Genom
chloroplastowy
Genom
chloroplastowy
Chloroplast – „zielona fabryka”
węglowodanów
1
– błona zewnętrzna;
2
– przestrzeń międzybłonowa;
3
– błona
wewnętrzna;
4
– stroma;
5
– lumen;
6
– błona tylakoidu;
7
– granum;
8
– lamella;
9
– ziarno
skrobii;
10
– rybosom;
11
– genom chloroplastowy;
12
- plastoglobula
Chloroplast – „zielona fabryka”
węglowodanów
Skąd się wzięły chloroplasty?
Endosymbiotyczna
teoria ewolucji
chloroplastów
1970 r
– Lynn Margulis –
The Origin of Eukaryotic
Cells
Skąd się wzięły chloroplasty?
Dowody potwierdzające teorię endosymbiotyczną:
- genom to kolista dwuniciowa cząsteczka DNA
- brak białek histonowych związanych z DNA
- obecność maszynerii do syntezy białek
- rozpoczynanie translacji od formylmetioniny
- blokowanie translacji antybiotykami specyficznymi dla prokariontów
(np. chloramfenikol) i oporność na blokery eukariotycznych rybosomów
- rybosomy 70 S
- geny uorganizowane w operony i kodowane na obu niciach cząsteczki
DNA
- wyraźna homologia sekwencji rRNA pomiędzy plastydami a współczes-
nymi sinicami – Synechococcus lividans
- „rozmnażanie chloroplastów” przez podział amitotyczny, niezależne od
podziału komórki
Genom chloroplastowy
- odkryty w 1959 r w plastydach zielonych glonów Spirogyra –
Stocking
i Gifford
- kolista dwuniciowa cząsteczka DNA o wielkości od 35 (Eimeria
tenella)
do 400 kb (Acetabularia); u roślin wyższych średnio 115 – 165
kb
- liczba kopii w komórce: 1000 – 10 000
- przeciętny genom chloroplastowy zawiera około 110 genów
- kompletne sekwencje genomów plastydowych dostępne są
między
innymi dla tytoniu, kukurydzy, ryżu, sosny, rzodkiewnika
- DNA plastydowe może stanowić do 20% całego DNA komórki
Genom chloroplastowy
U większości roślin wyższych genom chloroplastowy
podzielony
jest na 4 segmenty:
• duży region o sekwencjach unikalnych (LSC)
• mały region o sekwencjach unikalnych (SSC)
• dwa regiony o powtórzonych sekwencjach w odwrotnej
orientacji (IR
A
i IR
B
) rozdzielające LSC i SSC; sekwencje IR
ewoluują najwolniej.
Genom chloroplastowy
Genom chloroplastowy
Wiele genów w genomach plastydowych zorganizowanych jest
w poli-
cistronowe jednostki transkrypcyjne podobnie jak operony
bakteryjne.
Geny
psbB psbT psbH petB petD
psbN
Monocistronowe mRNA
Policistronowe mRNA
Zależność pomiędzy genomem
chloroplastowym a jądrowym
- jest wynikiem transferu części genów chloroplastowych do
jądra
komórkowego
- liczba białek kodowana obecnie przez genom chloroplastowy
jest 10-
krotnie niższa w porównaniu z typowym genomem sinicowym
- badania wykazują, że 18% genów jądrowych kodujących
białka u
Arabidopsis została nabyta od cyjanobakteryjnego przodka w
wyniku
transferu
- prawdopodobny mechanizm transferu:
Zależność pomiędzy genomem
chloroplastowym a jądrowym
RUBISCO – produkt genu jądrowego kontroluje ekspresję genu
plastydowego:
Zależność pomiędzy genomem
chloroplastowym a jądrowym
Sygnały chloroplastowe
regulują
ekspresję genów jądrowych,
np:
- ROS – reaktywne formy
tlenu
Część praktyczna
1 ćwiczenia: Izolacja chloroplastów z siewek słonecznika
2 ćwiczenia: Izolacja DNA z chloroplastów
Izolacja chloroplastów:
1.
Mechaniczna dezintegracja tkanki roślinnej – homogenizacja
w moździerzu – w środowisku odpowiedniego buforu (STE)
2.
Usunięcie grubszych pozostałości tkanek
3.
Usunięcie drobnych szczątków komórek
4.
Oczyszczenie chloroplastów
5.
Zawieszenie chloroplastów w buforze do przechowywania
(ST)