Chromosomy z wieloma źródłami replikacji DNA są cechą charakterystyczną Eukaryota i niektórych Archaea. Wszystkie eukariotyczne źródła replikacji jądrowej są definiowane przez kompleks kompleks rozpoznawania pochodzenia (ORC), który rekrutuje helikazę replikacyjną MCM(2-7) przez Cdc6 i Cdt1. Stwierdziliśmy, że trzy źródła w pojedynczym chromosomie archeona Sulfolobus islandicus są określone przez różne czynniki inicjacji. Podczas gdy dwa początki są zależne od archeonowych homologów eukariontów Orc1 i Cdc6, trzecie pochodzenie jest natomiast zależne od archealnego homologa Cdt1. Wykorzystujemy nieistotny charakter genu orc1-1 do zbadania roli wiązania ATP i hydrolizy w funkcji inicjatora in vivo i in vitro. Odkryliśmy, że forma Orc1-1 związana z ATP jest skuteczna w replikacji i implikuje hydrolizę ATP w obniżaniu aktywności inicjatora. Wreszcie, ujawniamy, że wiązanie ATP i DNA przez Orc1-1 przebudowuje strukturę białka, a nie strukturę matrycy DNA. szablonu. --- Hyperthermus butylicus, hipertermofilny neutrofil i beztlenowiec, jest należy do królestwa archeonów Crenarchaeota. Jego genom składa się z pojedynczego kolistego chromosomu o długości 1 667 163 bp z 53,7% zawartością G+C. Łącznie 1672 genów, z których 1602 kodują białka, a jedna trzecia jest specyficzna dla H. butylicus. specyficzne dla H. butylicus. W przeciwieństwie do niektórych innych genomów crenarchaeal, wysoki poziom poziom kodonów startowych GUG i UUG. Obecne są dwa geny cdc6, ale ale żaden z nich nie może być jednoznacznie powiązany z początkiem replikacji. Wiele z przewidywanych produktów genów metabolicznych jest związanych z fermentacją mieszanin peptydów, w tym kilka peptydaz o różnych specyficznościach, oraz istnieje wiele kodowanych transporterów. Większość enzymów redukujących siarkę, hydrogenaz i białek przenoszących elektrony, które są związane z produkcją energii poprzez redukcję siarki. z produkcją energii poprzez redukcję siarki do H(2)S. Dwa duże skupiska regularnie rozmieszczonych powtórzeń (CRISPR), z których jedno jest związane z z superoperonem genu Cas typu crenarchaeal; żadna z sekwencji dystansowych nie wykazała dobrej zgodności sekwencji ze znanymi archealnymi elementami chromosomalnymi. Genom Genom nie zawiera wykrywalnych elementów transpozycyjnych lub zintegrowanych, żadnych intein, a introny są wyłączne dla genów tRNA. Sugeruje to, że struktura genomu jest dość stabilna, prawdopodobnie odzwierciedlając stałe i stosunkowo niekonkurencyjne, środowisko naturalne. --- "Maszyna dla dzieci" zapewnia środki do generowania zsynchronizowanych kultur minimalnie zaburzonych komórek. Opisujemy zastosowanie tej techniki do ustalenia kluczowych parametrów cyklu komórkowego hipertermofilnych archeonów z rodzaju Sulfolobus. 3 źródła replikacji DNA Sulfolobus acidocaldarius zostały zmapowane przez analizę żelu 2D w pobliżu 0 (oriC2), 579 (oriC1) i 1,197 kb (oriC3) na kolistym genomie 2,226 kb i przedstawiamy bezpośrednią demonstrację ich aktywności w ciągu pierwszych kilku minut synchronicznego cyklu komórkowego. Wykryliśmy również wykryliśmy również cząsteczki DNA w kształcie litery X w genomie w komórkach fazy log, ale nie były one bezpośrednio związane z inicjacją replikacji. nie były bezpośrednio związane z inicjacją replikacji lub trwającą replikacją chromosomu w zsynchronizowanych komórkach. replikacją w zsynchronizowanych komórkach. Analizy częstotliwości markerów całego genomu zarówno kultur synchronicznych, jak i log-fazowych wykazały, że wykorzystanie pochodzenia było bliskie do 100% dla wszystkich 3 genów na rundę replikacji. Jednakże, oriC2 był aktywowany średnio nieco później w porównaniu z oriC1 i oriC3. Widełki replikacji DNA poruszały się dwukierunkowo z dala od każdego miejsca pochodzenia z prędkością około 88 bp na sekundę w hodowli synchronicznej. Analiza 3 białek inicjujących Orc1/Cdc6 wykazała jednorodność obfitości komórkowej i wiązania pochodzenia w całym cyklu komórkowym. cyklu komórkowego. W przeciwieństwie do tego, chociaż poziomy helikazy MCM były stałe w całym cyklu komórkowym cyklu komórkowego, jej lokalizacja pochodzenia była regulowana, ponieważ była silnie silnie wzbogacona we wszystkich 3 miejscach pochodzenia we wczesnej fazie S. --- TŁO: Podczas gdy u archeonów zaobserwowano wiele źródeł replikacji, znacznie mniej wiadomo o ich procesach ewolucyjnych. Tutaj przeprowadziliśmy analizę porównawczą przewidywanych (częściowo udowodnionych) źródeł replikacji związanych z orc/cdc6 w 15 całkowicie zsekwencjonowanych genomach haloarchaeal w celu zbadania różnorodności i ewolucji źródeł replikacji w halofilnych Archaea. WYNIKI: Wiele genów replikacyjnych związanych z orc/cdc6 zostało przewidzianych we wszystkich analizowanych genomach haloarchaicznych po zidentyfikowaniu domniemanych ORB (origin recognition boxes), które są związane z genami orc/cdc6. Pięć z tych przewidywanych początków replikacji w Haloarcula hispanica zostało eksperymentalnie potwierdzone poprzez autonomiczne działania replikacyjne. Co uderzające, kilka przewidywanych replikacji u H. hispanica i Haloarcula marismortui jest zlokalizowanych w różnych regionach ich wysoce homologicznych chromosomów, co sugeruje, że że te źródła replikacji mogły zostać wprowadzone jako części nowej zawartości genomowej. zawartość. Porównanie homologów Orc/Cdc6 związanych z pochodzeniem i odpowiadających im przewidywanych elementów ORB i odpowiadającymi im przewidywanymi elementami ORB ujawniło, że początki replikacji w w danym haloarchaeonie są dość zróżnicowane, podczas gdy różne haloarchaea mogą współdzielić kilka konserwowanych genów. Analizy kontekstu filogenetycznego i genomowego sugerują, że że istnieje oryginalny gen replikacji (oriC1), który został odziedziczony od przodka archaea, a kilka innych genów prawdopodobnie wyewoluowało i/lub przeniesione w obrębie gatunków haloarchaeal. WNIOSEK: Badanie to dostarcza szczegółowych informacji na temat różnorodności wielu źródeł replikacji związanych z orc/cdc6 w genomach haloarchaeal i zapewnia nowy wgląd w ewolucję wielu źródeł replikacji w Archaea. --- Odchylenia od 2. zasady parzystości Chargaffa, zgodnie z którą A około T i G około C w jednoniciowym DNA, zostały powiązane z replikacją, jak również z transkrypcją u prokariotów. Na podstawie obserwacji dotyczących głównie współliniowości transkrypcja-replikacja u dużej liczby gatunków gatunków prokariotycznych, sformułowaliśmy hipotezę, że procedura replikacji może przebiegać w różnych trybach między genomami, w których skośności wyraźnie podążają za różnymi wzorcami. Wyciągamy wniosek, że wiele funkcjonalnych miejsc replikacji może istnieć w genomach większości archeonów i w niektórych wyjątkowych przypadkach eubakterii. wyjątkowych przypadkach eubakterii, podczas gdy u większości eubakterii, replikacja zachodzi poprzez pojedyncze ustalone miejsce pochodzenia. --- We wszystkich trzech domenach życia, replikacja DNA rozpoczyna się w wyspecjalizowanych miejscach zwanych początki replikacji. U bakterii replikacja rozpoczyna się od pojedynczego, wyraźnie jasno określonego miejsca. W przeciwieństwie do tego, organizmy eukariotyczne wykorzystują wiele replikacji, dzieląc swoje genomy na szereg krótkich, ciągłych jednostek. jednostek. Ostatnio paradygmat wielu źródeł replikacji został również został również zademonstrowany w archeologicznej domenie życia, wraz z odkryciem, że że hipertermofilny archeon Sulfolobus ma trzy źródła replikacji. Jednakże, mechanizm ewolucyjny napędzający progresję od pojedynczego do wielokrotnego pozostaje niejasny. Tutaj pokazujemy, że Aeropyrum pernix, daleki krewny daleki krewny Sulfolobus, ma dwa źródła. Porównanie z pochodzeniem Sulfolobus dostarcza dowodów na ewolucję złożoności replikonu poprzez wychwytywanie pozachromosomalnych elementów genetycznych. Dodatkowo zidentyfikowaliśmy wcześniej nierozpoznane kandydujące archealne białko inicjujące, które jest daleko spokrewnione z eukariotycznym Cdt1. Nasze dane dostarczają zatem dowodów na to, że horyzontalny transfer genów, oprócz dobrze ugruntowanej roli w przyczynianiu się do informacji chromosomów, może zasadniczo zmienić sposób, w jaki replikowany jest chromosom gospodarza. chromosom gospodarza jest replikowany. --- Replikacja DNA inicjuje się w określonych miejscach zwanych początkami, które służą jako miejsca wiązania białek inicjujących, które rekrutują maszynerię replikacyjną. Początki różnią się liczbą i strukturą w trzech domenach życia, a ich właściwości determinują dynamikę replikacji chromosomów. a ich właściwości określają dynamikę replikacji chromosomów. Bakterie i bakterie i niektóre archeony replikują się z pojedynczych genów, podczas gdy większość archeonów i wszystkie eukarionty replikują się przy użyciu wielu źródeł. Mechanizmy inicjacji, które opierają się na rekombinacji homologicznej działają u niektórych wirusów. Tutaj pokazujemy, że takie mechanizmy działają również u archeonów. Wykorzystujemy głębokie sekwencjonowanie do badania replikacji w Haloferax volcanii i identyfikujemy cztery chromosomalne źródła różnej aktywności. aktywności. Usunięcie poszczególnych genów skutkuje zaburzoną dynamiką replikacji i zmniejszonym wzrostem. dynamikę replikacji i zmniejszony wzrost. Jednak szczep pozbawiony wszystkich genów nie ma widocznych defektów i rośnie znacznie szybciej niż typ dziki. Komórki bez genów komórki inicjują replikację w rozproszonych miejscach, a nie w dyskretnych genach i mają bezwzględne zapotrzebowanie na rekombinazę RadA, w przeciwieństwie do szczepów w przeciwieństwie do szczepów pozbawionych indywidualnych genów. Nasze wyniki pokazują, że rekombinacja homologiczna rekombinacja może skutecznie zainicjować replikację całego genomu komórkowego. całego genomu komórkowego. Rodzi to pytanie o cel, jakiemu służą geny replikacyjne i dlaczego ewoluowały. służą i dlaczego wyewoluowały. --- W chromosomach bakteryjnych, pozycja genu względem pojedynczego źródła replikacji replikacji generalnie odzwierciedla jego czas replikacji, jak często jest ekspresji, a w konsekwencji tempo jego ewolucji. Jednakże, ponieważ niektóre genomy archeonów zawierają wiele źródeł replikacji, stronniczość w dawkowaniu genów spowodowana opóźnioną replikacją powinna być zminimalizowana, a tym samym tempo substytucji genów genów powinna być mniej związana z pozycją chromosomu. Aby przetestować tę hipotezę, wybrano sześć genomów archeonów z rodzaju Sulfolobus zawierających trzy geny replikacji, zidentyfikowano konserwowane ortologi oraz określono określono ilościowo tempo ewolucji (dN i dS) tych ortologów. Rodziny ortologów zostały pogrupowane według ich pozycji konsensusu i oznaczone przez ich bliskość jednego z trzech miejsc pochodzenia (O1, O2, O3). Konserwowane ortologi były skoncentrowane w pobliżu miejsc pochodzenia, a większość zmienności w zawartości genomu występowała z dala od początków. Regresja liniowa zarówno synonimicznych, jak i zarówno synonimicznych, jak i niesynonimicznych wskaźników substytucji na odległość od źródeł replikacji były znacząco dodatnie, przy czym wskaźniki te były największe w regionie najbardziej oddalonym od z początków i najwolniejsze wśród genów w pobliżu początków. Geny w pobliżu O1 również ewoluowały również szybciej niż te w pobliżu O2 i O3, co sugeruje, że ten początek może w cyklu komórkowym. Zwiększone tempo ewolucji i dyspozycyjność genów są silnie związane ze zmniejszoną ekspresją genów spowodowaną częściowo przez częściowo przez zmniejszoną dawkę genów podczas cyklu komórkowego. Dlatego w tym rodzaju Archaea, jak również u wielu bakterii, tempo ewolucji i zmienność zawartości genomu w genomie wiążą się z czasem replikacji. --- Halobacterium halobium zawiera dwa geny białka wakuoli gazowej, które są zlokalizowane w plazmidzie pHH1 (p-vac) i w chromosomalnym DNA (c-vac). Częstotliwość mutacji częstotliwość mutacji dla tych genów jest różna: konstytutywnie wyrażany gen p-vac jest zmutowany z częstotliwością 10(-2), podczas gdy gen chromosomalny wyrażany w stacjonarnej fazie wzrostu jest zmutowany. w stacjonarnej fazie wzrostu jest mutowany z częstotliwością 10(-5). Różnica Różnica w podatności na mutacje wynika z dynamiki plazmidu pHH1. Mutacje genu p-vac są spowodowane (i) integracją elementu insercyjnego lub (ii) delecją elementu insercyjnego. lub (ii) przez delecję obejmującą region genu p-vac. Natomiast W przeciwieństwie do tego, mutanty c-vac analizowane do tej pory nie miały ani elementów insercyjnych, ani delecji. delecje. Zdarzenia delecji w obrębie pHH1 występują z dużą częstotliwością podczas rozwoju kultury H. halobium. Badanie regionów fuzji wynikających ze zdarzeń delecji wskazuje, że zaangażowane są elementy insercyjne. Analiza wariantów delecji pHH1 doprowadziła do regionu DNA o długości 4 par kilobazowych zawierający początek replikacji plazmidu pHH1. --- Replikacja genomu jest kluczowym i niezbędnym procesem dla ciągłości życia. U wszystkich organizmów rozpoczyna się w określonym regionie genomu znanym jako miejsce pochodzenia replikacji (Ori). miejsce pochodzenia replikacji (Ori). Liczba miejsc Ori różni się u prokariotów i eukariotów. i eukariontów. Replikacja rozpoczyna się w pojedynczym miejscu Ori u bakterii, ale u eukariontów eukariontów wiele miejsc Ori jest wykorzystywanych do szybkiego kopiowania we wszystkich chromosomach. Sytuacja staje się złożona w archeonach, gdzie niektóre grupy mają pojedyncze i inne mają wiele miejsc replikacji. Themococcales, są hipertermofilny rząd archeonów. Są to beztlenowce i heterotrofy - fermentatory peptydowe fermentatory, reduktory siarczanów, metanogeny to tylko niektóre z przykładów typów metabolicznych. typy metaboliczne. W tym artykule zastosowaliśmy kombinację wielu podejść in in silico - krzywej Z, lokalizacji genu cyklu podziału komórki (cdc6) oraz lokalizacji konsensusowych sekwencji ORB (ang. origin recognition box) dla lokalizacji miejsca pochodzenia replikacji u Thermococcus onnurineus, Thermococcus gammatolerans i innych Themococcales oraz innych Themococcales i porównał wyniki z dobrze udokumentowanym przypadkiem Pyrococcus abyssi. Motywacją stojącą za tym badaniem jest znalezienie liczby miejsc Ori w oparciu o dostępne dane dotyczące członków tego rzędu. Wyniki analizy in silico pokazują, że Themococcales mają pojedyncze źródło replikacji. replikacji. --- Raport ten pokazuje, że struktury podobne do izochor można znaleźć nie tylko u ciepłokrwistych, niektórych gadach, rybach i drożdżach, ale także w niektórych gatunkach gatunków archeonów. W doskonale ukształtowanych strukturach izochoropodobnych (w "protoizochory") z genomów Sulfolobus acidocaldarius i Thermofilum pendens różnica w poziomach 3GC między genami z różnych "protoizochorów" wynosi około 30%. U tych gatunków archeonów "protoizochory" ubogie w GC znajdują się w pobliżu początku replikacji, podczas gdy bogate w GC "protoizochory" znajdują się w pobliżu końca replikacji. Istnieje silna liniowa zależność między położeniem genem a jego poziomem 3GC u S. acidocaldarius (średnia różnica w 3GC na 100 000 par zasad wynosi 3,6%). Szczegółowe analizy tendencyjności użycia nukleotydów nukleotydów w genach z nici wiodącej i opóźnionej doprowadziły nas do sugestii, że 3GC w genach zlokalizowanych w pobliżu końca replikacji rośnie z powodu wyższego tempa utleniania utleniania tyminy powodującego przejścia T do C w nici opóźniającej. --- Do niedawna jedynym archeonem, u którego w dobrej wierze zidentyfikowano źródło replikacji był Pyrococcus abyssi. było Pyrococcus abyssi, gdzie zidentyfikowano pojedyncze pochodzenie. Chociaż kilka analiz in silico sugerowało, że niektóre gatunki archeonów mogą zawierać więcej niż jedno źródło, zostało to wykazane dopiero niedawno. Dwa badania wykazały, że wiele źródeł replikacji funkcjonuje w dwóch gatunków archeonów. W jednym z badań zidentyfikowano dwa źródła replikacji u w archeonie Sulfolobus solfataricus, podczas gdy w drugim badaniu zastosowano inną technikę technikę, aby wykazać, że zarówno S. solfataricus, jak i Sulfolobus acidocaldarius mają trzy funkcjonalne pochodzenie. Są to pierwsze doniesienia o archeonach mających wiele pochodzenie. Odkrycie to ma implikacje dla badań nad mechanizmami replikacji DNA i ewolucji. replikacji DNA i ewolucji. --- Przedstawiamy konstrukcję serii replikujących się wektorów wahadłowych, które składają się z wektora do klonowania o niskiej liczbie kopii dla Escherichia coli i funkcjonalnych funkcjonalnych składników pochodzenia replikacji (oriC) chromosomu hipertermofilnego archeonu Pyrococcus furiosus. W procesie identyfikacji minimalnej sekwencji pochodzenia replikacji wymaganej do autonomicznej replikacji plazmidu replikacji plazmidu u P. furiosus, odkryliśmy, że kilka cech pochodzenia przewidywane przez analizę bioinformatyczną i badania wiązania in vitro nie były niezbędne do stabilnej autonomicznej replikacji plazmidu. Minimalny region wymagany do promowania replikacji plazmidowego DNA został zidentyfikowany, a plazmidy oparte na tej sekwencji łatwo transformowały P. furiosus. Plazmidy replikowały się autonomicznie i istniały w pojedynczej kopii. W przeciwieństwie do wektorów wahadłowych opartych na plazmidzie z blisko spokrewnionego hipertermofila Pyrococcus abyssi do stosowania w P. furiosus, plazmidy oparte na chromosomalnym pochodzeniu P. furiosus były strukturalnie niezmienione po transformacji i były stabilne bez selekcji przez ponad 100 pokoleń. 100 pokoleń. --- Sekwencja genomowa archeonu Methanosarcina mazei została przeanalizowana metodą krzywej metodą krzywej Z. Krzywa Z jest trójwymiarową krzywą, która jednoznacznie reprezentuje daną sekwencję DNA. Trójwymiarowa krzywa Z oraz jej składowe x i y dla genomu M. mazei wykazują ostry pik i stosunkowo szeroki pik. i stosunkowo szeroki pik. Gen cdc6 znajduje się dokładnie w pozycji ostrego piku. ostrego piku. W oparciu o znane zachowanie krzywych Z dla archeonów, których których miejsca replikacji zostały zidentyfikowane, stawiamy hipotezę, że miejsca replikacji i miejsca zakończenia replikacji odpowiadają odpowiednio pozycjom ostrego piku i szerokiego piku. szerokiego piku. Zlokalizowaliśmy region międzygenowy, który znajduje się pomiędzy genem cdc6 (MM1314) a genem dla sąsiedniego białka (MM1315), który wykazuje silne cechy znanych źródeł replikacji. Region ten jest bardzo bogaty w AT i zawiera wiele kopii kolejnych powtórzeń. Nasze wyniki silnie sugerują, że pojedyncze źródło replikacji M. mazei jest znajduje się w regionie międzygenowym między genem cdc6 a genem dla sąsiedniego białka. sąsiedniego białka, od 1,564,657 do 1,566,241 bp genomu. --- Różne wzorce asymetrii nici zostały udokumentowane w różnych genomach genomach prokariotycznych, a także genomach mitochondrialnych. Ponieważ różne mechanizmy replikacji często prowadzą do różnych wzorów asymetrii nici, wiele można dowiedzieć się o mechanizmach replikacji, badając asymetrię nici. Tutaj podsumowuję różnorodne wzorce asymetrii nici wśród różnych grup taksonomicznych, aby zasugerować, że grup taksonomicznych, aby zasugerować, że (1) replikacja pojedynczego originu może nie być uniwersalna wśród gatunków bakterii, jak endosymbionty Wigglesworthia glossinidia, gatunki Wolbachia, cyjanobakterie Synechocystis 6803 i Mycoplasma pulmonis wszystkie wykazują wzorce asymetrii nici zgodne z wieloma źródłami replikacji, (2) różne źródła replikacji w niektórych genomach genomach archeonów pozostawiają zupełnie inne wzorce asymetrii nici, sugerując że różne źródła replikacji w tym samym genomie mogą być różnie (3) genomy mitochondrialne reprezentatywnych gatunków kręgowców mają jeden wzór asymetrii nici zgodny z replikacją z przesunięciem nici udokumentowaną w mtDNA ssaków, co sugeruje, że mechanizm replikacji mtDNA u ssaków może być wspólny dla wszystkich gatunków kręgowców, oraz (4) genomy mitochondrialne prymitywnych form od prymitywnych form metazoanów, takich jak gąbka i hydra (reprezentujące odpowiednio Porifera i Cnidaria), a także te pochodzące od roślin, mają wzorce asymetrii nici podobne do replikacji z jednym lub wieloma źródłami replikacji obserwowanych u prokariotów i drastycznie różnią się od genomów mitochondrialnych mitochondrialnych genomów innych metazoanów. Może to wyjaśniać, dlaczego genomy mitochondrialne gąbek i gąbek i hydr, a także genomy mitochondrialne roślin, ewoluują znacznie wolniej niż genomy innych metazo znacznie wolniej niż te pochodzące od innych metazoanów. --- Sekwencja genomowa halofilnego archeonu Halobacterium NRC-1 została przeanalizowana metodą krzywej Z. Krzywa Z jest trójwymiarową krzywą, która jednoznacznie reprezentuje daną sekwencję DNA. W oparciu o znane zachowania krzywych Z dla archeonów, których źródła replikacji zostały zidentyfikowane, analiza krzywej analiza krzywej Z dla genomu Halobacterium NRC-1 zdecydowanie sugeruje że duży genom ma dwa źródła replikacji, oriC1 (921,863-922,014) i oriC2 (1,806,444-1,807,229), które znajdują się na dwóch ostrych szczytach krzywej Z . Te dwa regiony znajdują się obok genów cdc6 i zawierają wiele kopii odcinków G i C, tj. ggggtgggg i ccccacccc, które mogą być również traktowane jako bezpośrednie i odwrócone powtórzenia. W oparciu o powyższą analizę, model replikacji Halobacterium NRC-1 z dwoma źródłami replikacji i dwoma terminami został zaproponowany. Eksperymentalne potwierdzenie tego modelu stanowiłoby pierwszy przykład wielokrotnego pochodzenia replikacji u archeonów, co ostatecznie wgląd w zrozumienie mechanizmów replikacji organizmów eukariotycznych, w tym replikacji organizmów eukariotycznych, w tym człowieka. Ponadto, potencjalne wielokrotne replikacji archeona Sulfolobus solfataricus są sugerowane przez analizę analiza oparta na metodzie krzywej Z. --- Krzywa Z jest trójwymiarową krzywą, która stanowi unikalną reprezentację sekwencji DNA. reprezentację sekwencji DNA, tj. zarówno krzywa Z, jak i dana sekwencja DNA mogą być jednoznacznie zrekonstruowane z drugiej. Zastosowaliśmy analizę krzywej Z aby zidentyfikować jedno źródło replikacji w genomie Methanocaldococcus jannaschii genomie, dwa źródła replikacji w genomie Halobacterium gatunku NRC-1 i jedno źródło replikacji w genomie Methanocaldococcus jannaschii. jedno źródło replikacji w genomie Methanosarcina mazei. Jedno z przewidywanych genów replikacyjnych gatunku Halobacterium NRC-1 jest taki sam jak gen replikacyjny zidentyfikowane później w eksperymentach in vivo. Analiza krzywej Z dla genomu Sulfolobus solfataricus P2 sugeruje istnienie trzech źródeł replikacji, co jest również zgodne z replikacji, co jest również zgodne z późniejszymi wynikami eksperymentalnymi. Niniejszy przegląd ma na celu podsumowanie zastosowań krzywej Z w identyfikacji początków replikacji genomów archeonów i dostarczenie wskazówek na temat lokalizacji jeszcze niezidentyfikowanych źródeł replikacji niezidentyfikowanych źródeł replikacji Aeropyrum pernix K1, Methanococcus maripaludis S2, Picrophilus torridus DSM 9790 i Pyrobaculum aerophilum str. IM2. --- TŁO: Gatunki crenarchaeon Sulfolobus posiadają trzy źródła replikacji w ich pojedynczym kolistym chromosomie, które są synchronicznie inicjowane podczas replikacji. WYNIKI: Wykazaliśmy, że globalna ekspresja genów u dwóch gatunków Sulfolobus jest wysoce stronnicza, tak że wczesne replikujące się regiony genomu są silniej wyrażane we wszystkich trzech źródłach. To odchylenie znacznie przekracza to, co byłoby przewidywane przez same efekty dawkowania genów. Ponadto, regiony wczesnej replikacji są gęstsze w genach rdzenia archeonów (wzbogaconych o istotne funkcje), wykazują niższe odległości międzygenowe i są pozbawione mobilnych elementów genetycznych. WNIOSEK: Silna struktura chromosomu Sulfolobus oparta na replikacji Sulfolobus sugeruje, że wielokrotne źródła replikacji służą innym celom niż tylko skrócenie czasu wymaganego do replikacji. Organizacja chromosomów na wyższym poziomie organizacja chromosomalna może mieć znaczenie dla zminimalizowania wpływu uszkodzeń DNA uszkodzenia DNA, a także może być powiązana z regulacją transkrypcji. --- Halofilny archeon Haloferax volcanii ma genom wieloreplikonowy, składający się z głównego chromosomu, trzech chromosomów drugorzędowych i plazmidu. Geny dla białka inicjatorowego Cdc6/Orc1, które są powszechnie zlokalizowane w pobliżu do archealnych początków replikacji DNA, znajdują się na wszystkich replikonach z wyjątkiem plazmidu pHV2. Jednak przewidywanie początków replikacji DNA w H. volcanii jest skomplikowane przez fakt, że gatunek ten ma nie mniej niż 14 genów cdc6/orc1. Zastosowaliśmy kombinację podejść genetycznych, biochemicznych i bioinformatycznych do mapowania genów replikacji DNA u H. volcanii. Znaleziono pięć autonomicznie replikujących się sekwencji znaleziono sekwencje przylegające do genów cdc6/orc1 i inicjacji replikacji aby potwierdzić, że sekwencje te funkcjonują jako dwukierunkowe źródła replikacji DNA in vivo. DNA in vivo. Analizy pulsacyjnego pola żelowego ujawniły, że związane z cdc6/orc1 źródła replikacji są rozmieszczone nie tylko na głównym chromosomie chromosomie (2,9 Mb), ale także na replikonach pHV1 (86 kb), pHV3 (442 kb) i pHV4 (690 kb). replikonach. Badania inaktywacji genów wskazują, że powiązanie genu inicjatora do pochodzenia nie jest wymagane do inicjacji replikacji, a testy genetyczne z autonomicznie replikujących się plazmidów sugerują, że pochodzenie zlokalizowane na pHV1 i pHV4 może być dominujące w stosunku do głównego pochodzenia chromosomalnego. Zidentyfikowane przez nas replikacji, które zidentyfikowaliśmy, wydają się wykazywać funkcjonalną hierarchię lub zróżnicowane wykorzystanie, które może odzwierciedlać różne wymagania replikacyjne ich odpowiednich chromosomów. Proponujemy, aby duplikacja źródeł replikacji H. volcanii replikacji H. volcanii była warunkiem wstępnym dla struktury multireplikonowej tego genomu i że może to zapewnić środki do kontroli replikacji specyficznej dla chromosomu w określonych warunkach wzrostu. Nasze obserwacje sugerują również, że H. volcanii jest idealnym organizmem do badania, w jaki sposób replikacja czterech replikonów jest regulowana w kontekście cyklu komórkowego archeonów. --- HF2 to haloarchaiczny wirus infekujący dwa gatunki Halorubrum (rodzina Halobacteriaceae). Jest lityczny, ma morfologię głowy i ogona i należy do Myoviridae (kurczliwe ogony). Liniowy dwuniciowy genom DNA został sekwencjonowany i stwierdzono, że ma długość 77 670 bp, z mol% G + C 55,8. Łącznie zidentyfikowano 121 prawdopodobnych otwartych ramek odczytu (ORF), z których 37 pokrywało się w kodonach start i stop. Przewidywane białka były zazwyczaj kwaśne (średnie pI 4,8), a mniej niż około 12% z nich miało homologi w bazach danych sekwencji. bazach danych. Cztery kompletne sekwencje podobne do tRNA (tRNA-Arg, -Asx, -Pro i -Tyr) oraz wykryto niekompletny tRNA-Thr. Mapa transkrypcji wykazała, że większość genomu była transkrybowana i że synteza transkryptów zachodziła w wysoce zorganizowany i powtarzalny wzór w ciągu 5-godzinnego cyklu infekcji. Transkrypty często obejmowały wiele ORF, co sugeruje, że geny wirusowe były zorganizowane w operony. Przewidywane ORF i obserwowane kierunki transkrypcji transkryptu są dobrze dopasowane i wykazały, że transkrypcja jest głównie skierowana do wewnątrz od genomu, spotykając się na około 45-48 kb, i był to również punkt zwrotny w skumulowanym wykresie GC-skew. Niski punkt w skumulowanym GC-skew, w pobliżu lewego końca końca, był regionem bogatym w krótkie powtórzenia i pozbawionym ORF, który prawdopodobnie jest źródłem replikacji. Genom HF2 jest mozaiką składników pochodzących z różnych źródeł, co wyraźnie różnych źródeł, wyraźnie pokazując, że wirusy haloarchaea, podobnie jak ich odpowiedniki bakteriofagowe, są wektorami wymiany i transmisji materiału genetycznego między materiału genetycznego między dużymi odległościami taksonomicznymi, a nawet między domenami. --- Przedstawiamy tutaj analizę porównawczą sekwencji genomu Methanosarcina barkeri z genomami Methanosarcina acetivorans i Methanosarcina mazei. Genom genom M. barkeri wyróżnia się organizacją, która jest dobrze dobrze zachowana w stosunku do innych Methanosarcina spp. w regionie proksymalnym do początku replikacji, z międzygatunkowymi podobieństwami genów tak wysokimi jak 95%. Jest on jednak nieuporządkowany i charakteryzuje się zwiększoną częstotliwością transpozazy i zmniejszoną syntenią genów i gęstością genów w dystalnym semigenomie. Spośród 3 680 otwartych ramek odczytu (ORF) u M. barkeri, 746 miało homologi o lepszej niż 80% identyczności zarówno z M. acetivorans, jak i M. mazei, podczas gdy 128 niehipotetycznych ORFs było unikalnych (nieortologicznych) wśród tych gatunków, w tym kompletny operon dehydrogenazy mrówczanowej, geny operon dehydrogenazy mrówczanowej, geny wymagane do syntezy kwasu N-acetylomuraminowego, 14-genowy klaster pęcherzyków gazowych 14-genowy klaster pęcherzyków gazowych i bakteryjny klaster reduktazy ferredoksyny specyficznej dla P450 nie zaobserwowany wcześniej ani nie scharakteryzowany dla tego rodzaju. A kryptyczna sekwencja plazmidu 36-kbp, która zawiera gen orc1 flankowany przez domniemanym początkiem replikacji składającym się z 38 tandemowych powtórzeń motywu 143-nukleotydowego motywu wykryto u M. barkeri. Trójstronne porównanie tych genomów ujawnia różne mechanizmy gromadzenia zmian. Wydłużenie stosunkowo dużego genomu M. acetivorans jest wynikiem równomiernie równomiernie rozmieszczonych insercji i duplikacji wielu genów, podczas gdy genom M. barkeri charakteryzuje się zlokalizowanymi inwersjami związanymi z utratą zawartości genów. zawartości genów. W przeciwieństwie do tego, krótki genom M. mazei najbardziej najbardziej zbliżony do domniemanego przodkowego stanu organizacyjnego tych gatunków. --- Początki replikacji zostały zmapowane w hipertermofilnych crenarchaea, przy użyciu analizę częstotliwości markerów opartą na sekwencjonowaniu o wysokiej przepustowości. Potwierdzamy poprzednie mapowanie pochodzenia w Sulfolobus acidocaldarius i wykazujemy, że pojedynczy chromosom chromosom Pyrobaculum calidifontis zawiera cztery źródła replikacji, największą liczbę największą liczbę wykrytą w organizmie prokariotycznym. Względne pozycje genów w obu organizmach zbiegły się z regionami wzbogaconymi w wysoce konserwowane (rdzeniowe) geny archeonów. Pokazujemy, że dystrybucja genów rdzeniowych stanowi użyteczne narzędzie narzędzie do identyfikacji pochodzenia w archeonach i przewidywania wielokrotnej replikacji w wielu gatunkach. Jeden z genów P. calidifontis został szczegółowo zmapowany szczegółowo, a testy elektroforetycznego przesunięcia ruchliwości wykazały wiązanie replikatora białko inicjatora replikacji Cdc6/Orc1 do powtarzającego się elementu sekwencji, oznaczonego jako Orb-1, w obrębie pochodzenia. Podejście sekwencjonowania o wysokiej przepustowości pozwoliło również na aktualizację adnotacji obu genomów, co skutkowało przywróceniem otwartych ramek odczytu otwartych ramek odczytu kodujących białka zaangażowane np. w metabolizm cukrów, azotanów i energii metabolizm, a także w glikozylację i naprawę DNA.
Czy genomy archeonów zawierają jedno czy wiele źródeł replikacji?
Niektóre archeony replikują się z pojedynczych źródeł, ale większość archeonów i wszystkie eukarionty replikują się przy użyciu wielu źródeł.