Das eukaryontische Genom

Bei einer jeden Spezies ist die Gesamtmenge an DNA im (haploiden) Genom ein charakteristischer Wert, der als C-Wert bezeichnet wird. Das sogenannte C-Wert-Paradoxon drückt aus, dass der C-Wert nicht linear mit der genetischen Komplexität steigt, sondern bei machen Tieren unverhältnismässig hoch ist.

Der steigende C-Wert im Verlauf der Evolution wirft die Frage auf, ob in einem komplexeren Genom mehr Gene oder nur mehr Kopien der gleichen Gene wie bei einfacheren Organsimen existieren.

Die DNA-Menge eines Genoms kann man durch den Verlauf der Renaturierung berechnen, da der Wert Cot $_{\frac{1}{2}}$ , der angibt, wann die Hälfte der DNA renaturiert ist, direkt zu deren Menge proportional ist. Aus dem Cot $_{\frac{1}{2}}$ -Wert lässt sich über einen Dreisatz mit dem Genom von E. coli berechnen, wie hoch die Komplexität eines Genoms ist. Die Komplexität des Genoms von E. coli beträgt 4,2 x 10⁶ bp.

Bei diesen Untersuchungen fand man heraus, dass sich das Genom aus mehreren Komponenten, die durch eine unterschiedliche Kinetik der Renaturierung gekennzeichnet sind, zusammensetzt. Diese Komponenten werden als schnelle, mittelschnelle und langsame Komponente bezeichnet. Diese Fraktionen haben einen unterschiedlichen Cot $_{\frac{1}{2}}$ -Wert.

Durch Analyse der Kinetik kann man ausserdem feststellen, dass die Genome nicht einfach durch eine erhöhte Kopienanzahl, sondern durch das Entstehen neuer Gene wachsen. Die Analyse beruht darauf, dass die repetitven Sequenzen durch das Vorhandensein mehrerer Bindungspartner schneller renaturieren als dies bei den nur einfach vorliegenden Sequenzen der Fall ist.

Die oben genannte mittleren Fraktion ist durch nur mässigrepetitive DNA, die schnelle Fraktion ist durch hochrepetetive DNA bedingt. Die mittlere Komponente setzt sich aus Sequenzen zusammen, die nicht exakt übereinstimmen, aber doch miteinander verwandt sind.

Man geht davon aus, dass die Strukturgene in erster Linie von den nicht repetetiven Sequenzen kodiert werden und sich eine steigende Komlexität demnach nicht in einem grösseren Genom, sondern in einer höheren Anzahl an nichtrepetetiven sequenzen bemerkbar macht.

Dies kann man durch ein Hyrbridisierungsexperiment mit DNA und RNA zeigen. Die DNA reassoziiert normalerweise zuerst mit sich selbst. Durch die Kinetik der RNA-Reassoziation kann man sehen, dass der grösste Teil der RNA dann reassoziiert, wenn auch die nichtrepetetiven Sequenzen reassoziieren. Dadurch kann man zeigen, dass sehr wahrscheinlich bis zu 80% der RNA aus Genen stammt, die nicht repetetiv sind.

Die Anzahl der exprimierten Gene kann man durch ein RNA-getriebenes Hybridisierungs-Experiment feststellen. Dabei verwendet man einen RNA-Überschuss und eine geringe DNA-Menge, so dass die Reaktion RNA-getrieben ist. Aus diesen Experimenten ergibt sich der Rot-Wert (RNA-Konzentration mal Zeit), der eine Sättigungskurve charakterisiert und so liegt, dass man schlussfolgern kann, dass lediglich 1,35% der nichtrepetetiven DNA hybridisiert. Aus diesem Wert kann man dann die Komplexität und damit auch die Anzahl der exprimierten Gene schätzen.

Bei solchen Versuchen hat man ausserdem festellen können, dass die Gene in sehr unterschiedlichem Mass exprimiert werden und die mRNA der Zelle teilweise zur Hälfte nur aus einer mRNA besteht und auch die restliche mRNA teilweise eine sehr geringe Heterogenität aufweist.

An hand ihrer Konzentration unterscheidet man die abundate und die seltenen oder komplexen RNAs. Insbesondere die Gene der abudaten Klasse differieren zwischen den Zellen. Der gemeinsame Teil der Gene (ca. 75% ) scheint sich aus den Genen für die Basis-Haushalts oder die konstitutiven Aktivitäten zusammenzusetzen.

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