Mutacje delecyjne nieuchronnie pojawiają się w każdym procesie ewolucyjnym i są spekuluje się, że mają one decydujący wpływ na strukturę genomu. Mejoza, która odgrywa główną rolę w radzeniu sobie z mutacjami na poziomie populacji, rekombinuje chromosomy poprzez nielosowo rozmieszczone gorące punkty rekombinacji mejotycznej. rekombinacji mejotycznej. W wielu genomach różne typy elementów genetycznych są rozmieszczone we wzorach, które obecnie nie są dobrze poznane. W szczególności, ważne (niezbędne) geny są ułożone w klastry, których często nie można często nie można wyjaśnić funkcjonalnym związkiem zaangażowanych genów. Tutaj pokazujemy przez symulację komputerową, że grupowanie istotnych genów (EG) zapewnia korzyści w radzeniu sobie ze szkodliwymi mutacjami w populacjach seksualnych o zmiennych poziomach chowu wsobnego i chowu wsobnego. Odkryliśmy, że recesywne mutacje letalne wymuszają selektywną presję w kierunku klastrowej architektury genomu. Nasze symulacje poprawnie przewidują (i) ewolucję nielosowych rozkładów crossoverów mejotycznych, (ii) antykorelację crossoverów mejotycznych w całym genomie i klastrów EG, (iii) ewolucję wzbogacenia EG w regionach pericentromerycznych i (iv) związany z tym brak zwrotnic mejotycznych (zimne centromery). centromerów). Nasze wyniki przewidują ponadto optymalne szybkości krzyżowania dla chromosomów drożdży chromosomów drożdży, które są zgodne z wyznaczonymi eksperymentalnie. Używając Saccharomyces cerevisiae, pokazujemy, że haploidalne letalne fenotypy fenotypy wynikają głównie z mutacji pojedynczych loci i generalnie nie na ogół nie zaburzają kojarzenia, co prowadzi do akumulacji obciążenia mutacyjnego po mejozy i kojarzenia. Stawiamy hipotezę, że oczyszczanie szkodliwych mutacji w istotnych genach stanowi ważny czynnik napędzający krzyżowanie mejotyczne. Dlatego też zwiększona odporność populacji na szkodliwe mutacje, które wynikają z klastrowej architektury genomu, może stanowić znaczącą selektywną siłę kształtującą rozkład krzyżowania. Nasza analiza ujawnia nowy aspekt ewolucji architektur genomowych, który uzupełnia spostrzeżenia na temat ograniczeń molekularnych, takich jak interferencja pericentromerycznych crossoverów z segregacją chromosomów. --- TŁO: Poliadenylowane, podobne do mRNA transkrypty bez potencjału kodującego są obfite u eukariontów, ale funkcje tych długich niekodujących RNA (ncRNA) są enigmatyczne. W mejozie Rec12 (Spo11) katalizuje powstawanie pęknięć dsDNA (DSB), które inicjują homologiczną rekombinację. Większość rekombinacji mejotycznej jest w hotspotach, ale wiedza na temat mechanizmów jest mglista. W genomie genomie drożdży rozszczepialnych DSB znajdują się w obrębie 194 wybitnych pików oddzielonych średnio średnio przez 65-kbp interwały DNA, które są w dużej mierze wolne od DSB. METODOLOGIA/GŁÓWNE WNIOSKI: Porównaliśmy ogólnogenomowy rozkład pików DSB z rozkładem poliadenylowanych cząsteczek ncRNA klasy prl. Piki DSB mapują do loci ncRNA, które mogą znajdować się wewnątrz ORF, w pobliżu granic ORF i regionów międzygenowych, lub najczęściej regionów międzygenowych lub najczęściej w regionach międzygenowych. Bezwarunkowe testy statystyczne wykazały, że ta kolokalizacja jest nielosowa i solidna (P<or=5,5 x 10(-8)). Ponadto przetestowaliśmy i odrzuciliśmy hipotezę, że loci loci ncRNA i piki DSB lokalizują się preferencyjnie, ale niezależnie, do trzeciej jednostki na chromosomach. jednostki na chromosomach. WNIOSKI/ZNACZENIE: Mejotyczne hotspoty DSB są skierowane do loci, które wyrażają poliadenylowane ncRNA. Ujawnia to nieoczekiwany, prawdopodobnie jednolity mechanizm dla tego, co kieruje rekombinację mejotyczną do hotspotów. Ujawnia również prawdopodobną biologiczną funkcję enigmatycznych ncRNA. Proponujemy konkretne mechanizmy w których cząsteczki ncRNA lub niektóre aspekty metabolizmu RNA związane z loci ncRNA loci, pomagają pozycjonować kompleksy białek rekombinacyjnych w hotspotach DSB w chromosomach. chromosomach. --- Dwuniciowe pęknięcia DNA (DSB) występują w gorących punktach rekombinacji podczas mejozy Saccharomyces cerevisiae mejozy i uważa się, że inicjują wymianę w tych loci. Analiza miejsc DSB w trzech regionach genomu drożdży wykazała, że pęknięcia występują w wielu potencjalnych promotorach transkrypcji lub w ich pobliżu i że DSB inicjują większość, jeśli nie wszystkie, rekombinacje mejotyczne. Miejsca DSB wykazywały nadwrażliwość na deoksyrybonukleazę I w chromatynie z komórek mitotycznych i mejotycznych komórki, a zmiany w strukturze chromatyny powodowały równoległe zmiany w występowaniu DSB. Zatem cechy struktury chromatyny, które są ustalone przed mejozą odgrywają rolę w określaniu, gdzie zdarzenia rekombinacji mejotycznej inicjują. --- U drożdży rekombinacja mejotyczna jest inicjowana przez dwuniciowe pęknięcia DNA (DSB), które występują ze stosunkowo wysoką częstotliwością w niektórych regionach genomu (hotspoty) i stosunkowo niskiej częstotliwości w innych (coldspoty). Chociaż obserwacje dotyczące poszczególnych gorących/zimnych punktów dały wskazówki co do mechanizmu inicjacji rekombinacji. mechanizmu inicjacji rekombinacji, przewidywanie gorących/zimnych miejsc na podstawie informacji o sekwencji DNA DNA jest trudnym zadaniem. W tym artykule przedstawiamy random forest (RF) do wykrywania gorących/zimnych miejsc rekombinacji z genomu drożdży. genomu drożdży. Oszacowanie modelu out-of-bag (OOB) wykazało, że klasyfikator RF osiągnął wysoką wydajność przewidywania z 82,05% całkowitą dokładnością i 0,638 współczynnika korelacji Mattew (MCC). W porównaniu z alternatywnym algorytmem algorytmem uczenia maszynowego, maszyną wektorów nośnych (SVM), metoda RF przewyższa ją zarówno pod względem czułości, jak i swoistości. Model predykcyjny jest zaimplementowany jako serwer internetowy (RF-DYMHC) i jest swobodnie dostępny pod adresem http://www.bioinf.seu.edu.cn/Recombination/rf_dymhc.htm. Biorąc pod uwagę genom drożdży i parametry predykcji (wartość RI i nienakładający się rozmiar okna skanowania), program program zgłasza przewidywane gorące/zimne punkty i oznacza je kolorem.
Ile mniej więcej hotspotów rekombinacyjnych znaleziono w genomie drożdży?
W genomie drożdży rozszczepialnych DSB znajdują się w obrębie 194 wybitnych pików oddzielonych średnio 65-kbp odstępami DNA, które są w dużej mierze wolne od DSB.