Размеры геномов различных организмов

Геномика представляет собой составную часть биоло­гической науки, объектом изучения которой являются геномы. Одно из её направлений (видов) — сравнительная геномика — исследует, помимо прочего, размеры геномов различных организмов, в том числе человека.

Когда генетики только планировали работу по изучению человеческого генома, высказывались предположения, что в нашем организме работают около 200 тысяч генов. Эта цифра выводилась из числа известных индивидуальных белков. По мере работы над проектом число генов постоянно уточнялось. На одном из этапов ожидаемое число генов снизилось до 50 тысяч, затем до 30 тысяч. После завершения работы по геному число генов человека было определено в пределах 21 тысячи, причём эта цифра не окончательная, число генов у человека постоянно уточняется. С чем связана такая неопределённость, почему так долго шло выяс­нение общего числа генов? Как расценивать полученное число — 21 тысяча, это много или мало, как человек соотносится с другими био­логическими видами по числу генов, объёму информации и структуре генома? Какое минимальное число генов необходимо клетке лля функционирования? Что мы сегодня понимаем под словом ген — то же, что и 10 лет назад, или наши взгляды изменились? Это далеко не полный перечень вопросов, стоящих перед современной геномикой.

Сравнение размеров геномов отдельных биологических видов

Ниже рассмотрим размеры геномов организмов, стоящих на различных ступенях фило­генетического древа, от вируса до человека.

Единицей измерения геномов являются спаренные основания (bp)В русскоязычной литературе также используется сокращение п.н. — пара нуклеотидов. Производные единицы — килобаза (кб; kilobase, kb) — тысяча пар оснований, мегабаза (Мб; Mb) — миллион пар оснований и гигабаза (Гб; Gb) — миллиард пар оснований.

Таблица. Сравнительные размеры известных геномов

Организм Размер генома Примечание
Вирус (фаг Ф-Х174) 5386 bp Первый секвенированный геном (ра­бота Ф. Сенгера, 1980 г.)
Вирус (фаг λ) 50 kb Широко известный фаг
Бактерия (Haemophilus influenzae) 1.83 Mb Первый геном живой клетки (1995 г.)
Бактерия (Escherichia coli) 4Mb Самый изученный микроорганизм
Одноклеточное амёба (Amoeba dubia) 670 Gb Самый крупный известный геном
Растение резушка (Arabidopsis thaliana) 157 Mb Первый геном растения (2000 г.)
Растение тополь (Populus trichocarpa) 480 Mb Первый геном дерева (2006 г.)
Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) 20 Mb Наиболее изученный вид дрожжей
Грибы (Aspergillus nidulans) 30 Mb Широко известный вид грибов
Круглый червь (Caenorhabditis elegans) 98 Mb Первый геном животного (1998 г.)
Фруктовая мушка (Drosophila melanogaster) 130 Mb Излюбленный объект генетики
Пчела (Apis mellifera) 1.77 Gb Широко известное насекомое
Рыба иглобрюх (Tetraodon nigroviridis) 385 Mb Самый маленький известный геном позвоночного
Рыба двулёгочник (Protopterus aethiopicus) 130 Gb Самый большой известный геном по­звоночного
Человек (Homo sapiens) 3.2 Gb Объект генетики человека

Как видно из данных таблицы, при переходе от простейших вирусов (которые и живыми объектами признать трудно) к человеку, который, по нашим представлениям, является наиболее высокоразвитым биологическим объектом, в принципе размер генома растёт, однако из этой закономерности есть исключения. Так, геном простейшей амёбы оказывается в 200 раз больше, чем у человека, а у древней, дошедшей до нас из девона, двоякодышащей рыбки геном больше человеческого в 40 раз. Как выяснилось, это связано с тем, чтo в геноме этих организмов имеется значительное количество различных повторов, копий, причём как генов, так и некодирующих участков. Многократное копирование может касаться коротких по­следовательностей, более длинных последовательностей (целых генов), или огромных участков генома. У человека многие гены также представлены в копиях. Число копий любого гена получило название CNV (copy number variation). В последнее время копиям генов придают большое значение как дополнительному фактору, усиливающему разнообразие между представителями человеческого рода.

Размер генома как таковой, безусловно, представляет интерес, но ещё больший интерес представляет число функциональных генов и соотношение между генами и остальным геномом.

Размеры генома человека

Геном человека — полная генетическая система, ответственная за происхождение, развитие и наследование всех структурных и функциональных особенностей организма.

С молекулярных позиций геном человека — одинарное количество нуклеотидных последовательностей ядерной ДНК и митохондриальной ДНК, распределённых по 25 хромосомам (22 аутосомы, Х-хромосома, Y-хромосома и хромосома, условно названная митохондриальной). Относительно всех 25 хромосом — это их полный гаплоидный набор.

Митохондриальная хромосома (в отличие от ДНК аутосом и гоносом) и её митохондриальная ДНК не связаны с белками, т. е. она существует в «голом виде».

В гаплоидном наборе хромосом молекулярная масса ДНК равна 3,6 χ 10-12 г. В диплоидном наборе она в 2 раза больше: 7,3 χ 10-12 г.

В настоящее время выделяют три параметра, характеризующие размеры генома при диплоидном наборе хромосом: физический, генетический и цитогенетический. У человека имеют место следующие параметры.

•  Физический размер — 3,1467 χ 109, или 3,1467 млрд н.п. ДНК. В соматической клетке количество ДНК в 2 раза больше: 6,3 χ 109 н.п.

•  Генетический размер — 3,0-3,5 тыс. сантиморганид [См] (общее количество генетических обменов между гомологичными хромосомами в ходе одного мейоза).

•  Цитогенетический размер — 2,5-3,0 тыс. полос (бэндов), выявляемых на всех хромосомах при дифференциальном (прометафазном) окрашивании.

Сравнение генома человека и других организмов

Исследуя геном человека и проводя сравнительно-эволюционный анализ различных биологических организмов, учёные обнаружили большое генетическое сходство между разными видами животных.

Доказано, что в геноме человека есть гены:

  • общие для про- и эукариот — 21 %;
  • общие для животных и других эукариот — 32 %;
  • общие для позвоночных и других животных — 24 %;
  • общие для позвоночных — 22 %;
  • общие для приматов — 90-99 %.

Из 3 миллиардов нуклеотидов ДНК 99,9 % — одинаковы у всех людей. Лишь 0,1 % составляют особенные гены человека (ум, агрессивность, долголетие, болезни).

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Связанные статьи:

Определение геномики, её направления

Молекулярная генетика и молекулярная биология

Морфогенез человека и влияние на него генов

Генные и хромосомные болезни (синдромы) человека

2 Комментария “Размеры геномов различных организмов

  1. Андрей сказал:

    Логичнее было бы, чтобы у более сложных организмов были большего размера геномы. Но генетика и, в том числе, геномика не вполне поддаются логике.

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован.

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>