican1062-66. PMID  13882204.
  76. ^ Woodson SA (май 1998). «Сглаживание изломов: сплайсинг и трансляция у бактерий». Genes & Development . 12 (9): 1243–7. doi : 10.1101/gad.12.9.1243 . PMID  9573040.
  77. ^ Jacob F , Monod J (июнь 1961). «Генетические регуляторные механизмы синтеза белков». Журнал молекулярной биологии . 3 (3): 318–56. doi :10.1016/S0022-2836(61)80072-7. PMID  13718526. S2CID  19804795.
  78. ^ Кунин EV, Доля ВВ (январь 1993). «Эволюция и таксономия вирусов с положительной цепью РНК: выводы сравнительного анализа аминокислотных последовательностей». Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 28 (5): 375–430. doi :10.3109/10409239309078440. PMID  8269709.
  79. ^ Доминго Э (2001). «Геномы РНК-вирусов». ЭЛС . дои : 10.1002/9780470015902.a0001488.pub2. ISBN 978-0470016176.
  80. ^ Доминго Э., Эскармис С., Севилья Н., Моя А., Елена С.Ф., Кер Дж. и др. (июнь 1996 г.). «Основные концепции эволюции РНК-вирусов». Журнал ФАСЭБ . 10 (8): 859–64. дои : 10.1096/fasebj.10.8.8666162 . PMID  8666162. S2CID  20865732.
  81. ^ Мико I (2008). "Грегор Мендель и принципы наследования". Nature Education Knowledge . SciTable. 1 (1). Nature Publishing Group: 134.
  82. ^ Chial H (2008). "Менделирующая генетика: закономерности наследования и моногенные нарушения". Nature Education Knowledge . SciTable. 1 (1). Nature Publishing Group: 63.
  83. ^ Маккарти Д., Миннер К., Бернстайн Х., Бернстайн К. (октябрь 1976 г.). «Скорости удлинения ДНК и распределение точек роста фага T4 дикого типа и мутанта с задержкой ДНК Amber». Журнал молекулярной биологии . 106 (4): 963–81. doi :10.1016/0022-2836(76)90346-6. PMID  789903.
  84. ^ ab Lobo I, Shaw K (2008). "Открытие и типы генетической связи". Nature Education Knowledge . SciTable. 1 (1). Nature Publishing Group: 139.
  85. ^ Nachman MW, Crowell SL (сентябрь 2000 г.). «Оценка скорости мутаций на нуклеотид у людей». Genetics . 156 (1): 297–304. doi :10.1093/genetics/156.1.297. PMC 1461236 . PMID  10978293. 
  86. ^ Roach JC, Glusman G, Smit AF, Huff CD, Hubley R, Shannon PT и др. (апрель 2010 г.). «Анализ генетического наследования в семейном квартете с помощью секвенирования всего генома». Science . 328 (5978): 636–9. Bibcode :2010Sci...328..636R. doi :10.1126/science.1186802. PMC 3037280 . PMID  20220176. 
  87. ^ Drake JW, Charlesworth B, Charlesworth D, Crow JF (апрель 1998 г.). «Скорость спонтанной мутации». Genetics . 148 (4): 1667–86. doi :10.1093/genetics/148.4.1667. PMC 1460098 . PMID  9560386. 
  88. ^ Pyeritz, Reed E., Bruce R. Korf и Wayne W. Grody, ред. Принципы и практика медицинской генетики и геномики Эмери и Римоина: основы. Academic Press, 2018.
  89. ^ «Какие виды генных мутаций возможны?». Genetics Home Reference . Национальная медицинская библиотека США. 11 мая 2015 г. Получено 19 мая 2015 г.
  90. ^ Эндрюс CA (2010). «Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов не действуют изолированно в естественных популяциях». Nature Education Knowledge . SciTable. 3 (10). Nature Publishing Group: 5.
  91. ^ Паттерсон С. (ноябрь 1988 г.). «Гомология в классической и молекулярной биологии». Молекулярная биология и эволюция . 5 (6): 603–25. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040523 . PMID  3065587.
  92. ^ Graur D (2016). Молекулярная и геномная эволюция . Sunderland MA (US): Sinauer Associates, Inc. ISBN 9781605354699.
  93. ^ Graur D (2016). Молекулярная и геномная эволюция . Sunderland MA (US): Sinauer Associates, Inc. ISBN 9781605354699.
  94. ^ Jensen RA (2001). «Ортологи и паралоги — нам нужно сделать это правильно». Genome Biology . 2 (8): INTERACTIONS1002. doi : 10.1186/gb-2001-2-8-interactions1002 . PMC 138949. PMID  11532207 . 
  95. ^ Studer RA, Robinson-Rechavi M (май 2009). «Насколько мы можем быть уверены в том, что ортологи похожи, а паралоги различаются?». Trends in Genetics . 25 (5): 210–6. doi :10.1016/j.tig.2009.03.004. PMID  19368988.
  96. ^ Altenhoff AM, Studer RA, Robinson-Rechavi M, Dessimoz C (2012). «Разрешение гипотезы ортологов: ортологи, как правило, слабо, но значительно более схожи по функциям, чем паралоги». PLOS Computational Biology . 8 (5): e1002514. Bibcode :2012PLSCB...8E2514A. doi : 10.1371/journal.pcbi.1002514 . PMC 3355068 . PMID  22615551.  Значок открытого доступа
  97. ^ ab Guerzoni D, McLysaght A (ноябрь 2011 г.). "De novo происхождение человеческих генов". PLOS Genetics . 7 (11): e1002381. doi : 10.1371/journal.pgen.1002381 . PMC 3213182. PMID  22102832 .  Значок открытого доступа
  98. ^ Reams AB, Roth JR (февраль 2015 г.). «Механизмы дупликации и амплификации генов». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 7 (2): a016592. doi :10.1101/cshperspect.a016592. PMC 4315931. PMID 25646380  . 
  99. ^ Demuth JP, De Bie T, Stajich JE, Cristianini N, Hahn MW (декабрь 2006 г.). "Эволюция семейств генов млекопитающих". PLOS ONE . 1 (1): e85. Bibcode : 2006PLoSO ...1...85D. doi : 10.1371/journal.pone.0000085 . PMC 1762380. PMID  17183716.  Значок открытого доступа
  100. ^ Knowles DG, McLysaght A (октябрь 2009 г.). «Недавнее новое происхождение генов, кодирующих человеческие белки». Genome Research . 19 (10): 1752–9. doi :10.1101/gr.095026.109. PMC 2765279. PMID  19726446 . 
  101. ^ Wu DD, Irwin DM, Zhang YP (ноябрь 2011 г.). "Происхождение генов, кодирующих человеческие белки, de novo". PLOS Genetics . 7 (11): e1002379. doi : 10.1371/journal.pgen.1002379 . PMC 3213175. PMID  22102831 .  Значок открытого доступа
  102. ^ McLysaght A, Guerzoni D (сентябрь 2015 г.). «Новые гены из некодирующей последовательности: роль генов de novo, кодирующих белок, в эволюционных инновациях эукариот». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 370 (1678): 20140332. doi :10.1098/rstb.2014.0332. PMC 4571571. PMID  26323763 . 
  103. ^ Neme R, Tautz D (февраль 2013 г.). «Филогенетические закономерности появления новых генов подтверждают модель частой эволюции de novo». BMC Genomics . 14 (1): 117. doi : 10.1186/1471-2164-14-117 . PMC 3616865 . PMID  23433480. 
  104. ^ Treangen TJ, Rocha EP (январь 2011 г.). «Горизонтальный перенос, а не дупликация, стимулирует расширение семейств белков у прокариот». PLOS Genetics . 7 (1): e1001284. doi : 10.1371/journal.pgen.1001284 . PMC 3029252 . PMID  21298028.  Значок открытого доступа
  105. ^ Ochman H, Lawrence JG, Groisman EA (май 2000). «Латеральный перенос генов и природа бактериальных инноваций». Nature . 405 (6784): 299–304. Bibcode :2000Natur.405..299O. doi :10.1038/35012500. PMID  10830951. S2CID  85739173.
  106. ^ Keeling PJ, Palmer JD (август 2008 г.). «Горизонтальный перенос генов в эволюции эукариот». Nature Reviews. Genetics . 9 (8): 605–18. doi :10.1038/nrg2386. PMID  18591983. S2CID  213613.
  107. ^ Schönknecht G, Chen WH, Ternes CM, Barbier GG, Shrestha RP, Stanke M и др. (март 2013 г.). «Перенос генов от бактерий и архей способствовал эволюции экстремофильных эукариот». Science . 339 (6124): 1207–10. Bibcode :2013Sci...339.1207S. doi :10.1126/science.1231707. PMID  23471408. S2CID  5502148.
  108. ^ Ридли, М. (2006). Геном . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Harper Perennial. ISBN 0-06-019497-9 
  109. ^ Банерджи С., Бхандари П., Вудхаус М., Сен Т.З., Уайз Р.П., Андорф К.М. (апрель 2021 г.). «FINDER: автоматизированный программный пакет для аннотации эукариотических генов из данных РНК-Seq и связанных с ними последовательностей белков». BMC Bioinformatics . 44 (9): e89. doi : 10.1186/s12859-021-04120-9 . PMC 8056616 . PMID  33879057. 
  110. ^ Уотсон, Дж. Д., Бейкер ТА, Белл СП, Ганн А, Левин М, Лосик Р. (2004). «Ch9-10», Молекулярная биология гена, 5-е изд., Писон Бенджамин Каммингс; CSHL Press.
  111. ^ «Integr8 – Статистика генома A.thaliana».
  112. ^ "Понимание основ". Проект генома человека . Получено 26 апреля 2015 г.
  113. ^ "WS227 Release Letter". WormBase. 10 августа 2011 г. Архивировано из оригинала 28 ноября 2013 г. Получено 19 ноября 2013 г.
  114. ^ ab Yu J, Hu S, Wang J, Wong GK, Li S, Liu B, et al. (апрель 2002 г.). «Черновик последовательности генома риса (Oryza sativa L. ssp. indica)». Science . 296 (5565): 79–92. Bibcode :2002Sci...296...79Y. doi :10.1126/science.1068037. PMID  11935017. S2CID  208529258.
  115. ^ Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de Bruijn MH, Coulson AR, Drouin J, et al. (апрель 1981 г.). «Последовательность и организация митохондриального генома человека». Nature . 290 (5806): 457–65. Bibcode :1981Natur.290..457A. doi :10.1038/290457a0. PMID  7219534. S2CID  4355527.
  116. ^ Адамс, доктор медицинских наук, Селникер С.Е., Холт Р.А., Эванс Калифорния, Гокейн Дж.Д., Аманатидес П.Г. и др. (март 2000 г.). «Последовательность генома Drosophila melanogaster». Наука . 287 (5461): 2185–95. Бибкод : 2000Sci...287.2185.. CiteSeerX 10.1.1.549.8639 . дои : 10.1126/science.287.5461.2185. ПМИД  10731132. 
  117. ^ Pertea M, Salzberg SL (2010). «Между курицей и виноградом: оценка количества человеческих генов». Genome Biology . 11 (5): 206. doi : 10.1186/gb-2010-11-5-206 . PMC 2898077. PMID  20441615 . 
  118. ^ Белый ВА, Левин А.Дж., Скалка А.М. (декабрь 2010 г.). «Последовательности предковых одноцепочечных ДНК-вирусов в геномах позвоночных: парвовирусы и цирковирусы имеют возраст более 40–50 миллионов лет». Журнал вирусологии . 84 (23): 12458–62. doi :10.1128/JVI.01789-10. PMC 2976387. PMID  20861255 . 
  119. ^ Флорес Р., Ди Серио Ф., Эрнандес К. (февраль 1997 г.). «Вироиды: некодирующие геномы». Семинары по вирусологии . 8 (1): 65–73. doi :10.1006/smvy.1997.0107.
  120. ^ Зонневельд Б. Дж. (2010). «Новые рекордсмены по максимальному размеру генома у двудольных и однодольных». Журнал ботаники . 2010 : 1–4. doi : 10.1155/2010/527357 .
  121. ^ Перес-Иратксета С, Палидвор Г, Андраде-Наварро М.А. (декабрь 2007 г.). «К завершению протеома Земли». EMBO Reports . 8 (12): 1135–41. doi :10.1038/sj.embor.7401117. PMC 2267224. PMID 18059312  . 
  122. ^ Muller HJ (1966). «Генный материал как инициатор и организующая основа жизни». American Naturalist . 100 (915): 493–517. doi :10.1086/282445. JSTOR  2459205. S2CID  84202145.
  123. ^ Ohno S (1972). «Столько «мусорной» ДНК в нашем геноме». Brookhaven Symposia in Biology . 23 : 366–370. PMID  5065367.
  124. ^ Hatje K, Mühlhausen S, Simm D, Killmar M (2019). «Протеин-кодирующий геном человека: аннотирование высоко висящих фруктов». BioEssays . 41 (11): 1900066. doi : 10.1002/bies.201900066 . PMID  31544971. S2CID  202732556.
  125. ^ Schuler GD, Boguski MS , Stewart EA, Stein LD, Gyapay G, Rice K и др. (октябрь 1996 г.). «Генная карта генома человека». Science . 274 (5287): 540–6. Bibcode :1996Sci...274..540S. doi :10.1126/science.274.5287.540. PMID  8849440. S2CID  22619.
  126. ^ Chi KR (октябрь 2016 г.). «Темная сторона генома человека». Nature . 538 (7624): 275–277. Bibcode :2016Natur.538..275C. doi : 10.1038/538275a . PMID  27734873.
  127. ^ "Human assembly and gene annotation". Ensembl . 2022. Получено 28 февраля 2023 .
  128. ^ ab Hutchison CA, Chuang RY, Noskov VN, Assad-Garcia N, Deerinck TJ, Ellisman MH и др. (март 2016 г.). «Проектирование и синтез минимального бактериального генома». Science . 351 (6280): aad6253. Bibcode :2016Sci...351.....H. doi : 10.1126/science.aad6253 . PMID  27013737.
  129. ^ Glass JI, Assad-Garcia N, Alperovich N, Yooseph S, Lewis MR, Maruf M и др. (январь 2006 г.). «Необходимые гены минимальной бактерии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (2): 425–30. Bibcode : 2006PNAS..103..425G. doi : 10.1073/pnas.0510013103 . PMC 1324956. PMID  16407165 . 
  130. ^ Gerdes SY, Scholle MD, Campbell JW, Balázsi G, Ravasz E, Daugherty MD и др. (октябрь 2003 г.). «Экспериментальное определение и системный анализ основных генов в Escherichia coli MG1655». Журнал бактериологии . 185 (19): 5673–84. doi :10.1128/jb.185.19.5673-5684.2003. PMC 193955. PMID 13129938  . 
  131. ^ Баба Т., Ара Т., Хасегава М., Такай Ю., Окумура Ю., Баба М. и др. (2006). «Создание мутантов Escherichia coli K-12 с нокаутом одного гена в рамке: коллекция Кейо». Молекулярная системная биология . 2 : 2006.0008. дои : 10.1038/msb4100050. ПМЦ 1681482 . ПМИД  16738554. 
  132. ^ ab Juhas M, Reuß DR, Zhu B, Commichau FM (ноябрь 2014 г.). «Bacillus subtilis и Escherichia coli основные гены и минимальные клеточные фабрики после десятилетия генной инженерии». Микробиология . 160 (Pt 11): 2341–2351. doi : 10.1099/mic.0.079376-0 . PMID  25092907.
  133. ^ Tu Z, Wang L, Xu M, Zhou X, Chen T, Sun F (февраль 2006 г.). «Дальнейшее понимание генов человеческих болезней путем сравнения с генами домашнего хозяйства и другими генами». BMC Genomics . 7 : 31. doi : 10.1186/1471-2164-7-31 . PMC 1397819 . PMID  16504025.  Значок открытого доступа
  134. ^ Georgi B, Voight BF, Bućan M (май 2013 г.). «От мыши к человеку: эволюционный геномный анализ человеческих ортологов основных генов». PLOS Genetics . 9 (5): e1003484. doi : 10.1371/journal.pgen.1003484 . PMC 3649967. PMID  23675308 .  Значок открытого доступа
  135. ^ Eisenberg E, Levanon EY (октябрь 2013 г.). «Гены домашнего хозяйства человека, пересмотр». Trends in Genetics . 29 (10): 569–74. doi :10.1016/j.tig.2013.05.010. PMID  23810203.
  136. ^ Амстердам А, Хопкинс Н (сентябрь 2006 г.). «Стратегии мутагенеза у данио-рерио для идентификации генов, участвующих в развитии и болезнях». Тенденции в генетике . 22 (9): 473–8. doi :10.1016/j.tig.2006.06.011. PMID  16844256.
  137. ^ "О HGNC". База данных названий генов человека HGNC . Комитет по номенклатуре генов HUGO. Архивировано из оригинала 26 марта 2023 г. Получено 14 мая 2015 г.
  138. ^ Cohen SN, Chang AC (май 1973). «Рециркуляризация и автономная репликация срезанного сегмента ДНК R-фактора в трансформантах Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 70 (5): 1293–7. Bibcode :1973PNAS...70.1293C. doi : 10.1073/pnas.70.5.1293 . PMC 433482 . PMID  4576014. 
  139. ^ Эсвельт КМ, Ван ХХ (2013). «Геномная инженерия для систем и синтетической биологии». Молекулярная системная биология . 9 (1): 641. doi :10.1038/msb.2012.66. PMC 3564264. PMID  23340847 . 
  140. ^ Tan WS, Carlson DF, Walton MW, Fahrenkrug SC, Hackett PB (2012). «Точное редактирование геномов крупных животных». Advances in Genetics Volume 80. Vol. 80. pp. 37–97. doi :10.1016/B978-0-12-404742-6.00002-8. ISBN 9780124047426. PMC  3683964 . PMID  23084873.
  141. ^ Puchta H, Fauser F (2013). «Gene targeting in plants: 25 years later». Международный журнал биологии развития . 57 (6–8): 629–37. doi : 10.1387/ijdb.130194hp . PMID  24166445.
  142. ^ Ran FA, Hsu PD, Wright J, Agarwala V, Scott DA, Zhang F (ноябрь 2013 г.). «Геномная инженерия с использованием системы CRISPR-Cas9». Nature Protocols . 8 (11): 2281–2308. doi :10.1038/nprot.2013.143. PMC 3969860 . PMID  24157548. 
  143. ^ Kittleson JT, Wu GC, Anderson JC (август 2012 г.). «Успехи и неудачи в модульной генной инженерии». Current Opinion in Chemical Biology . 16 (3–4): 329–36. doi :10.1016/j.cbpa.2012.06.009. PMID  22818777.
  144. ^ Берг П., Мерц Дж. Э. (январь 2010 г.). «Личные размышления о происхождении и возникновении технологии рекомбинантной ДНК». Генетика . 184 (1): 9–17. doi :10.1534/genetics.109.112144. PMC 2815933. PMID  20061565 . 
  145. ^ Austin CP, Battey JF, Bradley A, Bucan M, Capecchi M, Collins FS и др. (сентябрь 2004 г.). «Проект мышиного нокаута». Nature Genetics . 36 (9): 921–4. doi :10.1038/ng0904-921. PMC 2716027 . PMID  15340423. 
  146. ^ Guan C, Ye C, Yang X, Gao J (февраль 2010 г.). «Обзор текущих крупномасштабных усилий по нокауту мышей». Genesis . 48 (2): 73–85. doi :10.1002/dvg.20594. PMID  20095055. S2CID  34470273.
  147. ^ Дэн С (октябрь 2007 г.). «В честь Нобелевской премии доктора Марио Р. Капеччи». Международный журнал биологических наук . 3 (7): 417–9. doi :10.7150/ijbs.3.417. PMC 2043165. PMID  17998949 . 

Источники

Основной учебник
Ссылки на главы «Молекулярной биологии клетки»
Глоссарий
Гл 1: Клетки и геномы
1.1: Универсальные особенности клеток на Земле
Глава 2: Клеточная химия и биосинтез
2.1: Химические компоненты клетки
Гл 3: Белки
Гл 4: ДНК и хромосомы
4.1: Структура и функции ДНК
4.2: Хромосомная ДНК и ее упаковка в хроматиновые волокна
Глава 5: Репликация, репарация и рекомбинация ДНК
5.2: Механизмы репликации ДНК
5.4: Восстановление ДНК
5.5: Общая рекомбинация
Глава 6: Как клетки считывают геном: от ДНК до белка
6.1: ДНК в РНК
6.2: РНК в белок
Глава 7: Контроль экспрессии генов
7.1: Обзор генного контроля
7.2: ДНК-связывающие мотивы в генных регуляторных белках
7.3: Как работают генетические переключатели
7.5: Посттранскрипционный контроль
7.6: Как эволюционируют геномы
Гл 14: Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты
14.4: Генетические системы митохондрий и пластид
Гл 18: Механика деления клетки
18.1: Обзор фазы М
18.2: Митоз
Гл 20: Зародышевые клетки и оплодотворение
20.2: Мейоз

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки