bg‑cyan

Dziedziczenie pozachromosomowe u prokariontów

W genomie komórek prokariotycznych, poza genoforem, który stanowi jedna cząsteczka DNA tworząca jeden chromosom, DNA zawarte jest również w plazmidach. Obecne w nich geny dziedziczą się pozachromosomowodziedziczenie pozachromosomowedziedziczą się pozachromosomowo. Plazmidy są kolistymi cząsteczkami DNA, które mogą się replikować. Jest to ważne dla komórek bakteryjnych, ponieważ zreplikowane plazmidy zostają przekazane nowym komórkom podczas podziału lub w tzw. horyzontalnym transferze genówhoryzontalny transfer genówhoryzontalnym transferze genów w trakcie koniugacjikoniugacjakoniugacji, transdukcjitransdukcjatransdukcji czy transformacjitransformacjatransformacji komórek bakteryjnych. Informacja genetyczna zapisana w plazmidach nie dotyczy podstawowego metabolizmu komórki bakteryjnej. Dzięki niej bakterie mogą uzyskiwać natomiast oporność na antybiotyki lub zdolność do infekowania gospodarza. Geny plazmidów determinują cechy umożliwiające symbiozę bakterii z roślinami (np. u Rhizobium), a także rozkładanie nietypowych źródeł węgla (np. toluenu).

RTh9sLlOzULTt
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Podział komórki bakteryjnej i horyzontalny transfer genów.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o.

Więcej informacji na ten temat znajdziesz w materiale: Procesy płciowe i zmienność genetyczna bakteriiD1FurTcyUProcesy płciowe i zmienność genetyczna bakterii.

bg‑cyan

Genom u eukariontów

W komórkach eukariotycznych przeważająca część genomu znajduje się w jądrze komórkowym. Niewielka ilość DNA obecna jest także w innych organellach komórkowych – w mitochondriach i w chloroplastach. W komórkach zwierzęcych i grzybowych DNA pozachromosomowe zawarte jest w mitochondriach, a w komórkach roślinnych w mitochondriach i chloroplastach. Mitochondria i plastydyplastydyplastydy mają własne rybosomy o stałej sedymentacji, odpowiednio, 55S i 70S, oraz DNA w postaci kolistej, dwuniciowej cząsteczki przypominającej DNA komórek bakteryjnych. Zgodnie z teorią endosymbiozy obie organelle zostały zasymilowane przez przodka komórki eukariotycznej – więcej  w materiale: Mitochondria i chloroplasty – organelle półautonomiczneDnERw4K0lMitochondria i chloroplasty – organelle półautonomiczne.

Nowe mitochondria i plastydy powstają poprzez wzrost i podział już istniejących organelli. Zazwyczaj występują licznie w komórkach, a każda organella może zawierać wiele kopii DNA. W jaki sposób odbywa się dziedziczenie pozajądrowej informacji genetycznej?

Mitochondria i chloroplasty dzielą się niezależnie od podziałów jądra komórkowego i są losowo rozdzielane do komórek potomnych. Dziedziczenie genów DNA mitochondrialnego (mtDNA) i chloroplastowego (chlDNA lub cpDNA) odbywa się więc pozachromosomowo, niezgodnie z prawami Mendla.

bg‑gray2

Dziedziczenie mtDNA

Genom mitochondrialny człowieka składa się z ok. 16 600 par zasad i ma charakter genów ciągłych, czyli takich, których sekwencja kodująca nie jest przedzielona odcinkami niekodujacymi. Ma on postać kolistych cząsteczek DNA.

RtVTHfzNCScKQ1
Struktura mitochondrialnego DNA człowieka. Cząsteczka tego DNA zawiera 37 genów, w których zakodowana jest informacja o cząsteczkach tRNA i rRNA oraz niektórych białkach łańcucha oddechowego.
Źródło: Knopfkind, Pisum, licencja: CC BY-SA 4.0.

Dziedziczenie mitochondrialne u ptaków i ssaków odbywa się w linii żeńskiej (matczynej). Wszystkie mitochondria występujące w organizmie potomnym, zarówno płci żeńskiej jak i męskiej, wywodzą się z mitochondriów zawartych w oocycie.  Podczas zapłodnienia do wnętrza komórki jajowej plemnik dostarcza „jedynie” haploidalne jądro komórkowe. Jeżeli nawet doszłoby do wprowadzenia plemnikowych mitochondriów, to zdegenerowałyby się one na wczesnym etapie rozwoju zygoty. Z tego względu choroby powodowane nieprawidłowościami w DNA mitochondrialnym dziedziczone są po matce – przykłady takich jednostek chorobowych podano w materiale: Choroby człowieka dziedziczone pozajądrowoDQCSD3NrjChoroby człowieka dziedziczone pozajądrowo.

Do tej pory u człowieka odnotowano tylko jeden przypadek dziedziczenia mitochondrialnego DNA po ojcu – 17 osób odziedziczyło mitochondria zarówno po matce, jak i ojcu.

U niektórych gatunków małży (np. omułków) obserwuje się zjawisko dziedziczenia zarówno żeńskich, jak i męskich mitochondriów. Natomiast u należącego do kokcydiów Cryptosporidium (pasożyt układu pokarmowego człowieka i innych ssaków) w ogóle nie zachodzi dziedziczenie mitochondrialne, bo mitochondria tego organizmu nie zawierają DNA. U większości roślin mtDNA również pochodzi z linii żeńskiej.

Rvi6PsyCE51JZ
Cysty Cryptosporidium muris w ludzkim kale.
Źródło: Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades - CDC, Wikimedia commons, domena publiczna.
bg‑gray2

Dziedziczenie chlDNA

W plastydach komórek roślinnych występują koliste cząsteczki DNA nazywane DNA plastydowym lub DNA chloroplastowym. Liczy ono 120 000–170 000 par zasad i zawiera 80–300 genów.

RAh7i6S5iwX6F1
Struktura chloroplastowego DNA tytoniu szlachetnego (Nicotiana tabacum).
Źródło: Kelvinsong, edytowano, licencja: CC BY-SA 3.0.

Dziedziczenie chloroplastowego DNA zazwyczaj odbywa się jednostronniedziedziczenie jednostronnejednostronnie, najczęściej w linii żeńskiej. Dziedziczenie obustronnedziedziczenie obustronneDziedziczenie obustronne zachodzi bardzo rzadko (np. u wiesiołka).

Ciekawostka

U niektórych roślin nagonasiennych (np. sosny) dziedzicznie plastydowe odbywa się w linii męskiej.

Słownik

dziedziczenie jednostronne
dziedziczenie jednostronne

dziedziczenie mitochondriów lub plastydów po jednym z rodziców

dziedziczenie obustronne
dziedziczenie obustronne

dziedziczenie mitochondriów lub plastydów po obu rodzicach

dziedziczenie pozachromosomowe
dziedziczenie pozachromosomowe

dziedziczenie informacji genetycznej w inny sposób niż za pośrednictwem genów obecnych w chromosomach DNA jądrowego; zachodzi niezgodnie z prawami Mendla

horyzontalny transfer genów
horyzontalny transfer genów

inaczej poziomy transfer genów; zjawisko przenoszenia genów pomiędzy dwoma organizmami niepotomnymi; występuje częściej u organizmów prokariotycznych

koniugacja
koniugacja

mechanizm wymiany DNA między komórkami bakterii; podczas koniugacji materiał genetyczny jest przekazywany poprzez pile płciowe (fimbrie)

plastydy
plastydy

organelle otoczone dwiema błonami występujące u wszystkich roślin lądowych oraz niektórych roślin pierwotnie wodnych i protistów roślinopodobnych

transdukcja
transdukcja

proces przenoszenia materiału genetycznego z jednych komórek bakteryjnych na drugie za pośrednictwem bakteriofagów

transformacja
transformacja

zmiana w materiale genetycznym danego szczepu bakterii (biorcy) pod wpływem pobranego z otoczenia DNA pochodzącego z rozpadu komórek innego szczepu bakterii (dawcy)