Porównywanie genów.doc

Porównywanie genów

eszcze zanim klonowanie i sekwencjonowanie segmentów DNA stało się możliwe, zdawano sobie sprawę ze znaczenia analiz porównawczych sekwencji DNA dla badań ewolucyjnych. Opracowano metodę szacowania podobieństwa sekwencji DNA pochodzącego z różnych gatunków. Technika ta porównuje stabilność podwójnych helis DNA tworzących się z pojedynczych nici pochodzących od osobników należących do dwóch różnych gatunków ze stabilnością helis powstających z nici pochodzących od osobników jednego gatunku. Zasadę łączenia się nici DNA przedstawiono w poprzednich esejach, z tym że w omawianej tu technice miesza się DNA dwóch różnych gatunków. Nici pochodzące od dwóch gatunków tworzą niedoskonałe podwójne helisy. Z tego powodu nici takie rozchodzą się w temperaturach niższych niż doskonale komplementarne nici należące do osobników jednego gatunku. Im więcej różnic między dwiema sekwencjami nukleotydowymi, tym mniej stabilna jest podwójna helisa i tym mniej energii potrzeba do rozdzielenia dwóch nici. Podwójna helisa oczywiście nie powstanie, jeśli dwie jednoniciowe cząsteczki DNA nie mają komplementarnych sekwencji.

       Tego rodzaju badania są użyteczne, ale dają jedynie ogólny obraz pokrewieństwa dwóch cząsteczek DNA. Bardziej szczegółowe informacje, chociażby takie, jakich dostarcza porównawcza chemia białek czy anatomia, są niemożliwe do uzyskania za pomocą tych badań, jakkolwiek dają one szybko wyniki. Natomiast porównania polegające na bezpośredniej analizie sekwencji nukleotydowych DNA dostarczają podstawowych, bardzo istotnych szczegółów. Ponadto, dane o sekwencjach nukleotydowych DNA rzucają światło na niedostępne dotąd badaniom aspekty ewolucji.

       Sekwencje odcinków kodujących DNA dostarczają więcej informacji użytecznych w analizie ewolucyjnej poszczególnych genów niż sekwencje łańcuchów polipeptydowych, ponieważ kod genetyczny jest zdegenerowany (to znaczy większość aminokwasów jest kodowana przez więcej niż jeden kodon). Sekwencja nukleotydowa genu może być zatem zmieniona, bez zmiany sekwencji aminokwasowej kodowanego przez ten gen białka. Na przykład, polipeptydy cytochromu c człowieka i szympansa mają identyczne sekwencje aminokwasowe, choć sekwencje nukleotydowe genów kodujących te polipeptydy różnią się. Co więcej, jeśli nawet stwierdzi się, że jeden z aminokwasów uległ zmianie podczas ewolucji, niewiele wie się o tym, ile par zasad się zmieniło. Zmiana aminokwasu pozwala jedynie oszacować minimalną liczbę wymienionych par zasad, niezbędnych do zastąpienia jednego aminokwasu innym. Na przykład podstawienie alaniny zamiast waliny może być wynikiem wymiany zarówno jednej pary (kodon GCU na kodon GUU), jak też dwóch par zasad (GCU na GUA). Są to istotne informacje, jeśli chcemy znać tempo powstawania i rozprzestrzeniania się mutacji.

       Analiza sekwencji nukleotydowych umożliwia porównywanie regionów nie kodujących, włącznie z sekwencjami regulatorowymi, co ma dla badań ewolucyjnych ogromne znaczenie. Prawdopodobnie zmiany zachodzące w tych obszarach są bardzo ważne; ich poznanie może pomóc w wyjaśnieniu skądinąd zagadkowej obserwacji, że ewolucja białek i ewolucja morfologiczna zachodzą w bardzo różnym tempie. Na przykład człowiek różni się znacznie od szympansa pod względem budowy szkieletu, owłosienia, zachowania czy umiejętności posługiwania się mową, jednak genomy przedstawicieli obu gatunków w ponad 95% są takie same, a wiele ich genów koduje identyczne białka. Prawdopodobnie o dużych różnicach w szybkości syntezy różnych polipeptydów decydują takie zmiany DNA, które wpływają na efektywność działania sekwencji regulujących transkrypcję. A to z kolei mogłoby pociągać za sobą poważne zmiany tempa i przebiegu procesów rozwojowych. Porównywanie sekwencji DNA odcinków regulatorowych lub leżących w pobliżu badanych genów ułatwi zrozumienie roli, jaką regulacja genów odgrywa w ewolucji gatunków.