{"id":5024835,"date":"2013-01-18T08:40:51","date_gmt":"2013-01-18T07:40:51","guid":{"rendered":"https:\/\/criticalbiomass.blog.hu\/2013\/01\/18\/hogyan_szuletnek_a_genek"},"modified":"2013-01-18T08:40:51","modified_gmt":"2013-01-18T07:40:51","slug":"hogyan_szuletnek_a_genek","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/?p=5024835","title":{"rendered":"Hogyan sz\u00fcletnek a g\u00e9nek?"},"content":{"rendered":"

Nyilv\u00e1n a biol\u00f3gia egyik alapvet\u0151 k\u00e9rd\u00e9se, hogyan alakulnak ki \u00faj g\u00e9nek az evol\u00faci\u00f3 sor\u00e1n? Az egyik legkor\u00e1bban felismert modell egyszer\u0171en azt t\u00e9telezi fel, hogy egy m\u0171k\u00f6d\u0151 g\u00e9n duplik\u00e1l\u00f3dik, majd az egyikben mut\u00e1ci\u00f3k t\u00f6rt\u00e9nnek, amelyek egy \u00faj m\u0171k\u00f6d\u00e9s ell\u00e1t\u00e1s\u00e1ra teszik alkalmass\u00e1. Ennek a modellnek az egyik gyenge pontja, hogy a tandem duplik\u00e1ci\u00f3k \u00e1ltal\u00e1ban evol\u00faci\u00f3s m\u00e9rt\u00e9kkel m\u00e9rve r\u00f6vid ideig maradnak fenn, hiszen \u00edgy egy g\u00e9n k\u00e9t p\u00e9ld\u00e1ny\u00e1nak kellene megmaradnia, holott szelekci\u00f3s nyom\u00e1s csak egy p\u00e9ld\u00e1nyra hat, a m\u00e1sodik p\u00e9ld\u00e1ny elveszt\u00e9se nem okoz h\u00e1tr\u00e1nyt az \u00e9l\u0151l\u00e9nynek. Joakim N\u00e4<\/span>svall \u00e9s munkat\u00e1rsai ennek a r\u00e9gi modellnek egy eg\u00e9szen picit m\u00f3dos\u00edtott v\u00e1ltozat\u00e1t k\u00f6z\u00f6lt\u00e9k le nemr\u00e9g, amelyben \u00fagy k\u00e9pz\u0151dhet egy \u00faj g\u00e9n, hogy v\u00e9gig folyamatosan pozit\u00edv szelekci\u00f3s nyom\u00e1s hat a duplik\u00e1lt g\u00e9n mindk\u00e9t p\u00e9ld\u00e1ny\u00e1ra.<\/p>\n

\"ujgen_1_abra.jpg\"<\/p>\n

<\/p>\n

A modellt IAD -nek (innovation-amplification-divergence) nevezt\u00e9k el, annyiban k\u00fcl\u00f6nb\u00f6zik a r\u00e9gebbi modellt\u0151l, hogy az \u0151si g\u00e9n \u00e1ltal k\u00f3dolt feh\u00e9rj\u00e9nek nem csak egy biok\u00e9mai aktivit\u00e1s\u00e1t t\u00e9telezi fel, hanem egy m\u00e1sodlagos, kisebb hat\u00e9konys\u00e1g\u00fa m\u0171k\u00f6d\u00e9st is. Ha a m\u00e1sodlagos m\u0171k\u00f6d\u00e9s is hasznos az \u00e9l\u0151l\u00e9ny sz\u00e1m\u00e1ra, akkor ezt a m\u0171k\u00f6d\u00e9st jav\u00edtja egy duplik\u00e1ci\u00f3, hiszen k\u00e9tszer annyi g\u00e9nterm\u00e9k nyilv\u00e1n k\u00e9tszer annyi enzimaktivit\u00e1st is jelent a sejtben. \u00cdgy mindk\u00e9t k\u00f3pia fennmarad\u00e1s\u00e1ra szelekci\u00f3s nyom\u00e1s hat, hiszen ha b\u00e1rmelyik m\u0171k\u00f6d\u00e9sk\u00e9ptelenn\u00e9 v\u00e1lik, felez\u0151dik a g\u00e9nterm\u00e9k mennyis\u00e9ge, \u00edgy hossz\u00fa id\u0151n \u00e1t fennmaradhat egy g\u00e9nnek t\u00f6bb p\u00e9ld\u00e1nya is. Mivel azonban mindk\u00e9t p\u00e9ld\u00e1ny egym\u00e1st\u00f3l f\u00fcggetlen\u00fcl evolv\u00e1l, b\u00e1rmelyikben t\u00f6rt\u00e9nhetnek el\u0151ny\u00f6s mut\u00e1ci\u00f3k, \u00edgy k\u00f6nnyen el\u0151fordulhat, hogy az egyik p\u00e9ld\u00e1nyban az egyik m\u0171k\u00f6d\u00e9st jav\u00edt\u00f3 mut\u00e1ci\u00f3k t\u00f6rt\u00e9nnek, a m\u00e1sikban a m\u00e1sikat jav\u00edt\u00f3 v\u00e1ltoz\u00e1sok szaporodnak fel. Ez l\u00e1that\u00f3 az els\u0151 „a” \u00e1br\u00e1n.<\/p>\n

\n

De hogy ne csak elm\u00e9leteket gy\u00e1rtsanak, egy k\u00eds\u00e9rletet is terveztek a felt\u00e9telez\u00e9seik igazol\u00e1s\u00e1ra Salmonella enterica<\/i> bakt\u00e9riumokkal. A hisztidin aminosav (hisA<\/i>) \u00e9s a triptof\u00e1n aminosav (trpF<\/i>) bioszint\u00e9zis\u00e9hez sz\u00fcks\u00e9ges k\u00e9t enzimet k\u00f3dol\u00f3 g\u00e9nt vizsg\u00e1lt\u00e1k. Mindkett\u0151 foszforibozil szubsztr\u00e1t izomeriz\u00e1l\u00f3d\u00e1s\u00e1t kataliz\u00e1lja, de k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 szubsztr\u00e1ton m\u0171k\u00f6dnek, \u00edgy k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 term\u00e9ket \u00e1ll\u00edtanak el\u0151 (els\u0151 „b” \u00e1bra). Ha a bakt\u00e9riumsejteket minim\u00e1lt\u00e1ptalajon tartj\u00e1k, a sejtnek mindk\u00e9t enzimre sz\u00fcks\u00e9ge lesz, hogy el\u0151\u00e1ll\u00edthassa a sz\u00fcks\u00e9ges aminosavakat. Egy trpF<\/i> mut\u00e1ns t\u00f6rzset minim\u00e1l t\u00e1ptalajra sz\u00e9lesztve azonos\u00edtottak egy olyan mut\u00e1nst, aminek a HisA enzimje kis hat\u00e9konys\u00e1ggal k\u00e9pes ell\u00e1tni a TrpF enzim feladat\u00e1t is. Ebben a g\u00e9nben a 13-15 kodonok duplik\u00e1ci\u00f3ja \u00e9s a 10. kodon pontmut\u00e1ci\u00f3ja kellett ehhez, ami az enzimben a 10. aminosav Asp -> Gly cser\u00e9j\u00e9t eredm\u00e9nyezi. Ezt a g\u00e9nt egy konstitut\u00edv prom\u00f3terrel eg\u00e9sz\u00edtett\u00e9k ki \u00e9s a s\u00e1rg\u00e1n fluoreszk\u00e1l\u00f3 feh\u00e9rj\u00e9t (YFP) k\u00f3dol\u00f3 g\u00e9nnel (els\u0151 „c” \u00e1bra), az eg\u00e9szet egy kiv\u00e9telesen alacsony k\u00f3piasz\u00e1m\u00fa plazmidba kl\u00f3nozt\u00e1k, amely \u00e1tlagosan k\u00e9t p\u00e9ld\u00e1nyban van jelen a sejtben, majd a plazmidot egy hisA<\/i> \u00e9s trpF<\/i> mut\u00e1nsba juttatt\u00e1k, \u00edgy a sejt a bejuttatott g\u00e9n n\u00e9lk\u00fcl egyik aminosavat sem volt k\u00e9pes el\u0151\u00e1ll\u00edtani. Ez a bakt\u00e9riumt\u00f6rzs minim\u00e1lt\u00e1ptalajon ~5,1 \u00f3ra alatt tudott oszt\u00f3dni, triptof\u00e1nnal kieg\u00e9sz\u00edtett t\u00e1ptalajon ~2,8 \u00f3ra alatt, hisztidinnel kieg\u00e9sz\u00edtett t\u00e1ptalajon ~2,6 \u00f3ra alatt, mindk\u00e9t aminosav jelenl\u00e9t\u00e9ben pedig ~1,5 \u00f3ra alatt.<\/p>\n

\"ujgen_2_abra.jpg\"<\/p>\n

Ebb\u0151l a bakt\u00e9riumt\u00f6rzsb\u0151l t\u00f6bb k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151, egym\u00e1st\u00f3l f\u00fcggetlen kult\u00far\u00e1t ind\u00edtottak, azt\u00e1n ezekkel semmit sem csin\u00e1ltak, csak hagyt\u00e1k \u0151ket minim\u00e1l t\u00e1ptalajon evolv\u00e1lni, ennek eredm\u00e9nye l\u00e1that\u00f3 a m\u00e1sodik \u00e1br\u00e1n. (A cikk sz\u00f6veg\u00e9ben azt \u00edrj\u00e1k, hogy az eredeti t\u00f6rzsb\u0151l ind\u00edtott\u00e1k a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 kult\u00far\u00e1kat, de az \u00e1br\u00e1n \u00fagy t\u0171nik, hogy ezer nemzed\u00e9knyi evol\u00faci\u00f3 ut\u00e1n oltott\u00e1k le \u0151ket, ez el\u00e9gg\u00e9 zavar\u00f3. ) Z\u00f6ld nyilak jelzik a mindk\u00e9t aktivit\u00e1ssal rendelkez\u0151, k\u00e9k nyilak a HisA, s\u00e1rga nyilak a TrpF aktivit\u00e1s\u00fa feh\u00e9rj\u00e9ket k\u00f3dol\u00f3 g\u00e9neket. N\u00e9h\u00e1ny sz\u00e1z nemzed\u00e9k alatt az oszt\u00f3d\u00e1shoz sz\u00fcks\u00e9ges id\u0151 5,1 \u00f3r\u00e1r\u00f3l t\u00f6rzst\u0151l f\u00fcgg\u0151en 1,9 – 2,5 \u00f3r\u00e1ra cs\u00f6kkent, nem meglep\u0151 m\u00f3don ezzel egy\u00fctt a hisA<\/i> g\u00e9n kifejez\u0151d\u00e9se is l\u00e9p\u00e9senk\u00e9nt emelkedett, ak\u00e1r h\u00fasszoros\u00e1ra, a hisA<\/i> g\u00e9nt tartalmaz\u00f3 szakasz duplik\u00e1ci\u00f3ival. H\u00e1romezer nemzed\u00e9knyi evol\u00faci\u00f3 sor\u00e1n minden egyes t\u00f6rzs a n\u00f6veked\u00e9s\u00e9t gyors\u00edt\u00f3 mut\u00e1ci\u00f3kat szedett \u00f6ssze, sz\u00e1mos t\u00f6rzsben megt\u00f6rt\u00e9nt a modell \u00e1ltal el\u0151re jelzett eredm\u00e9ny is, a duplik\u00e1l\u00f3dott g\u00e9nek egyike az egyik enzimaktivit\u00e1sra, m\u00e1sika a m\u00e1sik enzimaktivit\u00e1sra specializ\u00e1l\u00f3dott.<\/p>\n

\"ujgen_3_abra.jpg\"<\/p>\n

Ez ut\u00e1n fogtak huszonk\u00e9t f\u00fcggetlen\u00fcl evolv\u00e1lt g\u00e9nt \u00e9s egyes\u00e9vel egy teljesen m\u00e1s bakt\u00e9riumt\u00f6rzs genomj\u00e1ba juttatt\u00e1k \u0151ket, hogy kiz\u00e1rhass\u00e1k a genom m\u00e1s pontjain t\u00f6rt\u00e9nt h\u00e1tt\u00e9rmut\u00e1ci\u00f3k hat\u00e1s\u00e1t \u00e9s mindegyik g\u00e9n egyetlen p\u00e9ld\u00e1nyban legyen a sejtben, majd ezen bakt\u00e9riumt\u00f6rzsek viselked\u00e9s\u00e9t vizsg\u00e1lt\u00e1k meg minim\u00e1lt\u00e1ptalajon. Az eredm\u00e9ny a harmadik \u00e1br\u00e1n l\u00e1that\u00f3, a f\u00fcgg\u0151leges tengelyen a hisztidinnel, a v\u00edzszintes tengelyen a triptof\u00e1nnal kieg\u00e9sz\u00edtett minim\u00e1lt\u00e1ptalajon m\u00e9rt oszt\u00f3d\u00e1s sebess\u00e9get \u00e1br\u00e1zolt\u00e1k, mint l\u00e1that\u00f3, a legt\u00f6bb enzim csak az egyik m\u0171k\u00f6d\u00e9st v\u00e9gzi j\u00f3l, \u00e1m az\u00e9rt tal\u00e1ltak egy-k\u00e9t olyan enzimet is, amelyik tov\u00e1bbra is mindk\u00e9t aktivit\u00e1ssal rendelkezik, ezeket jel\u00f6lt\u00e9k z\u00f6lddel. T\u00f6bb esetben egyetlen sejtb\u0151l sz\u00e1rmazott a k\u00e9t k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 m\u0171k\u00f6d\u00e9s\u0171 enzim, el\u00e9g j\u00f3l mutatva a modell \u00e9letk\u00e9pess\u00e9g\u00e9t, ebben az esetben ugyanis egy \u0151si enzimet k\u00f3dol\u00f3 g\u00e9n duplik\u00e1ci\u00f3ja nyom\u00e1n a le\u00e1nyg\u00e9nekben olyan mut\u00e1ci\u00f3k t\u00f6rt\u00e9ntek, amelyek nyom\u00e1n k\u00e9t k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 aktivit\u00e1s\u00fa enzimet k\u00f3dolnak. Ebb\u0151l meg\u00e1llap\u00edthat\u00f3, hogy az IAD modell a val\u00f3s\u00e1gban is m\u0171k\u00f6dik, megfelel\u0151 szelekci\u00f3s nyom\u00e1s hat\u00e1s\u00e1ra egy enzimet k\u00f3dol\u00f3 g\u00e9nb\u0151l viszonylag gyorsan keletkezik k\u00e9t, egym\u00e1st\u00f3l elt\u00e9r\u0151 g\u00e9n. Az utols\u00f3 \u00e1br\u00e1n n\u00e9gy bakt\u00e9riumt\u00f6rzs t\u00f6rt\u00e9net\u00e9t mutatj\u00e1k be a szerz\u0151k, az „a” estben egy generalista enzimb\u0151l k\u00e9t specialista alakult ki, a „b” \u00e9s „c” esetben el\u0151bb a k\u00e9tf\u00e9le aktivit\u00e1s\u00fa enzim m\u0171k\u00f6d\u00e9se javult, majd ebb\u0151l alakult ki k\u00e9t egyetlen aktivit\u00e1ssal rendelkez\u0151 enzim, a „d” \u00e1br\u00e1n pedig egy mindk\u00e9t aktivit\u00e1ssal rendelkez\u0151 enzim kialakul\u00e1sa k\u00f6vethet\u0151, egyes mut\u00e1ci\u00f3kra lebontott r\u00e9szletess\u00e9ggel.<\/p>\n

\n

\"ujgen_4_abra.jpg\"<\/p>\n

\n

N\u00e4<\/span>svall J, Sun L, Roth JR, Andersson DI (2012) Real-time evolution of new genes by innovation, amplification and divergence. Science. 338. 384-387 <\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nyilv\u00e1n a biol\u00f3gia egyik alapvet\u0151 k\u00e9rd\u00e9se, hogyan alakulnak ki \u00faj g\u00e9nek az evol\u00faci\u00f3 sor\u00e1n? Az egyik legkor\u00e1bban felismert modell egyszer\u0171en azt t\u00e9telezi fel, hogy egy m\u0171k\u00f6d\u0151 g\u00e9n duplik\u00e1l\u00f3dik, majd az egyikben mut\u00e1ci\u00f3k t\u00f6rt\u00e9nnek, amelyek egy \u00faj m\u0171k\u00f6d\u00e9s ell\u00e1t\u00e1s\u00e1ra teszik alkalmass\u00e1. … Egy kattint\u00e1s ide a folytat\u00e1shoz…. →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3,1],"tags":[79,61],"class_list":["post-5024835","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-evolucio","category-uncategorized","tag-konvergens_evolucio","tag-pszeudogenek"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5024835","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=5024835"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5024835\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=5024835"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=5024835"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/criticalbiomass.hu\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=5024835"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}