Selasa, 04 Oktober 2011

CLUSTERS AND REPEATS

Duplikasi DNA adalah kekuatan utama dalam evolusi. Duplikasi tandem (ketika duplikat tetap bersama-sama) mungkin timbul melalui kesalahan dalam replikasi atau rekombinasi. Pemisahan pada duplikat dapat terjadi oleh translokasi kromosom. Sebuah duplikat di lokasi baru juga dapat dihasilkan secara langsung oleh peristiwa transposisi yang dikaitkan dengan duplikasi dari daerah DNA dari sekitar transposon. Duplikasi mungkin berlaku baik untuk gen utuh atau koleksi ekson atau ekson bahkan individu. Ketika sebuah gen utuh terlibat, tindakan duplikasi menghasilkan dua salinan dari gen yang aktivitasnya tidak dapat dibedakan, tetapi kemudian biasanya salinan menyimpang karena setiap terakumulasi yang berbeda mutasi .
Satu set gen diturunkan oleh duplikasi dan variasi dari beberapa gen leluhur disebut keluarga gen (gene family). Anggotanya dapat berkumpul bersama-sama atau tersebar pada kromosom yang berbeda (atau kombinasi keduanya). Pada anggota keluarga gen struktural biasanya memiliki fungsi yang terkait atau bahkan identik, meskipun mereka dapat dinyatakan pada waktu yang berbeda atau dalam berbagai sel jenis. Jadi protein globin berbeda yang diekspresikan dalam embrio dan dewasa sel-sel darah merah, sedangkan actins berbeda yang digunakan dalam sel otot (muscle cell) dan sel bukan otot (nonmuscle cell).
Beberapa keluarga gen terdiri dari anggota yang identik. Clustering adalah prasyarat untuk menjaga identitas antara gen, meskipun pengelompokan gen tidak perlu identik. Gen cluster tersusun dari ekstrem gene ketika duplikasi telah menghasilkan dua gen terkait berdekatan dengan kasus di mana ratusan gen yang identik terletak pada susunan tandem. Pengulangan tandem ekstensif pada gen dapat terjadi ketika produk tersebut dibutuhkan dalam jumlah luar biasa besar. Contohnya adalah gen untuk rRNA atau protein histon. Ini menciptakan situasi khusus berkaitan dengan pemeliharaan identitas dan efek dari tekanan selektif. Kelompok gen menawarkan kita kesempatan untuk memeriksa kekuatan yang terlibat dalam evolusi pada daerah genom yang lebih besar daripada gen tunggal.

Gambar 1.23 Pembentukan Chiasma bertanggung jawab untuk menghasilkan rekombinan.



Gambar 1.24 Rekombinasi melibatkan pasangan antara untai komplementer dari dua DNA dupleks orangtua.

Rekombinasi adalah peristiwa kunci dalam evolusi genom. Suatu populasi berkembang oleh rekombinasi klasik diilustrasikan pada Gambar 1.23 - Gambar 1.24, di mana sebuah unequal crossing-over terjadi. Kromosom rekombinan memiliki organisasi yang sama dengan kromosom orangtua. Mereka mengandung lokus yang sama persis dalam urutan yang sama. Namun, mereka mengandung kombinasi yang berbeda dari alel, yang menyediakan bahan baku untuk seleksi alam.
Bagaimana genom melakukan perubahan isi pada gen, sebagai lawan kombinasi pada alel?. Salah satu mekanisme penting yang disediakan oleh unequal crossing-over, ketika peristiwa rekombinasi terjadi antara dua tempat yang tidak homolog. Hal utama yang membuat peristiwa seperti itu mungkin adalah adanya rangkaian yang berulang. Hal ini memungkinkan satu salinan dari pengulangan dalam satu kromosom ke misalign untuk rekombinasi dengan salinan yang berbeda dari ulangan dalam kromosom homolog, bukan dengan salinan yang sesuai. Ketika rekombinasi terjadi, ini menciptakan penghapusan pada satu kromosom rekombinan dan penyisipan yang sesuai pada yang lain. Mekanisme ini bertanggung jawab atas evolusi kelompok pada rangkaian terkait. Kita bisa melacak operasinya dalam memperluas atau mengkontrak ukuran dari sebuah susunan di kedua kelompok gen dan daerah DNA yang sangat berulang-ulang.
Pecahan sangat repetitif pada genom terdiri dari salinan beberapa tandem yang unit berulang yang sangat singkat. Ini sering memiliki sifat yang tidak biasa. Salah satunya adalah bahwa mereka dapat diidentifikasi sebagai puncak yang terpisah pada analisis gradien densitas DNA, yang memunculkan nama satellite DNA . Mereka sering dikaitkan dengan daerah inert kromosom, dan khususnya dengan sentromer (yang mengandung titik-titik tambahan untuk segregasi pada mitosis atau gelendong meiosis). Karena organisasi mereka berulang, mereka menunjukkan beberapa perilaku yang sama berkaitan dengan evolusi sebagai kelompok gen tandem. Sebagai tambahan pada rangkaian satelit, ada DNA yang membentang lebih pendek yang menunjukkan perilaku serupa, yang disebut minisatellites. Mereka berguna dalam menunjukkan tingkat tinggi perbedaan antara individu genom yang dapat digunakan untuk tujuan pemetaan.
Semua peristiwa ini bahwa perubahan konstitusi (aturan) pada genom jarang, tetapi mereka signifikan selama evolusi.

Cluster Gen Terbentuk oleh Duplikasi dan Divergensi
Ekson berperilaku seperti modul untuk membangun gen yang mencoba dalam perjalanan evolusi dalam berbagai kombinasi. Salah satu yang ekstrim, ekson individual dari satu gen dapat disalin dan digunakan dalam gen lain. Pada ekstrem yang lain, gen keseluruhan, termasuk ekson dan intron, dapat diduplikasi. Suatu contoh kasus seperti itu, mutasi dapat terakumulasi dalam satu salinan tanpa menarik perhatian yang merugikan dari seleksi alam. Salinan ini kemudian dapat berkembang ke fungsi baru, mungkin akan diekspresikan dalam waktu yang berbeda atau tempat dari salinan pertama, barangkali untuk memperoleh kegiatan yang berbeda.
Tipe yang paling umum dari duplikasi menghasilkan salinan kedua dari gen dekat dengan salinan pertama. Dalam beberapa kasus, salinan tetap terkait, dan duplikasi lebih lanjut dapat menghasilkan cluster dari terkait gen. Contoh karakteristik terbaik dari cluster gen dipresentasikan oleh gen globin, yang merupakan atruran sebuah keluarga gen (gen familiy) kuno, terkait dengan fungsi yang merupakan pusat kingdom animalia: pengangkutan oksigen melalui aliran darah.

Konstituen (aturan) utama pada darah merah sel adalah tetramer globin, terkait dengan heme-nya (ikatan-zat besi) kelompok dalam bentuk hemoglobin. Gen globin fungsional dalam semua spesies memiliki struktur umum yang sama, dibagi menjadi tiga ekson seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13 sebelumnya. Kami menyimpulkan bahwa semua gen globin berasal dari gen leluhur tunggal, sehingga dengan menelusuri perkembangan gen globin individu dalam dan antar spesies, kita dapat belajar tentang mekanisme yang terlibat dalam evolusi keluarga gen.
Pada sel dewasa, tetramer globin terdiri dari dua rantai α identik dan dua rantai identik β. Sel Darah embrio mengandung hemoglobin tetramers yang berbeda dari bentuk dewasa. Setiap tetramer berisi dua identik α-seperti rantai dan dua identik β-seperti rantai, yang masing-masing berhubungan dengan polipeptida orang dewasa dan kemudian digantikan oleh itu. Ini adalah contoh dari kontrol perkembangan, di mana gen yang berbeda berturut-turut dinyalakan dan dimatikan untuk menyediakan produk alternatif yang memenuhi fungsi yang sama pada waktu yang berbeda.
Rincian hubungan antara hemoglobin embrio dan hemoglobin dewasa berbeda dengan organisme. Jalur manusia memiliki tiga tahap: embrio, janin, dan dewasa. Perbedaan antara embrio dan dewasa adalah umum untuk mamalia, tetapi jumlah tahap pra-dewasa bervariasi. Pada manusia, zeta dan alpha adalah dua rantai seperti-α. Epsilon, gamma, delta, dan beta adalah seperti rantai-β. Rantai diekspresikan pada tahap perkembangan yang berbeda.
ζ adalah rantai pertama seperti-α untuk diekspresikan, tapi segera digantikan oleh α. Pada jalur-β, ε, dan γ diekspresikan pertama, dengan δ dan β dengan menggantikan mereka kemudian. Pada orang dewasa, bentuk α 2 β 2 menyediakan 97% dari hemoglobin, α 2 δ 2 adalah ~ 2%, dan ~ 1% disediakan oleh kesungguhan pada bentuk janin α 2 γ2.

Pembagian globin seperti rantai-α dan seperti rantai-β mencerminkan organisasi gen. Setiap jenis globin dikodekan oleh gen yang diatur dalam cluster tunggal.
Peregangan lebih dari 50 kb, cluster β berisi lima gen fungsional (ε, dua γ, δ, dan β) dan satu gen fungsional (Ψ β). Dua gen γ berbeda dalam urutan kode mereka hanya dalam satu asam amino; varian G glisin pada posisi 136, di mana varian A memiliki alanin.
Cluster α lebih kompak meluas lebih dari 28 kb dan termasuk salah satu gen ζ yang aktif, ζ salah satu gen nonfungsional, dua gen α, dua gen α nonfungsional, dan gen θ yang tidak diketahui fungsinya. Dua gen α kode untuk protein yang sama. Dua (atau lebih) gen identik hadir pada kromosom yang sama digambarkan sebagai salinan nonallelic.
Gen fungsional didefinisikan oleh ekspresi mereka dalam RNA, dan akhirnya oleh protein yang mereka kode. Gen fungsional didefinisikan seperti itu oleh ketidakmampuan mereka untuk kode untuk protein ; alasan untuk tidak aktif bervariasi, dan kekurangan mungkin dalam transkripsi atau translasi (atau keduanya). Mereka disebut pseudogen dan diberi simbol Ψ.

Sebuah organisasi umum yang sama kelompok gen globin ditemukan di lain vertebrata, tetapi rincian jenis, nomor , dan urutan gen semua bervariasi. Sebuah lokasi yang memiliki pseudogene dalam satu spesies mungkin memiliki gen yang aktif di tempat lain, misalnya, Ψ β primata yang lebih tinggi terletak pada posisi yang setara dengan sebuah gen yang aktif dalam embrio kambing.
Karakterisasi kelompok gen ini membuat jalur umum yang penting ada mungkin lebih anggota dari keluarga gen, baik fungsional dan nonfunctional, daripada kita akan menduga berdasarkan analisis protein. Gen-gen fungsional ekstra dapat mewakili duplikat yang mengkode untuk polipeptida yang identik , atau mereka mungkin berkaitan dengan protein yang dikenal, meskipun berbeda dari mereka (dan mungkin dinyatakan hanya sebentar atau dalam jumlah rendah).
Berkenaan dengan pertanyaan tentang berapa banyak DNA yang dibutuhkan untuk kode untuk fungsi tertentu, kita melihat bahwa mengkode untuk globin seperti-β membutuhkan rangkaian (jarak) 20V50 dalam mamalia yang berbeda. Ini jauh lebih besar daripada yang kita harapkan hanya dari meneliti protein globin-β yang dikenal atau bahkan mempertimbangkan gen individu. Namun, kelompok jenis ini tidak umum, gen kebanyakan ditemukan sebagai lokus individu.




Gambar 4.3 Semua gen globin telah berevolusi dengan serangkaian duplikasi, transposisi, dan mutasi dari gen leluhur tunggal.

Dari organisasi gen globin dalam berbagai spesies, kita harus mampu melacak evolusi kelompok gen globin yang hadir dari gen globin nenek moyang tunggal. Kita melihat sekarang keturunan evolusi yang digambarkan dalam Gambar 4.3.
Gen leghemoglobin pada tanaman, yang berhubungan dengan gen globin, mungkin mewakili (represent) bentuk leluhur. Bagian belakang terjauh yang bisa kita lacak sebuah gen globin dalam bentuk modern yang disediakan oleh urutan rantai tunggal pada mioglobin mamalia, yang mana menyimpang dari garis keturunan globin ~ 800 juta tahun lalu. Gen mioglobin memiliki organisasi yang sama sebagai gen globin, sehingga kita dapat mengambil struktur tiga-ekson untuk mewakili nenek moyang mereka.
Beberapa "ikan primitif" hanya memiliki satu tipe rantai globin, sehingga mereka harus menyimpang dari garis evolusi sebelum gen globin leluhur itu digandakan untuk menimbulkan varian α dan β. Hal ini tampaknya telah terjadi ~ 500 juta tahun yang lalu, selama evolusi dari ikan bertulang.
Tahap selanjutnya pada evolusi diwakili oleh keadaan gen globin dalam katak X. laevis, yang memiliki dua kelompok globin. Namun, masing-masing cluster keduanya berisi gen α dan β, baik tipe larva dan dewasa. Cluster ini karena itu harus berevolusi dengan duplikasi dari pasangan mata rantai α - β, diikuti oleh perbedaan antara salinan individu. Kemudian seluruh cluster itu digandakan.
Amfibi dipisahkan dari garis mamalia atau burung ~ 350 juta tahun yang lalu, sehingga pemisahan gen globin-α-β dan harus dihasilkan dari transposisi dalam pelopor mamalia atau burung setelah waktu ini. Ini mungkin telah terjadi dalam periode evolusi vertebrata awal. Sejak ada cluster terpisah untuk globins α dan β di kedua burung dan mamalia, gen α dan β harus secara fisik dipisahkan sebelum mamalia dan burung menyimpang dari nenek moyang mereka, sebuah peristiwa yang mungkin telah terjadi ~ 270 juta tahun yang lalu.
Perubahan telah terjadi dalam cluster α dan β di dalam waktu yang lebih baru, seperti yang kita lihat dari gambaran perbedaan gen individu dalam bagian berikutnya.

Perbedaan Urutan Dasar untuk Jam Evolusi
Perbahan terbesar pada rangkaian protein terjadi dari mutasi kecil yang terakumulasi perlahan-lahan dengan waktu. Titik mutasi dan insersi kecil dan penghapusan terjadi secara kebetulan, mungkin dengan probabilitas kurang lebih sama di semua daerah genom, kecuali untuk hotspot di mana mutasi terjadi lebih sering. Kebanyakan mutasi yang mengubah urutan asam amino yang merusak dan dihilangkan oleh seleksi alam.
Sedikit mutasi akan bersifat menguntungkan, tetapi mereka yang dapat menyebar melalui populasi, akhirnya mengganti urutan yang tadi. Ketika sebuah varian baru menggantikan versi sebelumnya dari gen, itu dikatakan telah menjadi tetap dalam populasi.
Sebuah isu perdebatan adalah apakah proporsi perubahan mutasi dalam urutan asam amino netral, yaitu, tanpa efek pada fungsi protein, dan karena itu mampu untuk bertambah sebagai hasil dari random drift dan fiksasi.
Tingkat di mana perubahan mutasi terakumulasi merupakan karakteristik dari masing-masing protein, mungkin tergantung setidaknya sebagian pada fleksibilitas yang berkaitan dengan perubahan. Dalam suatu spesies, protein berkembang dengan substitusi mutasi, diikuti dengan eliminasi atau fiksasi dalam kelompok penangkaran tunggal. Ingatlah bahwa ketika kita meneliti kolam gen dari suatu spesies, kita hanya melihat varian yang telah bertahan (survive). Ketika beberapa varian yang hadir, mereka mungkin stabil (karena tidak memiliki keuntungan selektif) atau satu mungkin sebenarnya bersifat sementara karena sedang dalam proses pemindahan.
Ketika suatu spesies memisahkan menjadi dua spesies baru, masing-masing aturan sekarang merupakan satuan independen untuk evolusi. Dengan membandingkan protein yang sesuai pada dua spesies, kita melihat perbedaan yang telah terakumulasi di antara mereka sejak saat ketika nenek moyang mereka berhenti kawin silang. Beberapa protein sangat dilestarikan, menunjukkan sedikit perubahan atau tidak sama sekali dari spesies ke spesies. Hal ini menunjukkan bahwa hampir setiap perubahan adalah merusak dan karena itu memilih untuk melawan.
Perbedaan antara dua protein yang dinyatakan sebagai divergensi, persentase dari posisi di mana asam amino berbeda. Perbedaan antara protein bisa berbeda dari antara kesesuaian sekuens asam nukleat. Sumber perbedaan ini adalah representasi dari setiap asam amino pada tiga kaki kodon, di mana sering ketiga kaki tidak mempenyai pengaruh yang berarti.
Kita bisa membagi urutan nukleotida dari daerah pengkode ke dalam lokasi pengganti (replacement sites) potensial dan lokasi diam (silent sites):
• Di lokasi pengganti (replacement sites), mutasi mengubah asam amino yang dikodekan. Efek mutasi (merugikan, netral, atau menguntungkan) tergantung pada hasil penggantian asam amino.
• Di lokasi diam (silent sites), subtitusi hanya pada satu mutasi kodon sinonim lain, sehingga tidak ada perubahan dalam protein. Biasanya jumlah untuk (replacement sites) 75% dari urutan coding dan (silent sites) memberikan 25%.
. Selain urutan pengkodean, gen berisi daerah nontranslated (tidak terbaca). Di sini sekali lagi, mutasi berpotensi netral, terlepas dari efek mereka di kedua struktur sekunder atau (biasanya agak pendek) peraturan sinyal. Meskipun mutasi diam (silent mutation) netral dengan berhubungan protein, mereka bisa mempengaruhi ekspresi gen melalui perubahan urutan RNA.. Sebagai contoh, perubahan dalam struktur sekunder dapat mempengaruhi transkripsi, pengolahan, atau terjemahan. Kemungkinan lain adalah bahwa perubahan kodon sinonim panggilan lain untuk tRNA untuk merespon, mempengaruhi efisiensi pada terjemahan.
Mutasi di lokasi pengganti (replacement sites) harus sesuai dengan perbedaan asam amino (ditentukan oleh persentase perubahan dalam urutan protein). Sebuah perbedaan asam nukleat kira-kira 0,45% di lokasi penggantian (replacement sites) sesuai dengan perbedaan asam amino kira-kira 1% ( dengan asumsi bahwa jumlah rata-rata (replacement sites) per kodon adalah 2,25Sebenarnya, perbedaan diukur diluar perkiraan perbedaan-perbedaan yang terjadi selama evolusi, karena terjadinya beberapa peristiwa pada satu kodon. Biasanya koreksi dibuat untuk ini.
Untuk mengambil contoh dari rantai globin-β manusia dan rantai globin-δ, ada 10 perbedaan dalam 146 residu, suatu perbedaan kira-kira 6,9%. Urutan DNA memiliki 31 perubahan dalam residu 441. Namun, perubahan ini didistribusikan sangat berbeda dalam replacement sites dan silent sites. Ada 11 perubahan dalam 330 situs pengganti, tetapi 20 perubahan hanya 111 situs diam. Hal ini memberikan (koreksi) tingkat perbedaan sebesar 3,7% di lokasi penggantian dan 32% di lokasi diam, hampir urutan besarnya dalam perbedaan.
Perbedaan mencolok dalam divergensi pada replacement sites dan silent sites menunjukkan adanya kendala yang lebih besar pada posisi nukleotida yang mempengaruhi konstitusi protein relatif terhadap mereka yang tidak relatif. Jadi mungkin sangat sedikit dari perubahan asam amino netral.
Misalkan kita mengambil tingkat mutasi di silent sites utnuk menunjukkan tingkat mutasi yang mendasari fiksasi (ini mengasumsikan bahwa tidak ada pilihan sama sekali di silent sites). Kemudian selama periode sejak gen β dan δ menyimpang, seharusnya ada perubahan pada 32% dari 330 situs pengganti, total 105. Semua kecuali 11 dari mereka telah dieliminasi, yang berarti bahwa ~ 90% dari mutasi tidak bertahan.
Perbedaan antara setiap pasangan urutan globin (lebih atau kurang) sebanding dengan waktu sejak mereka berpisah. Hal ini menyediakan jam evolusi (evolutionary clock) yang mengukur akumulasi mutasi pada tingkat yang muncul bahkan selama evolusi pada protein yang diberikan.
Tingkat divergensi dapat diukur sebagai perbedaan persen per juta tahun, atau sebagai timbal balik nya, periode satuan evolusi (UEP), waktu dalam jutaan tahun yang dibutuhkan untuk divergensi 1%. Setelah jam telah didirikan oleh perbandingan dengan berpasangan antara spesies (mengingat kesulitan praktis dalam menetapkan waktu yang sebenarnya spesiasi), dapat diterapkan untuk gen terkait dalam suatu spesies. Dari perbedaan mereka, kita dapat menghitung berapa banyak waktu yang telah berlalu sejak duplikasi yang dihasilkan mereka.
Dengan membandingkan urutan gen homolog dalam spesies yang berbeda, tingkat divergensi pada kedua replacement site dan silent sites dapat ditentukan.
Pada perbandingan berpasangan, ada perbedaan rata-rata 10% di replacement site baik gen globin α-β-pada mamalia yang telah terpisah sejak mamalia terjadi radiasi kurang lebih 85 juta tahun lalu. Hal ini terkait dengan tingkat perbedaan penggantian 0,12% per juta tahun.
Angka ini tetap stabil saat perbandingan diperpanjang dengan gen yang menyimpang di dalam masa lalu yang lebih jauh. Misalnya, perbedaan pengganti yang sesuai rata-rata antara gen globin mamalia dan ayam adalah 23%. Sehubungan dengan pemisahan kurang lebih 270 juta tahun yang lalu, ini memberikan tingkat 0,09% per juta tahun.
Pergi jauh ke belakang, kita dapat membandingkan gen globin α- dengan gen globin -β dalam satu spesies. Mereka telah menyimpang karena tipe gen individu terpisah ≥ 500 juta tahun lalu (lihat Gambar 4.3). Mereka memiliki perbedaan pengganti rata-rata ~ 50%, yang memberikan tingkat 0,1% per juta tahun.
Ringkasan dari data ini dalam Gambar 4.4 menunjukkan bahwa divergensi pengganti di gen globin memiliki tingkat rata-rata 0,096% ~ per juta tahun (atau UEP 10,4). Mengingat ketidakpastian dalam memperkirakan waktu ketika spesies menyimpang, hasil memberikan dukungan baik untuk gagasan bahwa ada jam linier.
Data pada divergensi silent site jauh kurang jelas. Dalam setiap kasus, jelas bahwa perbedaan silent site jauh lebih besar daripada perbedaan, dengan faktor yang bervariasi dari 2 sampai 10. Namun penyebaran silent site divergensi dalam perbandingan berpasangan terlalu besar untuk menunjukkan apakah jam adalah berlaku (jadi kita harus mendasarkan perbandingan sementara di replacement site).

Jika kita mengasumsikan bahwa harus ada perbedaan di nol nol tahun pemisahan, kita melihat bahwa tingkat divergensi jauh lebih besar untuk pertama ~ 100 juta tahun pemisahan.. Salah satu interpretasi adalah bahwa sebagian kecil dari sekitar setengah dari silent site adalah cepat (dalam waktu 100 juta tahun) jenuh oleh mutasi; fraksi ini situs berperilaku sebagai netral (neutral sites). Fraksi lainnya terakumulasi mutasi lebih lambat, pada tingkat yang kurang lebih sama seperti yang dari; fraksi ini mengidentifikasi situs yang diam sehubungan dengan protein, tetapi yang datang di bawah tekanan selektif untuk beberapa alasan lain.
Sekarang kita bisa membalikkan perhitungan tingkat divergensi untuk memperkirakan kali sejak gen dalam suatu spesies telah terpisah. Perbedaan antara gen β dan δ manusia adalah 3,7% untuk. Pada UEP dari 10,4, gen ini harus telah menyimpang 10,4 x 3,7 = 40 juta tahun yang lalu kira-kira saat pemisahan garis yang mengarah ke monyet Dunia Baru, Dunia Lama monyet , kera besar, dan manusia. Semua primata yang lebih tinggi memiliki kedua β dan gen δ, yang menunjukkan bahwa perbedaan gen dimulai sebelum titik ini dalam evolusi.
Melanjutkan lebih jauh lagi, perbedaan antara pada γ dan & epsilon ; gen adalah 10%, yang sesuai dengan waktu pemisahan ~ 100 juta tahun lalu. Pemisahan antara gen globin embrio dan janin itu karena mungkin saja didahului atau disertai radiasi mamalia.

Sebuah pohon evolusi untuk gen globin manusia dikonstruk. Fitur yang berevolusi sebelum radiation seperti pada mamalia sebagai pemisahan pada β / δ dari γ akan ditemukan di semua mamalia. Fitur yang berkembang seperti itu setelah sebagai pemisahan gen globin-β dan gen globin –δ akan ditemukan dalam garis individu mamalia.
Dalam setiap spesies, telah ada perubahan relatif baru dalam struktur cluster, karena kita melihat perbedaan dalam jumlah gen (satu orang dewasa gen globin-β pada manusia, dua di tikus) atau dalam jenis (kita belum yakin apakah ada yang terpisah embrio dan janin seperti globins - β pada kelinci dan tikus).
Bila data yang memadai telah dikumpulkan pada urutan gen tertentu, argumen dapat dibalik , dan perbandingan antara gen pada spesies yang berbeda dapat digunakan untuk menilai hubungan taksonomi.
Gen Semu (Pseudogens) Buntu Evolusi
Pseudogen (Ψ) ditentukan oleh rangkaiannya yang berhubungan dengan fungsional gen, tetapi tidak dapat ditranslasikan menjadi protein yang fungsional. Beberapa pseudogen memiliki struktur umum yang sama seperti gen fungsional, dengan urutan sesuai dengan ekson dan intron di lokasi biasa. Mereka diberikan tidak aktif dengan mutasi supaya mencegah salah satu atau semua tahap ekspresi gen. Perubahan dapat berupa penghapusan sinyal untuk memulai transkripsi, mencegah penyambungan pada jembatanb ekson-intron, atau prematur mengakhiri terjemahan.
Biasanya pseudogene memiliki beberapa mutasi yang merusak. Agaknya setelah berhenti menjadi aktif, tidak ada halangan untuk akumulasi mutasi lebih lanjut. Pseudogen yang mewakili versi inaktif dari gen yang aktif telah ditemukan di banyak sistem, termasuk globin, immunoglobulin, dan antigen histokompatibilitas, di mana mereka berada di sekitar cluster gen, sering diselingi dengan gen aktif.
Sebuah contoh khas adalah pseudogene kelinci, Ψ β2, yang memiliki organisasi biasa pada ekson dan intron, dan terkait erat dengan gen globin fungsional β1. Tapi penghapusan pasangan basa pada kodon 20 dari Ψ β2 telah menyebabkan frameshift yang akan menyebabkan penghentian sesaat setelah itu.. Beberapa mutasi titik kodon diubah kemudian mewakili asam amino yang sangat dikonservasi dalam globins β. Baik pada dua intron memiliki batas-batas yang dikenali dengan ekson, jadi mungkin intron tidak bisa disambung keluar bahkan jika gen ditranskripsi. Namun, tidak ada transkrip sesuai dengan gen, mungkin karena telah terjadi perubahan di wilayah 5’ yang mengapit.
Sejak ini termasuk daftar cacat mutasi berpotensi mencegah setiap tahap pada ekspresi gen, kita tidak memiliki sarana menceritakan hal mana awalnya diinaktifkan pada gen ini. Walaupun, dari perbedaan antara pseudogene dan gen fungsional, kita dapat memperkirakan kapan pseudogene berasal dan kapan mutasi yang mulai mengakumulasi.
Jika pseudogene telah menjadi tidak aktif dengan segera dihasilkan oleh duplikasi dari β1, kita harus berharap kedua dan divergensi kemunculan menjadi sama. (Mereka akan berbeda hanya jika gen diterjemahkan untuk menciptakan tekanan selektif pada). Tapi sebenarnya ada substitusi lebih sedikit dari substitusi silent site. Hal ini menunjukkan bahwa pada awalnya (sementara gen itu diungkapkan ) ada seleksi terhadap penggantian replacement site. Dari perluasan relatif pada substitusi dalam dua jenis tempat (site), kita dapat menghitung bahwa Ψ β2 menyimpang dari β1 ~ 55 juta tahun yang lalu, tinggal sebuah gen fungsional selama 22 juta tahun, tetapi telah menjadi pseudogene untuk 33 juta terakhir tahun .
Perhitungan serupa dapat dibuat untuk pseudogen lainnya. Beberapa tampaknya telah aktif untuk beberapa waktu sebelum menjadi pseudogen, tetapi yang lain tampaknya telah tidak aktif dari beberapa waktu pada generasi asli mereka. Poin umum yang dibuat oleh struktur ini adalah bahwa setiap pseudogen telah berkembang secara independen selama pengembangan cluster gen globin pada setiap spesies. Hal ini memperkuat kesimpulan bahwa penciptaan gen baru, diikuti oleh penerimaan mereka sebagai duplikat fungsional, variasi untuk menjadi gen fungsional baru, atau inaktivasi sebagai pseudogen, adalah suatu proses yang berkelanjutan di cluster gen. Kebanyakan anggota keluarga gen (gene families) adalah pseudogen. Biasanya pseudogen mewakili minoritas kecil dari jumlah keseluruhan gen.
Pada Tikus gen globin Ψ α3 memiliki satu sifat menarik: itu justru tidak memiliki intron keduanya. Ini adalah skuens yang dapat disejajarkan (memungkinkan untuk akumulasi mutasi) dengan mRNA globin-α. Waktu inaktivasi yang jelas bertepatan dengan duplikasi asli, yang mana menunjukkan bahwa peristiwa menonaktifkan asli (origin) dikaitkan dengan hilangnya intron.
Urutan genom inaktif yang menyerupai transkrip RNA disebut pseudogen proses. Mereka berasal dari penyisipan di beberapa situs acak produk yang berasal dari RNA, setelah peristiwa retrotransposition, seperti dibahas dalam 16 Retrovirus dan retroposons. Ciri-ciri mereka dirangkum dalam Gambar 16.19.
Jika pseudogen yang mengakhiri kematian evolusioner, secara sederhana yang tidak diinginkan ke penyususan ulang pada gen fungsional, mengapa mereka masih hadir dalam genom? Apakah mereka memenuhi setiap fungsi atau mereka sepenuhnya tanpa tujuan, dalam hal ini seharusnya tidak ada tekanan selektif untuk retensi mereka?
Kita harus ingat bahwa kita melihat gen-gen yang telah bertahan dalam populasi ini. Di masa lalu, sejumlah pseudogen lain mungkin telah dieliminasi. Eliminasi ini dapat terjadi dari penghapusan skuens sebagai kejadian tiba-tiba atau dengan pertambahan mutasi ke titik di mana pseudogene tidak dapat lagi diakui sebagai anggota keluarga urutan aslinya (mungkin nasib akhir dari setiap pseudogene yang tidak tiba-tiba dieliminasi).
Bahkan peninggalan evolusi dapat diduplikasi. Pada gen globin-β kambing, ada dua spesies dewasa, β A dan β C. Masing-masing memiliki sepasang pseudogene sedikit kb (disebut Ψ β Z dan Ψ X β, secara berturut-turut). Kedua pseudogen lebih terkait satu sama lain daripada dengan gen globin-β dewasa; khususnya, mereka berbagi beberapa mutasi nonaktif. Juga, dua gen globin-β dewasa lebih terkait satu sama lain daripada dengan pseudogen. Ini menyiratkan bahwa struktur asli Ψ β-β telah diduplikasi sendiri, memberikan dua gen β fungsional (yang menyimpang lebih jauh ke gen β A dan β C) dan dua gen fungsional (yang menyimpang ke pseudogen saat ini).
Mekanisme yang bertanggung jawab untuk duplikasi gen, delesi, dan bertindak penyusunan ulang pada semua squens jika diakui sebagai anggota dari cluster, apakah mereka yang fungsional atau yang tidak fungsional. Hal ini untuk seleksi agar membedakan antar produk.

Ketidakseimbangan Crossing-over Menyusun Kembali Kelompok Gen / Gen Clusters
Sering ada peluang untuk penataan dalam gen cluster terkait atau identik. Meskipun cluster melayani fungsi yang sama, dan semua memiliki organisasi umum yang sama, masing-masing berbeda dalam ukuran , ada variasi dalam jumlah dan jenis gen globin -β, dan jumlah dan struktur pada pseudogen adalah berbeda. Semua perubahan ini harus terjadi sejak radiasi mamalia, kurang lebih 85 juta tahun lalu (titik terakhir dalam evolusi umum untuk semua mamalia).
Sebuah cluster gen dapat memperluas atau kontrak dengan crossing-over tidak seimbang (unequal crossing-over), ketika rekombinasi terjadi antara gen nonallelic, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4.6. Biasanya, rekombinasi melibatkan urutan
yang sesuai DNA diadakan di keselarasan yang tepat antara dua kromosom homolog. Namun, ketika ada dua salinan gen pada kromosom masing-masing, sebuah misalignment sesekali memungkinkan pasangan antara mereka. (Ini memerlukan beberapa daerah yang berdekatan untuk pergi berpasangan).

Jumlah gen dapat diubah dengan (unequal crossing-over). Jika gen 1 dari satu pasangan kromosom dengan gen 2 dari kromosom lain, salinan gen lain dikecualikan dari pasangan, seperti yang ditunjukkan oleh loop yang diekstrusi. Rekombinasi antara gen yang tanpa berpasangan mampu menghasilkan satu kromosom dengan salinan (rekombinan) tunggal dari gen dan satu kromosom dengan tiga salinan dari gen (satu dari setiap orangtua dan satu rekombinan).

Ketika sebuah peristiwa rekombinasi terjadi antara salinan gen mispaired, itu menghasilkan kromosom rekombinan nonreciprocal, yang mana salah satu men-duplikasi gen dan yang lain men-delesi. Rekombinan yang pertama memiliki peningkatan jumlah salinan gen 2-3, sedangkan yang kedua memiliki penurunan 2-1.
Dalam contoh ini, kita telah memperlakukan salinan gen noncorresponding 1 dan 2 seolah-olah mereka sepenuhnya homolog. Bagaimanapun juga, crossing-over yang tidak seimbang (unequal crossing-over) bisa terjadi ketika gen yang berdekatan adalah berhubungan baik (meskipun probabilitasnya kurang dari ketika mereka identik).
Hambatan bagi unequal crossing-over disajikan oleh struktur gen yang terganggu. Dalam kasus seperti globins, ekson yang sesuai pada salinan gen yang berdekatan mungkin akan cukup baik terkait untuk mendukung pasangan, tetapi urutan dari intron telah lumayan menyimpang. Pembatasan pasangan ke ekson sangat mengurangi panjang lanjutan DNA yang dapat terlibat. Hal ini akan menurunkan kemungkinan unequal crossing-over. Jadi, perbedaan antara intron dapat meningkatkan stabilitas kelompok gen dengan menghambat terjadinya unequal crossing-over.
Thalassemia hasil dari mutasi yang mengurangi atau mencegah sintesis baik globin α atau β. Terjadinya unequal crossing-over di dalam kelompok gen globin manusia diungkapkan oleh sifat thalassemia tertentu.
Banyak dari hasil thalassemia paling parah dari penghapusan bagian dari sebuah cluster. Dalam setidaknya beberapa kasus, akhir dari delesi terletak di daerah yang homolog, yang persis apa yang diharapkan jika telah dihasilkan oleh unequal crossing-over

Gambar 4.7 hasil dari penghapusan Thalassemia berbagai cluster gen-globin.

Gambar 4.7 meringkas delesi yang menyebabkan α-thalassemia. α-thal-1 delesi adalah panjang, bervariasi dalam lokasi ujung kiri, dengan posisi kanan ujung terletak di luar lokasi gen yang diketahui. Mereka menghilangkan kedua gen α. Pada α-thal-2 terjadi penghapusan pendek dan hanya menghilangkan salah satu dari dua gen α. Bentuk L menghilangkan 4,2 kb pada DNA, termasuk gen α2. Mungkin hasil dari tidak unequal crossing-over, karena penghapusan ujung akhir terletak pada daerah homolog, hanya untuk di sebelah kanan α Ψ dan α2 gen, secara berturut-turut. Hasil bentuk R dari penghapusan dengan nilai 3,7 kb DNA, jarak yang tepat antara α1 dan α2 gen. Tampaknya telah dihasilkan oleh unequal crossing-over di antara α1 dan α2 gen itu sendiri. Inilah situasi yang digambarkan dalam Gambar 4.6.
Tergantung pada kombinasi kromosom diploid thalassemic, seorang individu yang terkena mungkin memiliki sejumlah rantai α dari nol sampai tiga. Ada beberapa perbedaan dari tipe liar (empat gen α) pada individu dengan tiga atau dua gen α. Tetapi dengan hanya satu gen α, rantai β kelebihan bentuk β tetramer 4, yang menyebabkan penyakit HbH. Absen lengkap gen α adalah hasil dari hidrops fetalis, yang berakibat fatal pada atau sebelum kelahiran.
unequal crossing-over serupa yang dihasilkan kromosom thalassemic juga harus memiliki menghasilkan kromosom dengan tiga gen α. Individu dengan kromosom tersebut telah diidentifikasi dalam beberapa populasi. Pada beberapa populasi, frekuensi locus triple α kira-kira sama seperti yang dari lokus α tunggal; pada orang lain, gen α triple umumnya lebih sedikit daripada gen α tunggal. Hal ini menunjukkan bahwa (tidak diketahui) faktor selektif beroperasi di populasi yang berbeda untuk menyesuaikan tingkat gen.
Variasi dari jumlah gen α yang relatif sering ditemukan, yang berpendapat bahwa unequal crossing-over lebih cukup umum terdapat di cluster. Hal ini terjadi lebih sering pada cluster αdaripada di cluster β, mungkin karena intron dalam gen α jauh lebih pendek, dan karena itu hadir hambatan lebih sedikit untuk mencegah terjadinya kesalahan berpasangan antara gen nonhomolog.

Sedangkan delesi yang disebabkan oleh β-thalassemia diringkas dalam Gambar 4.8. Dalam beberapa (jarang) kasus, hanya gen β yang terpengaruh. Ini memiliki penghapusan 600 bp, membentang dari intron kedua melalui daerah 3’ yang mengapit. Dalam kasus lain, lebih dari satu gen dari cluster telah dipengaruhi. Banyak dari penghapusan sangat panjang, membentang dari ujung 5’ ditunjukkan pada peta lebih dari 50 kb ke kanan.
Jenis Hb Lepore memberikan bukti klasik bahwa penghapusan dapat dihasilkan dari unequal crossing-over antara gen yang terkait. Gen-gen β dan δ berbeda hanya ~ 7% dalam sekuens. Rekombinasi yang tidak merata menghapus materi antar gen, sehingga mereka bersatu (fusing) bersama-sama (lihat Gambar 4.6). Gen menyatu menghasilkan sebuah rantai tunggal seperti-β yang terdiri dari urutan terminal-N dari δ bergabung ke urutan terminal C dari β.
Beberapa jenis Hb Lepore sekarang diketahui, perbedaan antara mereka berbaring (terletak) di titik transisi dari δ ke urutan β. Jadi ketika pasangan gen β dan δ untuk unequal crossing-over, titik yang tepat dari rekombinasi menentukan posisi di mana beralih dari urutan δ ke β terjadi dalam rantai asam amino.
Kebalikan dari peristiwa ini telah ditemukan dalam bentuk Hb anti-Lepore, yang dihasilkan oleh gen yang memiliki N- bagian stasiun-β dan C-bagian terminal-δ. Gen fusi terletak di antara gen normal δ dan β.
Bukti bahwa unequal crossing-over dapat terjadi antara gen yang memiliki jarak lebih terkait yang disediakan oleh identifikasi pada Hb Kenya, hemoglobin lain menyatu. Ini berisi sekuens N-bagian dari gen γ A dan skuens C-bagian dari gen β. Fusi harus dihasilkan dari antara γA dan β, yang mana berbeda ~ 20% secara berurutan.
Dari perbedaan antara kelompok gen globin berbagai mamalia, kita melihat bahwa duplikasi diikuti (kadang-kadang) oleh variasi telah menjadi ciri yang penting dalam evolusi setiap cluster. Penghapusan thalassemic manusia menunjukkan bahwa unequal crossing-over terus terjadi di kedua kelompok gen globin. Setiap peristiwa tersebut menghasilkan duplikasi serta delesi, dan kita harus memperhitungkan nasib kedua lokus rekombinan dalam populasi. Delesi juga dapat terjadi (secara prinsip) oleh rekombinasi skuens homolog antara berbaring pada kromosom yang sama. Ini tidak menghasilkan duplikasi yang sesuai.
Sulit untuk memperkirakan frekuensi alami dalam kejadian ini, karena kekuatan selektif cepat menyesuaikan pada tingkat cluster dalam macam-macam populasi. Umumnya kontraksi dalam jumlah gen kemungkinan akan merusak dan memilih melawan. Namun, dalam beberapa populasi, mungkin ada keuntungan yang menyeimbangkan bahwa mempertahankan bentuk dihapus pada frekuensi rendah.
Struktur dari kelompok manusia ini menunjukkan beberapa duplikasi yang membuktikan pentingnya mekanisme tersebut. Urutan fungsional meliputi dua gen α mengkode protein yang sama, gen β terkait cukup baik dan δ, dan dua gen γ yang hampir sama. Duplikasi ini independen yang relatif baru telah bertahan dalam populasi, belum lagi duplikasi yang lebih jauh yang awalnya dihasilkan dari berbagai jenis gen globin. Duplikasi lain mungkin menimbulkan pseudogen atau telah hilang.

Fiksasi Crossover dapat Mempertahankan Pengulangan Identik

Duplikasi gen kemungkinan akan mengakibatkan relaksasi langsung dari tekanan evolusi pada urutan gennya. Saat ini ada dua salinan identik, perubahan dalam urutan asam amino tidak akan merampas protein fungsional suatu organisme, karena urutan asam amino asli terus dikodekan oleh salinan lain. Kemudian tekanan selektif pada dua gen yang tersebar, sampai salah satu dari mereka bermutasi cukup jauh dari fungsi aslinya untuk memfokuskan kembali semua tekanan selektif pada lainnya.
Segera setelah duplikasi gen, perubahan mungkin lebih cepat menumpuk di salah satu salinan, yang akhirnya ke fungsi baru (atau tidak digunakan dalam bentuk pseudogene). Jika sebuah fungsi baru berkembang, gen kemudian berkembang pada karakteristik, tingkat yang sama lebih lambat dari fungsi asli. Mungkin ini adalah semacam mekanisme yang bertanggung jawab untuk pemisahan fungsi antara gen globin embrio dan dewasa.
Namun ada contoh di mana gen diduplikasi mempertahankan fungsi yang sama, mengkode untuk protein yang identik atau hampir identik. Protein identik dikode oleh dua gen α-globin pada manusia, dan hanya ada satu asam amino berbeda diantara kedua protein γ- globin. Kemungkinan yang paling jelas adalah bahwa kedua gen tidak benar-benar memiliki fungsi yang identik, namun berbeda dalam beberapa properti (tidak terdeteksi), seperti waktu atau tempat untuk mengekspresikan gen. Kemungkinan lain adalah bahwa kebutuhan untuk dua salinan adalah kuantitatif, karena tidak dengan itu sendiri menghasilkan protein jumlah yang cukup.
Kematian menjadi kuantitatif, suatu kesimpulan diperkuat oleh pengamatan bahwa setengah dari unit cluster rDNA dari X.laevis atau D. melanogaster dapat dihapus secara bertahap dengan mengumpulkan mutasi yang merusak. Prinsip dasar untuk menjelaskan pemeliharaan identitas antara pengulangan salinan menganggap bahwa gen nonallelic tidak diwariskan secara independen, tetapi harus terus diregenerasi dari salah satu salinan dari generasi sebelumnya.
Model fiksasi crossover yang mengandaikan bahwa seluruh cluster dikenakan penataan ulang terus menerus dengan mekanisme yang persilangan yang tidak merata. Peristiwa tersebut dapat menjelaskan evolusi bersama gen beberapa jika menyeberang-lebih merata menyebabkan semua salinan yang akan diregenerasi secara fisik dari satu salinan. Misalnya, kromosom membawa tiga lokus bisa mengalami penghapusan salah satu gennya. Dari dua gen tersisa 1 ½ mewakili urutan dari salah satu salinan asli, hanya ½ dari urutan salinan asli lainnya telah selamat. Setiap mutasi pada daerah pertama sekarang ada di kedua gen dan tunduk pada tekanan selektif.
Pada DNA nonrepetitive, rekombinasi terjadi diantara titik yang sesuai pada dua kromosom homolog, menghasilkan rekombinan timbal balik. Dasar untuk presisi ini adalah kemampuan dari dua sekuen DNA dupleks untuk menyelaraskan secara tepat. Kita tahu bahwa rekombinasi tidak sama dapat terjadi ketika ada beberapa salinan dari gen ekson yang terkait, meskipun mereka mengapit dan intervensi urutan mungkin berbeda. Hal ini terjadi karena ketidakcocokan antara ekson yang sesuai pada gen nonallelic.

Model fiksasi crossover memprediksi bahwa urutan DNA yang tidak di bawah tekanan selektif akan diambil alih oleh serangkaian pengulangan tandem identik yang dihasilkan dengan cara ini. Asumsi penting adalah bahwa proses fiksasi crossover relatif cukup cepat untuk mutasi, sehingga mutasi baru baik dieliminasi (mengulangi mereka hilang) atau datang untuk mengambil alih seluruh cluster. Dalam kasus cluster rDNA, tentu saja, faktor lebih lanjut ditentukan oleh seleksi untuk urutan ditranskripsi efektif.

Gambar 4.13 rekombinasi merata memungkinkan satu unit mengulangi tertentu untuk menduduki seluruh cluster. Angka-angka menunjukkan panjang dari unit berulang pada setiap tahap.

Satelit DNAs sering Terdapat di Heterochromatin
DNA fepetitif didefinisikan sebagai pertumbuhan yang relatif pesat dalam renaturasi. Komponen yang renaturi paling cepat dalam genom eukariotik disebut DNA yang sangat berulang (repetitive), dan terdiri dari urutan yang sangat singkat berulang kali dalam tandem di kelompok besar. Karena unit pendek berulang, kadang-kadang digambarkan sebagai urutan DNA sederhana. Jenis komponen ada di hampir semua genom eukariotik yang lebih tinggi, namun jumlah keseluruhan sangat bervariasi. Dalam genom mamalia itu biasanya <10%, tetapi dalam Drosophila virilis, itu dilakukan untuk ~ 50%. Selain kelompok besar di mana jenis ini urutan awalnya ditemukan, ada kelompok kecil diselingi dengan DNA nonrepetitive. Ini biasanya terdiri dari urutan pendek yang diulang dalam salinan identik atau terkait dalam genom.
Pengulangan tandem dari urutan pendek sering menimbulkan pecahan dengan sifat fisik yang khas yang dapat digunakan untuk mengisolasi. Dalam beberapa kasus, urutan berulang memiliki komposisi dasar yang berbeda dari rata-rata genom, yang memungkinkan untuk membentuk fraksi tersendiri berdasarkan kerapatan yang berbeda apung nya. Sebuah fraksi semacam ini disebut DNA satelit. Istilah DNA satelit pada dasarnya identik dengan urutan DNA sederhana. Konsisten dengan urutan sederhana, DNA ini tidak ditranskripsi atau diterjemahkan.
Tandem urutan berulang terutama bertanggung jawab untuk menjalani misalignments pasangan kromosom, dan dengan demikian ukuran cluster tandem cenderung sangat polimorfik, dengan berbagai variasi antara individu. Bahkan, kelompok yang lebih kecil dari urutan tersebut dapat digunakan untuk mengkarakterisasi genom individu dalam teknik "DNA fingerprinting".
Kepadatan apung DNA dupleks tergantung pada konten GC nya sesuai dengan rumus empiris
ρ = 1,660 + 0,00098 (% G-C) g cm-3
Kerapatan apung biasanya ditentukan oleh pemusingan DNA melalui gradien kepadatan CsCl. DNA membentuk band di posisi yang sesuai untuk kepadatan sendiri. Pecahan DNA yang berbeda dalam konten GC oleh> 5% biasanya dapat dipisahkan pada gradien kerapatan.
Ketika DNA eukariotik disentrifugasi pada gradien densitas, dua jenis bahan dapat dibedakan:
• Sebagian besar dari genom membentuk kontinum fragmen yang muncul sebagai puncak agak luas berpusat pada kepadatan apung yang sesuai dengan isi GC rata-rata genom. Ini disebut pita utama.
• Kadang-kadang tambahan, puncak yang lebih kecil (atau puncak) terlihat pada nilai yang berbeda. Bahan ini adalah DNA satelit.

Satelit yang hadir dalam genom eukariotik banyak. Mereka mungkin lebih berat atau lebih ringan dibanding pita utama, tetapi hal ini jarang terjadi bagi mereka untuk mewakili> 5% dari DNA total. Sebuah contoh yang jelas disediakan oleh DNA tikus, ditunjukkan dalam Gambar 4.14, grafik adalah scan kuantitatif dari merek terbentuk ketika mouse DNA disentrifugasi melalui gradien kerapatan CsCl. Band utama berisi 92% dari iklan genom berpusat pada kepadatan apung dari 1,701 g cm-3 (sesuai dengan GC rata-rata dari 42%, khas untuk mamalia). Puncak smalier mewakili 8% dari genom dan memiliki kepadatan apung berbeda 1,690 g cm-3. mengandung DNA tikus satelit, yang GC konten (30%) adalah kekasih banyak daripada bagian lain dari genom.

Gambar 4.14 DNA tikus dipisahkan menjadi pita utama dan satelit dengan sentrifugasi gradien melalui kepadatan CsCl.
Perilaku DNA satelit pada gradien kerapatan sering anomali. Ketika komposisi dasar sebenarnya dari satelit ditentukan, ini berbeda dari prediksi berdasarkan kerapatan apung nya. Alasannya adalah bahwa ρ adalah fungsi tidak hanya komposisi dasar, tetapi konstitusi dalam hal pasangan tetangga terdekat. Seringkali, sebagian besar DNA yang sangat repetitif genom dapat diisolasi dalam bentuk satelit. Ketika komponen DNA yang sangat berulang tidak terpisah sebagai satelit, pada isolasi properti sering terbukti menjadi serupa dengan DNA satelit.
Perpanjangan teknik hibridisasi asam nukleat memungkinkan lokasi urutan satelit akan ditentukan langsung dalam komplemen kromosom. Dalam teknik hibridisasi in situ atau sitologi, DNA kromosom ini didenaturasi dengan memperlakukan sel-sel yang telah tergencet pada kaca penutup. Kemudian larutan yang mengandung DNA atau RNA berlabel radioaktif probe ditambahkan. Probe hybridizes dengan melengkapi dalam genom didenaturasi. Lokasi dari situs hibridisasi dapat ditentukan dengan autoradiografi.
DNA satelit ditemukan di daerah heterochromatin. Heterochromatin adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan daerah kromosom yang permanen erat melingkar dan inert, kontras dengan euchromatin yang mewakili sebagian besar genom. Heterochromatin umumnya ditemukan di sentromer (daerah mana kinetochores dibentuk pada mitosis dan meiosis untuk gerakan kromosom mengendalikan). Lokasi centromeric DNA satelit menunjukkan bahwa ia memiliki beberapa fungsi struktural dalam kromosom. Fungsi ini dapat dihubungkan dengan proses segregasi kromosom.Contoh dari lokalisasi DNA satelit untuk melengkapi kromosom tikus.

Satelit Arthropoda memiliki ulangan identik yang sangat pendek
Pada Arthropoda, yang diwakili oleh serangga dan kepiting, masing-masing DNA satelit memperlihatkan kesamaan. Biasanya, sebuah unit ulangan yang sangat pendek tercatat untuk >90% satelit. Ini menentukan kemiripan susunan.
Drosophila virilis memiliki tiga satelit utama dan sebuah satelit semu, bersama-sama mewakili > 40% dari genom. Tiga satelit utama memiliki susunan yang saling berhubungan. Sebuah substitusi dasar tunggal cukup untuk menghasilkan satelit II atau satelit III dari sekuen (susunan) satelit I.
Sekuen satelit I diperlihatkan pada spesies lain dari Drosophila yang berkerabat dengan virilis, dan mungkin juga dimiliki pada spesiasi yang lebih tinggi. Susunan satelit II dan III nampak spesifik untuk D. Virilis, dan mungkin berkembang dari satelit I setelah spesiasi.
Ciri utama dari satelit ini adalah unit ulangannya sangat pendek; yaitu hanya 7 bp. Satelit-satelit yang serupa ditemukan pada spesies yang lain. D. melanogaster memiliki satelit yang bervariasi, beberapa memiliki unit ulangan yang sangat pendek (5, 7, 10, atau 12 bp).
Hubungan erat dari susunan tertutup ditemukan di antara satelit D. melanogaster tidak memiliki ciri dari genom lain, mungkin ada satelit-satelit yang tidak menggambarkankan susunan. Masing-masing satelit dibangun oleh sebuah amplifikasi lateral dari sebuah susunan yang sangat pendek. Susunan ini mungkin mewakili satelit sebelumnya yang berlainan (seperti pada D. virilis), atau seperti yang terdapat pada beberapa satelit yang asli.
Satelit-satelit secara terus-menerus dihasilkan dan hilang dari genom-genom. Ini menyebabkan kesulitan dalam memastikan hubungan evolusioner, sejak sebuah satelit yang tersusun dari beberapa satelit sebelumnya yang telah menghilang. Ciri penting dari satelit ini adalah bahwa mereka mewakili dan membentang sangat panjang pada DNA urutan kompleksitas yang rendah. Salah satu fitur dari banyak satelit ini adalah dalam bentuk asimetri pada orientasi pasangan basa dua untai.

Gambar 4.16 DNA Satelit D. virilis yang terkait. Lebih dari 95% dari setiap satelit terdiri dari pengulangan tandem dari urutan dominan.

Satelit Mamalia Terdiri dari Pengulangan Hirarki
Pada mamalia diidentifikasikan oleh berbagai macam tikus yang urutannya terdiri dari masing-masing satelit yang menunjukkan divergensi appreaciable antara pengulangan tandem. Urutan pendek umumnya dapat diketahui oleh mereka secara dominan di antara fragmen oligonukleotida yang dibuat oleh bahan kimia atau perlakuan enzimatik.
Tetapi, serangkaian varian unit pendek ini dapat menyusun unit pengulangan yang lebih panjang yang diulang sendiri dengan beberapa variasi dua-dua. Jadi, satelit DNA mamalia dibangun dari sebuah hirarki unit pengulangan.
Unit pengulangan yang lebih panjang ini membangun sekuen yang kembali ke sifat dasar dalam analisis reasosiasi. Mereka juga dapat dikenali oleh pencernaan dengan enzim restriksi.
Ketika beberapa satelit DNA dicerna oleh sebuah enzim yang mempunyai tempat pada unit pengulangan, satu fragmen akan diisikan untuk setiap unit pengulangan di setiap tempat yang terjadi. Faktanya, ketika DNA dari sebuah genom eukariotik dicerna oleh enzim restriksi, banyak dari mereka memberi gambaran umum, seharusnya distribusi acak dari tempat pembelahan. Tetapi, satelit DNA membangkitkan berkas tajam, karena sebuah fragmen luas yang sama atau ukurannya hampir sama diciptakan oleh pembelahan pada tempat pemotongan yang letaknya berjauhan.
Penentuan sekuen DNA satelit bisa menjadi sulit. Penggunaan berkas dibangkitkankan oleh pembelahan restriksi, kita dapat mencoba untuk mengisi sebuah sekuen secara langsung. Meskipun demikian, jika ada yang cukup berbeda antar setiap unit pengulangan, nukleotida yang berbeda akan diperlihatkan pada posisi yang sama pada ulangan yang berbeda, sehingga rangkain.gel akan menjadi tidak jelas. Jika kelainan tidak begitu besar-mengatakan, dengan-2%. Hal tersebut mungkin untuk menentukan rata-rata pengulangan sekuen.
Satu segmen dari satelit dapat disisipkan ke plasmid untuk kloning. Kesulitannya adalah bahwa sekuen satelit dipotong dari plasmid chimeri oleh rekombinan pada bakteri inang. Meskipun demikian, ketika kloning berhasil dilakukan, hal itu dimungkinkan untuk menenentukan sekuen dari segmen klon. Ketika hal ini member sekuen yang sebenarnya, kita membutuhkan banyak sekuen tunggal untuk membangun kembali tipikal yang berlainan.
Dengan pendekatan sekuen lain, informasi tambahan yang kita dapat dibatasi untuk jarak jauh yang dapat dianalisis pada satu set sekuen gel. Pengulangan dari copian dua-dua yang berlainan membuatnya tidak mungkin untuk membangun kembali sekuen yang lebih panjang melalui pengisian yang tumpang tindik antar fragmen tunggal restriksi.
DNA satelit pada tikus M. musculus dibelah oleh enzim EcoR II dalam sebuah rentetan berkas, termasuk sebuah fragmen monomer predominan dari 234 bp. Sekuen ini harus diulang dengan sedikit variasi hingga 60-70% satelit dibelah.
Gambar 4.17 menggambarkan sekuen saat 2,5 kali pengulangan. Melalui penulisan 234 bp sekuen, jadi 117 bp pertama diluruskan dengan 117 bp kedua, kita melihat bahwa dua setengahnya sangat berhubungan erat. Mereka berbeda pada 22 tempat, kecocokannya hingga 19% yang berlainan. Ini berarti bahwa unit pengulangan 234 bp yang baru harus dibangkitkan pada waktu yang sama oleh salinan sebuah unit pengulangan 117 bp, setelah perbedaannya dikumpulkan diantara salinan-salinan.
Dengan unit 117 bp, kita dapat mengenal dua subunit yang lebih jauh. Setiap dari ini adalah seperempat ulangan relatif sampai keseluruhan satelit. Empat seperempat ulangan ditunjukkan pada gambar 4.18.

Melihat dalam seperempat-pengulangan, kita menemukan bahwa masing-masing terdiri dari dua subunit yang berhubungan (1/8 – pengulangan), terlihat sebagai rangkaian α dan β dalam gambar 4.19. semua rangkaian α mempunyai sebuah insersi pada suatu C, dan semua rangkaian β mempunyai sebuah insersi pada suatu trinukleotida, relative terhadap rantai konsensus pada umumnya. Usulan ini bahwa seperempat-pengulangan dihasilkan oleh duplikasi sebuah rantai seperti rantai consensus, setelah perubahan terjadi untuk menghasilkan komponen-komponen yang sekarang kita pahami sebagai α dan β. Perubahan lebih jauh terjadi antara pengulangan dua-dua rangkaian αβ untuk menghasilkan individu seperempat-dan setengah-pengulangan yang ada sekarang antara 1/8 pengulangan, perbedaan pendapat saat ini adalah 19/31 = 61%.
Rangkaian konsensus dianalisis secara langsung, yang mendemonstrasikan bahwa arus rangkaian satelit dapat dilaporkan sebagai tiruan dari sebuah rangkaian 9 bp. Kita dapat mengenal tiga varian pada rangkaian ini dalam satelit. Jika dalam satu pengulangan kita mengambil frequent dasar selanjutnya pada dua posisi mengganti sebagian besar frequent, kita mendapat tiga rangkaian 9 bp yang berhubungan dengan baik.
G A A A A A C G T
G A A A A A T G A
G A A A A A A C T
Asal satelit dapat dengan baik terbaring dalam sebuah amplikfikasi pada satu dari tiga nonamer. Rantai consensus keseluruhan dari satelit saat ini adalah G A A A A T, yang merupakan sebuah campuran pengulangan tiga 9 bp efektif.

Rata-rata rangkaian dari fragmen monomerik pada DNA satelit tikus menjelaskan propertinya. Pengulangan unit terpanjang pada 234 bp diidentifikasi oleh restriksi. Unit penggabungan kembali (reasosiasi) antara unting tunggal DNa satelit yang terdenaturasi mungkin setengah-pengulangan 117 bp, karena fragmen –fragmen 234 bp dapat menguatkan dalam register dan dalam setengah-register (dalam kasus terkahir, setengah-pengulangan pertama satu unting berenaturasi dengan setengah-pengulangan kedua pada yang lain).
Sejauh ini, sudah dilaporkan satelit sekarang seakan-akan terdiri atas kopi yang identik unit pengulangan 234 bp. Meskipun unit ini dilaporkan untuk mayoritas satelit, variannya juga. Beberapa dari mereka tersebar secara acak seluruh satelit, yang lain berkelompok.
Eksistensi varian diartikan oleh deskripsi kita dari bahan permulaan untuk analisis rangkaian sebagai fragmen “monomerik”. Ketika satelit dicerna oleh suatu enzim yang mempunyai site pembelahan dalam rangkaian 234 bp, itu juga menghasilkan dimer-dimer, trimer-trimer, dan tetramer-tetramer relative untuk panjang 234 bp. Mereka muncul ketika unit pengulangan kehilangan enzim site pembelahan sebagai hasil mutasi.
Monomerik unit 234 bp dihasilkan ketika dua batas pengulangan masing-masing punya site pengenal. Sebuah dimer terjadi ketika satu unit kehilangan site, sebuah trimer dihasilkan ketika dua batas unit-unit kehilangan site, dan satelit terbelah menjadi anggota sambungan pengulangan, seperti yang tertera pada contoh gambar 4.21. Penurunan jumlah dimer-dimer, trimer-trimer, dan sebagainya menunjukkan bahwa terdapat distribusi acak pada pengulangan yang enzim site pengenal telah tereleminasi oleh mutasi.
Enzim restriksi yang lain menunjukkan sebuah tipe berbeda pada tingkah laku dengan DNA satelit. Mereka melanjutkan untuk menghasilkan sambungan pita yang sama. Tapi mereka hanya membelah suatu proporsi kecil dari DNA, katakanlah 5-10%. Ini secara tidak langsung bahwa daerah tertentu dari satelit berisi sebuah konsentrasi unit pengulangan dengan site restriksi yang istimewa. Agaknya sambungan dari pengulangan dalam domain ini semua mendapat dari varian keturunan bahwa dimiliki site pengenal (meskipun biasanya, beberapa anggota kehilangan oleh mutasi).
Sebuah DNA satelit mendapat rekombinasi yang tidak sama. Hal ini punya konsekuensi tambahan ketika ada ulangan internal dalam unit pengulangan. Mari kita kembali ke kelompok yang terdiri atas pengulangan “ab”. Kiranya bahwa komponen “a” dan “b” dari unit pengulangan dengan cukup baik berhubungan untuk berpasangan. Kemudian dua kelompok dapat meluruskan dalam setengah-register dengan rangkaian “a” daru satu pelurusan dengan rangkaian “b” pada yang lain. Seberapa sering peristiwa ini akan tergantung pada kedekatan hubungan antara dua bagian unit pengulangan. Dalam DNA satelit tikus, reasosiasi antara unting DNA satelit yang terdenaturasi in vitro biasanya terjadi pada setengah-register.
Ketika peristiwa rekombinasi terjadi, itu mengubah panjang unit pengulangan yang terlibat dalam reaksi.

Dalam kelompok rekombinasi di atas, unit “ab” telah digantikan oleh sebuah unit “aab”. Dalam kelompok yang lebih lemah, unit “ab” telah digantikan oleh sebuah unit “b”.

Jenis peristiwa ini menjelaskan suatu cirri dari perpendekan restriksi DNA satelit tikus. Gambar 4.21 menunjukkan bahwa rangkaian pelemah dari pita pada panjang , , , dan unit pengulangan. Dan lagi, untuk pengulangan panjang integral yang lebih kuat. Andai bahwa dalam contoh sebelumnya “ab” mewakili ulangan 234 bp DNA satelit tikus, dihasilkan oleh pembelahan pada sebuah site dalam segmen “b”. Segmen “a” dan “b” berhubungan dengan setengah-pengulangan 117 bp.
Kemudian dalam kelompok rekombinan di atas, unit “aab” menghasilkan sebuah
fragmen dari kali panjang ulangan biasanya. Dan dalam kelompok rekombinan yang lebih lemah, unit “b” menghasilkan sebuah fragmen dari setengah panjang biasanya (fragmen-fragmen yang lebih dari satu dalam rangkaian setengah-pengulangan dihasilkan dengan cara yang sama seperti frgamen yang lebih panjang dalam rangkaian integral, ketika beberapa unit pengulangan kehilangan site restriksi oleh mutasi).
Berpaling dari argument cara lain, identifikasi rangkaian setengah-pengulangan di atas gel menunjukkan bahwa unit pengulangan 234 bp terdiri atas dua setengah-pengulangan yang terhubung dengan cukup baik untuk berpasangan kadang-kadang untuk rekombinasi. Juga tampak pada gambar 4.21 beberapa pita agak lemah berhubungan dengan dan . Ini akan dihasilkan dalam cara yang sama seperti , ketika rekombinasi terjadi antara kelompok lurus dalam seperempat-register. Berkurangnya hubungan antara seperempat-pengulangan sebanding dengan setengah pengulangan menjelaskan reduksi dalam frekuensi dan pita sebanding dengan pita.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Ada kesalahan di dalam gadget ini