Cellular and Molecular Life Sciences

ABSTRACT

Operons (clusters of co-regulated genes with related functions) are common features of bacterial genomes. More recently, functional gene clustering has been reported in eukaryotes, from yeasts to filamentous fungi, plants, and animals. Gene clusters can consist of paralogous genes that have most likely arisen by gene duplication. However, there are now many examples of eukaryotic gene clusters that contain functionally related but non-homologous genes and that represent functional gene organizations with operon-like features (physical clustering and co-regulation). These include gene clusters for use of different carbon and nitrogen sources in yeasts, for production of antibiotics, toxins, and virulence determinants in filamentous fungi, for production of defense compounds in plants, and for innate and adaptive immunity in animals (the major histocompatibility locus). The aim of this article is to review features of functional gene clusters in prokaryotes and eukaryotes and the significance of clustering for effective function.

INTRODUCTION

Operons (clusters of co-regulated genes with related functions) are a well-known feature of prokaryotic genomes. Archeal and bacterial genomes generally contain a small number of highly conserved operons and a much larger number of unique or rare ones . Functional gene clustering also occurs in eukaryotes, from yeasts to filamentous fungi, mammals, nematodes, and plants . The members of these eukaryotic gene clusters contribute to a common function but do not usually share sequence similarity. These gene clusters therefore represent functional gene organizations with operon-like features (physical clustering and co- regulation), although the genes are not usually transcribed as a single mRNA as is the case in prokaryotes. This article reviews facets of genome organization in prokaryotes and eukaryotes that are of relevance for understanding the significance of the establishment, maintenance, and dissipation of functional gene clusters and the evolutionary forces that shape genome architecture . The term ‘‘operon’’ was coined by Jacob and Monod , who characterized the first defined classical operon, the lac operon, in Escherichia coli. The lac operon consists of three structural genes that are required for lactose utilisation, lacZ, lacY, and lacA .

چکیده

اپرون (خوشه های ژن های کنترل شده با توابع مرتبط) ویژگی های مشترک ژنوم باکتریایی هستند. اخیرا خوشه بندی ژنهای عملکردی در یوکاریوتها، از مخمرها تا قارچهای گیاهی، گیاهان و حیوانات گزارش شده است. خوشه ژنی می تواند شامل ژن های پارالوگ باشد که به احتمال زیاد بوسیله تکثیر ژن ایجاد می شود. با این حال، در حال حاضر نمونه های بسیاری از خوشه های ژی یوکاریوتی وجود دارد که حاوی ژن های وابسته به عملکرد، اما غیر همولوگ هستند و نشان دهنده سازمان های عملکردی ژن با ویژگی های اپورون (خوشه بندی فیزیکی و هماهنگی) هستند. این شامل خوشه های ژنی برای استفاده از منابع مختلف کربن و نیتروژن در مخمر، برای تولید آنتی بیوتیک ها، سموم و عوامل تعیین کننده ویروسی در قارچ های رشته ای، برای تولید ترکیبات دفاعی در گیاهان و برای ایمنی ذاتی و انعطاف پذیر در حیوانات (محل اصلی بافت سازگاری ) هدف از این مقاله بررسی خصوصیات خوشه های خوشه ای عملکردی در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها و اهمیت خوشه بندی برای عملکرد موثر است.

مقدمه

اپرون (خوشه های ژن های تنظیم شده با توابع مرتبط) یکی از ویژگی های شناخته شده ژنوم پروکاریوتی است. ژنومهای آرکه ای و باکتری معمولا حاوی تعداد کمی از اپرون های بسیار محافظت شده و تعداد زیادی از موارد منحصر به فرد یا نادر هستند. خوشه بندی ژن های کاربردی در اواکریت ها، از مخمر ها به قارچ های رشته ای، پستانداران، نماتدها و گیاهان رخ می دهد. اعضای این خوشه های ژنی یوکاریوتی به یک عملکرد مشترک کمک می کنند، اما به طور معمول شباهت سری را به اشتراک نمی گذارند. به این ترتیب، این خوشه های ژنی، سازمان های عملکردی ژن را با ویژگی های اپون مانند (خوشه بندی فیزیکی و هماهنگی تنظیم) نشان می دهند، گرچه ژن ها معمولا به عنوان یک mRNA تک رونویسی نمی شوند همانند پروکاریوت ها. این مقاله بررسی جنبه های سازمان ژنوم در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها است که برای درک اهمیت ایجاد، نگهداری و از بین بردن خوشه های ژنی کاربردی و نیروهای تکاملی که معماری ژنوم را تشکیل می دهند، اهمیت دارد. واژه “اپون” توسط یعقوب و مونود تهیه شده بود که اولین اپون کلاسیک، اپن لاک را در Escherichia coli مشخص کرد. اپرا لاک شامل سه ژن ساختاری است که برای استفاده از لاکتوز، lacZ، lacY و lacA مورد نیاز است.

Year: 2009

Publisher : BIRKHAa¨USER

By : Anne E. Osbourn Æ Ben Field