Реферат 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Обзор литературы 7
1.1 Митохондрии 7
1.2 Геномы митохондрий 9
1.3 Изучение структурированности в других исследованиях 10
2 Материалы и методы 12
2.1 Отбор генетического материала митохондрий 12
2.2 Частотные словари 13
2.3 Программное обеспечение VidaExpert 15
2.4 Окрашивание точек по GC-составу 16
3 Результаты 18
3.1 Распределение систематических групп по GC-составу .... 18
3.2 Структурированность кодирующих и некодирующих последовательностей митохондриальных геномов 21
3.3 Взаимосвязь GC-состава и структурированности митохондриальных геномов 27
3.4 Окрашивание полученных структур по GC-составу 28
Заключение 33
Список сокращений 34
Список использованных источников 35
В настоящее время изучение структурированности нуклеотидных последовательностей является одной из важнейших задач биологии. Подобные исследования рассматриваются в структурно-функциональном и эволюционном аспектах. Выявление взаимосвязи структурных компонентов и соответствующих им функций является классической проблемой молекулярной и системной биологии. Даже несмотря на огромное количество публикаций и исследований в этом направлении, которые постоянно дополняются, она всё ещё далека от завершения. Помимо этого, исследователи обнаруживают структурные элементы, которые ранее было трудно выявить, или же такие виды и формы взаимодействий и взаимоотношений между структурными элементами биологических макромолекул, которые на другом этапе развития были бы недоступны для исследования. В данном контексте стремительное увеличения количества и качества технического оснащения и инструментов исследований
Подобные исследования чрезвычайно важны с точки зрения понимания эволюционных процессов. Изучение структурных особенностей биологических макромолекул, как у разных организмов, так и у систематических групп в целом, дает возможность сделать эволюционную картину тех или иных биологических систем точнее. Такими системами могут быть как конкретные виды, так и целые экосистемы, и глобальные сообщества.
Однако, трудности в подобных исследованиях вызывают выбор и качество рассматриваемого биоматериала. Суть проблемы не в ошибках аннотирования и/ли секвенирования генетических последовательностей, которые трудно избежать во многих случаях, а в большой сложности геномов и отдельных хромосом. При рассмотрении данных объектов необходимо анализировать следующие характеристики: структурированность, функции и филогению. Эти характеристики, как правило, глубоко взаимосвязаны и оказывают друг на друга сильное влияние. Сложность в том, что это влияние редко возможно выделить в качестве отдельного и независимого фактора.
С точки зрения этой проблемы прокариотические организмы являются более удобными объектами для исследования, чем эукариотические, так как геном бактерий значительно короче генома эукариот и он почти всегда представлен одной хромосомой, за исключением некоторых организмов, например, Rhodobacter sphaeroidesx. Как итог, самым удобным объектом исследования является геном органелл, таких как митохондрии и хлоропласты. В нашей работе — это митохондрии. Такой выбор объясняется тем, что для этих органелл полностью исключается фактор влияния различий в кодируемых функциях, так как в пределах одной группы органелл, будь то митохондрий или хлоропласт, функциональные различия минимальны.
Объектом исследования в настоящей работе являются типы и виды внутренней структурированности митохондриальных геномов различных систематических групп царства животных:
• подтип позвоночные: классы — круглоротые, хрящевые рыбы, костные рыбы, амфибии, птицы, млекопитающие;
• типы: губки, моллюски, плоские черви, круглые черви, кольчатые черви, членистоногие;
• последние делятся на классы: насекомые, паукообразные, ракообразные.
Цель настоящей работы — выявление и исследование внутренней структурированности митохондриальных геномов и описание характерных структур и их различия между разными систематическими группами. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
• написать литературный обзор по митохондриям и изучению структурированности;
• исследовать закономерности между GC-составом и изучаемыми систематическими группами;
• выявить различные внутренние структуры митохондриальных геномов, характерные для исследуемых систематических групп;
• классифицировать полученные структуры;
- изучить взаимосвязь полученных структур и их отдельных компонентов с окраской по GC-составу.
В ходе данной работы были выполнены все задачи, а поставленная цель была достигнута:
1) Была исследована закономерность между GC-составом и изучаемыми систематическими группами;
2) Были выявлены различные внутренние структуры митохондриальных геномов, характерные для исследуемых систематических групп;
3) Полученные структуры были классифицированы;
4) Была изучена взаимосвязь полученных структур и их отдельных компонентов от окраски по GC-составу.
Анализ результатов показал, что в большинстве своём геномы митохондрий стремятся к трёхлучевой структуре. Была обнаружена незначительная корреляция между GC-составом и систематическими группами. Так, черви обладают наименьшим GC-составом, а птицы и рептилии наибольшим. В общем и целом, были обнаружены следующие структуры: трёхлучевая структура, трёхлучевая с хвостом, трёхлучевая с нимбом, трёхлучевая с ядром, клубок и аморфная. У геномов митохондрий наблюдается огромное разнообразие выявленных структур.
С помощью окраски по GC-составу удалось обнаружить некоторые закономерности, среди которых центральносимметричная окраска (напр., у членистоногих) и градиентная окраска (напр., у растений и мхов).
Чтобы сделать результаты более точными, необходимо исследовать выборку на каждую систематическую группу больше 25, например, исследовать по 100 видов.
