Przedstawiamy dane i analizy wspierające hipotezę, że przodkiem mitochondriów zwierzęcych mitochondriów (Mt) i wielu prymitywnych amitochondrialnych (a-Mt) eukariontów był mikrobem fuzyjnym złożonym z eubakterii podobnej do Clostridium i archaebakterii Sulfolobus-like archaebacterium. Analiza opiera się na kilku obserwacjach: (i) sygnatury genomu (wartości względnej obfitości dinukleotydów) Clostridium i Sulfolobus są kompatybilne (wystarczająco podobne) i każdy z nich ma znacznie większe podobieństwo w sygnaturach genomów z sekwencjami Mt zwierząt niż niż wszystkie inne dostępne prokarionty. To, że stabilne fuzje mogą wymagać kompatybilności w sygnaturach genomu jest sugerowana przez kompatybilność plazmidów i gospodarzy. (ii) Rozszerzony metabolizm energetyczny organizmu fuzyjnego był silnie selektywny dla scementowania takiej fuzji. (iii) Aparat molekularny tworzenia endospor u Clostridium służy jako surowiec do rozwoju jądra i cytoplazmy. jądra i cytoplazmy komórki eukariotycznej. --- Jednorodność genomowa jest badana dla szerokiej bazy sekwencji DNA pod względem odległości względnej obfitości dinukleotydów (w skrócie delta-dystanse) i ekstremów składu oligonukleotydów. Wykazano, że odległości delta między różnymi sekwencjami genomowymi tego samego gatunku są niskie, tylko około 2 lub 3-krotność odległości znalezionej w losowym DNA i są generalnie mniejsze niż międzygatunkowe odległości delta. Skrajności w krótkich oligonukleotydach obejmują niedostateczną reprezentację TpA i nadreprezentację GpC w większości sekwencji bakteriofagów strefy umiarkowanej sekwencjach bakteriofagów; niedoreprezentowanie CTAG w większości genomów eubakterii; niedoreprezentowanie genomach eubakterii; niedoreprezentowanie GATC w większości bakteriofagów; supresja CpG u kręgowców, we wszystkich zwierzęcych genomach mitochondrialnych i w wielu sekwencjach bakterii termofilnych bakteryjnych; oraz nadreprezentacja GpG/CpC we wszystkich zwierzęcych zestawach mitochondrialnych i genomach chloroplastów. Interpretacje koncentrują się na strukturach DNA DNA (energie układania dinukleotydów, krzywizna DNA i superhelikalność, organizacja nukleosomów), zdarzenia mutacyjne zależne od kontekstu, metylacja oraz procesy replikacji i naprawy. --- Plazmidy są wszechobecnymi elementami mobilnymi, które służą jako pula wielu korzystnych cech gospodarza, takich jak odporność na antybiotyki. korzystnych cech, takich jak oporność na antybiotyki w społecznościach bakterii. Aby zrozumieć znaczenie plazmidów w horyzontalnym transferze genów, musimy uzyskać wgląd w "historię ewolucji" tych plazmidów, tj. zakres gospodarzy, w których ewoluowały. Ponieważ obszerne dane potwierdzają propozycję że obce DNA nabywa skład nukleotydowy gospodarza podczas długotrwałego pobytu, porównanie składu nukleotydowego plazmidów i chromosomów może rzucić światło na historię ewolucji plazmidu. Średnia bezwzględna różnica względnej obfitości dinukleotydów, określana jako odległość delta, została powszechnie stosowana do pomiaru różnic w składzie dinukleotydów lub "sygnatury genomowej" między chromosomami bakteryjnymi. podpis", między chromosomami bakteryjnymi i plazmidami. Tutaj wprowadziliśmy odległość odległość Mahalanobisa, która uwzględnia strukturę wariancja-kowariancja sygnatur chromosomów. Pokazujemy, że odległość Mahalanobisa jest lepsza niż odległość delta w pomiarze różnic sygnatur genomowych między plazmidami i chromosomami potencjalnych gospodarzy. Zilustrowaliśmy przydatność tej metryki do proponowania kandydatów na długoterminowych gospodarzy dla plazmidów, koncentrując się na plazmidach wirulencji pXO1 z Bacillus anthracis i pO157 z Escherichia coli O157:H7, a także plazmidzie pB10 z bakterii Escherichia coli O157:H7 plazmid pB10 od nieznanego gospodarza. --- Porównujemy i kontrastujemy tendencyjność składu i rozkłady krótkich oligonukleotydów w całym genomie krótkich oligonukleotydów w 15 różnych prokariotach, które mają znaczne kolekcje sekwencji genomowych. Obejmują one siedem kompletnych genomów (Escherichia coli, Haemophilus influenzae, Mycoplasma genitalium, Mycoplasma pneumoniae, Synechocystis sp. szczep PCC6803, Methanococcus jannaschii i Pyrobaculum aerophilum). Kluczowa obserwacja dotyczy stałości profili względnej obfitości dinukleotydów profili względnej obfitości w wielu 50-kb rozłącznych kontigach w tym samym genomie. genomu. (Profil ma postać rhoXY* = fXY*/fX*fY* dla wszystkich XY, gdzie fX* oznacza oznacza częstotliwość nukleotydu X, a fY* oznacza częstotliwość dinukleotydu XY, oba obliczone na podstawie sekwencji połączonej z jej odwróconą sekwencją komplementarną. sekwencją komplementarną). Na podstawie tej stałości odnosimy się do zbioru [rhoXY*] jako sygnaturę genomu. Ustalamy, że różnice między wektorami [rhoXY*] wektorami 50-kilobajtowych kontigów różnych genomów praktycznie zawsze przekraczają różnice między tymi samymi genomami. Zidentyfikowano różne odchylenia di- i tetranukleotydowe. i tetranukleotydów. W szczególności stwierdzamy, że dinukleotyd CpG=CG jest niedoreprezentowany u wielu termofilów (np. M. jannaschii, Sulfolobus sp. i M. thermoautotrophicum), ale nadreprezentowany u halobakterii. TA jest ogólnie niedostatecznie reprezentowane u prokariotów i eukariotów, ale normalne liczby pojawiają się u Sulfolobus i P. aerophilum. Bardziej niż w przypadku jakiegokolwiek innego genomu bakteryjnego genomu bakteryjnego, palindromiczne tetranukleotydy są niedostatecznie reprezentowane w H. influenzae. Sekwencja M. jannaschii jest bezprecedensowa pod względem skrajnie niedostatecznej reprezentacji tetranukleotydów tetranukleotydów CTAG oraz w anomalnym rozmieszczeniu miejsc CTAG wokół genomu. genomu. Analiza porównawcza liczby długich tetranukleotydowych mikrosatelitów rozróżnia H. influenzae. Porównano różnice względnej obfitości dinukleotydów między sekwencjami bakterii. porównywane są sekwencje bakteryjne. Na przykład w tych ocenach różnic różnic, cyjanobakterie Synechocystis, Synechococcus i Anabaena nie tworzą spójnej grupy i są tak odległe od siebie, jak ogólne sekwencje bakterii Gram-ujemnych są od ogólnych sekwencji gram-dodatnich. Różnica między M. jannaschii od nisko-G+C gram-dodatnich proteobakterii wynosi połowę różnicy od od gram-ujemnych proteobakterii. Interpretacje i hipotezy koncentrują się na roli sygnatury genomu w podkreślaniu podobieństw i podobieństw i różnic między różnymi klasami gatunków prokariotycznych, możliwych mechanizmów leżących u podstaw sygnatury genomu, formy i poziomu fluktuacji składu genomu, wykorzystania genomu, wykorzystanie sygnatury genomu jako chronometru filogenezy molekularnej jako chronometru filogenezy molekularnej oraz implikacje w odniesieniu do trzech domniemanych eubakterii, archeonów i eukariontów oraz do pochodzenia i wczesnej ewolucji eukariontów. ewolucji eukariontów. --- Wczesne eksperymenty biochemiczne wykazały, że zestaw stosunków dinukleotydów lub "ogólny projekt" jest niezwykle stabilną właściwością DNA organizmu, która jest zasadniczo taka sama w organizmu, który jest zasadniczo taki sam w DNA kodującym białka, masowym genomowym DNA, oraz w różnych frakcjach genomowego DNA o różnym tempie renaturacji i gradiencie gęstości w wielu organizmach. Analiza obecnie dostępnych danych dotyczących sekwencji genomowych rozszerzyła te wcześniejsze wyniki, pokazując, że ogólne projekty rozłącznych próbek genomu próbek genomu są znacznie bardziej podobne do siebie niż do tych sekwencji z innych organizmów i że blisko spokrewnione organizmy mają blisko spokrewnione organizmy. Z tej perspektywy, zestaw wartości współczynnika szans dinukleotydów (względnej obfitości) stanowi sygnaturę każdego genomu DNA, który może rozróżniać sekwencje pochodzące z różnych organizmów. Wartości współczynnika odds dinukleotydów wydają się odzwierciedlać nie tylko chemię i preferencje konformacyjne, ale także właściwości gatunkowe DNA. ale także specyficzne dla gatunku właściwości modyfikacji, replikacji i naprawy DNA mechanizmów modyfikacji, replikacji i naprawy DNA.
Co jest najczęstszą miarą różnic między względną liczebnością dinukleotydów "sygnatur genomowych"?
Koncepcja sygnatury genomowej została wprowadzona wraz z obserwacją specyficznych dla gatunku profili względnej obfitości dinukleotydów (DRAP). Zestaw stosunków kursów dinukleotydów lub "ogólny projekt" jest niezwykle stabilną właściwością DNA organizmu i może być wykorzystywany do rozróżniania sekwencji pochodzących z różnych organizmów. Średnia bezwzględna różnica względnej obfitości dinukleotydów jest określana jako odległość delta. Odległość delta jest najczęściej stosowaną miarą różnic między "sygnaturami genomowymi". Odległości delta między różnymi sekwencjami genomowymi tego samego gatunku są niskie i generalnie są mniejsze niż odległości delta międzygatunkowe.