GENOMDA GEN Yakn akraba bakteri trlerinde genom dizilerinin

GENOMDA GEN • Yakın akraba bakteri türlerinde genom dizilerinin çok benzer olduğunun belirlenmesi ile birlikte, bakteriyal genomlara bakış açımız kökten değişime uğramıştır. • 16 S r. RNA dizilerindeki küçük farklılıkların bütün genomda büyük değişimlere neden olduğu görülmüştür. • Yakın ilişkili genomlar arasındaki farklanmanın büyük çoğunluğunun gen duplikasyonunun da dahil olduğu genomik yeniden düzenlenmelerin yanı sıra yatay gen transferi yolu ile gen kazanımı ya da kaybından ileri geldiği belirlenmiştir.

• Bu mekanizmalar yolu ile genomda meydana gelen değişimler, organizmalara farklı çevresel koşullarda canlı kalma avantajı sağlar. • Bununla birlikte; genlerin duplikasyonu ya da aktarılabilirliği yalnızca organizma düzeyinde değil, gen düzeyinde de doğal seçilimin işleyişini beraberinde getirir. Organizmaya canlı kalma avantajı sağlar.

• Genlerin genom ile bağlantıları, bu seçici baskının üstesinden gelebilme yetenekleri ile doğrudan ilişkilidir. • Analizler sonucunda 16 s r. RNA dizisindeki çok küçük bir değişikliğin, bütün genomda büyük değişiklikleri beraberinde getireceği anlaşılmıştır.

• Özellikle; transpozonlar, fajlar ve plazmidlerin dahil olduğu mobil genetik elemanlar (MGE’ler), yakın ilişkili türler arasındaki gen farklılıklarının büyük kısmından sorumludur. • Bununla birlikte, büyük duplikasyonları delesyonlar ve inversiyonların da dahil olduğu genomik yeniden düzenlenmeler laboratuvar ortamında geliştirilen hücrelerde de gözlenmiştir.

• MGE’lerin bencil şekilde evrimleştikleri araştırıcılar tarafından uzun zamandır bilinmekteydi. • Bununla birlikte, HGT’den dolayı bencil, mobil DNA ve hareketsiz konak genomu arasındaki ayrım oldukça belirsizdir. Daha önce de belirttiğimiz gibi her gen doğal seleksiyona farklı düzeyde cevap verir. • 1)Bencil: duplikasyon yolu ile kendilerini çoğaltır ve intragenomik translokasyon ya da HGT ile göç ederek • 2) Kooperatif: Entegre oldukları gen bölgesinin replikasyon yetenekleri ile uzun süre kalıcı olmaları doğru orantılıdır.

GEN KOPYA SAYISI • Genom karşılaştırma analizleri ve laboratuvar denemeleri sonucunda genetik duplikasyonların ve büyük gen amplifikasyonlarının yaygın durumlar olduğu ortaya çıkmıştır. • Son yapılan çalışmalar sonucunda, hücre bölünmesi başına 10 -3 -10 -6 bölge duplikasyonu gerçekleşirken, bu oranın nokta mutasyonundan 103 -106 kat fazla olduğu belirlenmiştir. • Ayrıca, gen duplikasyonundan sonra ilave kopya sayısı yükselmeleri, yüksek düzeyde gerçekleşmektedir (hücre bölünmesi başına 10 -2).

• Genom dizi analizleri yaşam türlerinin tamamının gen duplikasyonları ile dolu olduğunu göstermiştir. • Arke, bakteri ve ökaryotlara ait mevcut genom dizileri incelendiğinde, çok sayıda gen duplikasyonları içerdikleri ve soya özgü genişlemesi taşıdıkları belirlenmiştir.

DUPLİKASYON BECERİSİ: SEÇİCİ ZORLAMA • Genom dizi analizleri ve deneysel çalışmalar, duplikasyon sıklığının genler arasında farklılık gösterdiğini belirlemiştir. • S. enterica kültürüne bakıldığında, spesifik bir gen bakımından duplikasyon içerenlerin oranı %0. 0005 -%3 arasında değişim göstermektedir. • Benzer şekilde, pek çok organizma ile yürütülen bilgisayar analizleri sonucunda, bir gen ailesinin kendini çoğaltmasının ya da genom içinde yayılma eğiliminin oldukça değişken olduğu belirlenmiştir.

• Bazı genler evrensel olarak genom içinde neredeyse tek kopya sayısında bulunurken, diğerleri küçük gen aileleri oluşturur ve son olarak da bazıları çok çeşitli organizmalarda çok sayıda karşımıza çıkabilir. • Bakteri genomundaki yeri DNA dizisinin duplikasyon oranını etkilese de, farklı kısımların duplikasyon yeteneği genellikle ilgili duplikasyonun uyum değerinden (fitness cost) etkilenmektedir.

• Bu hipoteze göre protein komplekslerinin alt ünitelerini kodlayan genler düşük düzeyde duplikasyon eğiliminde olmalıdır çünkü bu eğilim yüksek olur ise, doz dengesizliği ortaya çıkar. • Araştırıcılar tarafından ortaya konulan bu hipotez Saccharomyces cereviseae genom analizlerine dayanmaktadır ve gerçekten de mayalarda protein alt ünitelerinde ya da protein komplekslerinde gen duplikasyon miktarı azalma göstermektedir.

• Duplikasyonun hetero-kompleks (farklı alt ünitelerinden oluşan kompleks) proteinlerde problem teşkil etmektedir. • Ancak E. coli ile yürütülen analizler sonucunda, protein kompleksitesi ve duplikasyon arasında genel bir korelasyon belirlenmemiştir.

• Gen duplikasyonu ile ilişkili farklı faktörler de tanımlanmıştır. • Gen duplikasyon düzeyi yalnızca molekül komplekslerini değil yolakları da etkilemektedir. • Örneğin bir yolağın merkezinde bulunan, yolakta büyük rol oynayan bir proteinde duplikasyon düzeyinin düşük olduğu belirlenmiştir.

• Örneğin fungal genomlarda mayalar için oldukça önemli olan genlerin, neredeyse her zaman tek kopya halinde olduğu belirlenmiştir. • Ek olarak, bu tek-kopya evrensel fungal genler çok kopyası bulunan fungal genlere kıyasla, daha yavaş evrimleşmektedir. • Bunun aksine, araştırmalar sadece evrensel genlerle sınırlandırılmadığında, yavaş evrimleşen dizilerin bakteri ve mayalarda daha sık duplike olduklarının bulunması, genlerin çeşitliliğine göre duplikasyon gücünün ve dizi değişiminin de farklandığı belirlenmiştir.