Гено́м — совокупность наследственного материала, заключённого в клетке организма.
Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построено из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК.
Существует также и другое определение термина «геном», в котором под геномом понимают совокупность генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида. Когда говорят о размерах генома эукариот, то подразумевают именно это определение генома, то есть размер эукариотического генома измеряют в парах нуклеотидов ДНК или пикограммах ДНК на гаплоидный геном.
У человека (Homo sapiens) наследственный материал соматической клетки представлен 23 парами хромосом (22 пары аутосом и пара половых хромосом), находящихся в ядре, а также клетка обладает множеством копий митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, половые хромосомы Х и Y, митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.
Термин «геном» был предложен Гансом Винклером в 1920 году в работе, посвящённой межвидовым амфидиплоидным растительным гибридам, для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. В Оксфордском энциклопедическом словаре указано, что термин образован слиянием слов «ген» и «хромосома». Однако Джошуа Ледерберг и Алекса T. МакКрэй считают, что ботаник Г. Винклер должен был быть знаком с ботаническими терминами «ризом», «таллом», «трахеом» и т. д. Все эти термины возникли до 20-х годов XX века, и суффикс «-ом» в них означает объединение частей в целое, например, «ризом» означает всю корневую систему растения. Таким образом, «геном» можно понимать как объединение генов в целое.
До недавнего времени термин «геном» использовался в двух смыслах. У эукариот геном соответствовал гаплоидному набору хромосом с локализованными в них генами. В генетике бактерий и вирусов термин «геном» употреблялся для обозначения совокупности наследственных факторов одной хромосомы или группы сцепления прокариот. Позже в генетике бактерий семантика термина «геном» претерпела дрейф в сторону обозначения всей наследственной конституции клетки, включая самые разные внехромосомные факультативные элементы. Постепенно в этом смысле термин «геном» стали употреблять и в генетике эукариот.
Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома, в отличие от генотипа, является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. В настоящее время под «геномом» понимают совокупность наследственного материала отдельного представителя вида, примером может служить международный проект 1000 геномов, целью которого является секвенирование геномов 1000 человек.
Геномы живых организмов — от вирусов до животных — различаются по размеру на шесть порядков: от нескольких тысяч пар оснований до нескольких миллиардов пар оснований. Если исключить вирусы, то для клеточных организмов ширина диапазона составит четыре порядка. По количеству генов диапазон значительно ýже и составляет четыре порядка с нижним пределом 2-3 гена у самых простых вирусов и с верхним значением около 40 тысяч генов у некоторых животных. Если исключить из рассмотрения вирусы и бактерии, которые ведут паразитический или симбиотический образ жизни, то диапазон изменчивости геномов по числу генов становится совсем узким, составляя немногим более одного порядка.
По соотношению размера генома и числа генов геномы могут быть разделены на два чётко выделенных класса:
Геном подавляющего числа прокариот представлен одиночной хромосомой, которая является кольцевой молекулой ДНК. Помимо хромосомы, в клетках бактерий часто находятся плазмиды — также замкнутые в кольцо ДНК, способные к независимой репликации. У ряда бактерий, относящихся к различным филогенетическим группам, обнаружено линейное строение как хромосомы, так и плазмид. Например, геном спирохеты Borrelia burgdorferi, вызывающей болезнь Лайма, состоит из линейной хромосомы и нескольких плазмид, часть из которых имеет также линейное строение.
Геномы большинства прокариот маленькие и компактные, гены плотно упакованы и между ними находится минимальное количество регуляторной ДНК. Геномы почти всех эубактерий и архей содержат от 106 до 107 пар нуклеотидов и кодируют 1000-4000 генов. Многие гены у прокариот организованы в совместно транскрибируемые группы — опероны.
Самыми маленькими геномами у прокариот обладают внутриклеточные симбионты и паразиты, такие как Hodgkinia cicadicola (144 Кб), Carsonella rudii (180 Кб) или Mycoplasma genitalium (580 Кб). Самым большим прокариотическим геномом является геном обитающей в почве бактерии Sorangium cellulosum, размер которого составляет около 13 Мб.
Практически вся генетическая информация у эукариот содержится в линейно-организованных хромосомах, находящихся в клеточном ядре. Внутриклеточные органеллы — митохондрии и хлоропласты — имеют свой собственный генетический материал. Геномы митохондрий и пластид организованы как прокариотические геномы.
Вирусные геномы очень малы. Например, геном вируса гепатита B представляет собой одну двуцепочечную кольцевую ДНК длиной около 3200 нуклеотидов.
Тип организма | Организм | Размер генома (пар оснований) | Примерное число генов | Примечание | Ссылка на Genbank | |
---|---|---|---|---|---|---|
Вирус | Porcine circovirus тип 1 | 1 759 | 1.8 kb | Наименьший известный вирусный геном из способных размножаться в клетках эукариот. | ||
Вирус | Бактериофаг MS2 | 3 547 | 3.5 kb | 4 | Первый расшифрованный РНК-геном, 1976 год | [1] |
Вирус | SV40 | 5 224 | 5.2 kb | Расшифрован в 1978 году. Миллионы людей были инфицированы вирусом SV40, так как в 1960-х годах он содержался в вакцине против вируса полиомиелита. | ||
Вирус | фаг φX174 | 5 386 | 5.4 kb | 9 | Первый расшифрованный ДНК-геном, 1977 год. | |
Вирус | ВИЧ тип 2 | 10 359 | 10.3 kb | 9 | [2] | |
Вирус | лямбда (λ) фаг | 48 502 | 48.5 kb | Часто используется как вектор клонирования рекомбинантной ДНК.
| ||
Вирус | Мегавирус | 1 259 197 | 1.3 Mb | 1120 | До 2013 года — самый длинный из известных вирусных геномов. | |
Вирус | Pandoravirus salinus | 2 470 000 | 2.47 Mb | Самый длинный из известных вирусных геномов. | ||
Бактерия | Nasuia deltocephalinicola (штамм NAS-ALF) | 112 091 | 112 kb | 137 | Наименьший известный невирусный геном. Расшифрован в 2013 году. | |
Бактерия | Carsonella ruddii | 159 662 | 160 kb | |||
Бактерия | Buchnera aphidicola | 600 000 | 600 kb | |||
Бактерия | Wigglesworthia glossinidia | 700 000 | 700 kb | |||
Бактерия | Haemophilus influenzae Гемофильная палочка | 1 830 000 | 1.8 Mb | Первый расшифрованный геном живого организма, июль 1995 Возбудитель гемофильной инфекции. | ||
Бактерия | Escherichia coli | 4 600 000 | 4.6 Mb | 4288 | Наиболее хорошо изученная бактерия — E.Coli. Широко используется в синтетической биологии. Часто применяется совместно с BioBrick. | |
Бактерия | Solibacter usitatus (штамм Ellin 6076) | 9 970 000 | 10 Mb | |||
Бактерия — цианобактерия | Prochlorococcus spp. (1.7 Mb) | 1 700 000 | 1.7 Mb | 1884 | Наименьший из известных геномов цианобактерий (способных к фотосинтезу). Один из морских видов цианобактерий. | |
Бактерия — цианобактерия | Nostoc punctiforme | 9 млн | 9 Mb | 7432 | Многоклеточная цианобактерия | |
Амёба | Polychaos dubium | 670 млрд | 670 Gb | Возможно наибольший из известных геномов среди всех живых организмов Точность измерений размера генома оспаривается | ||
Органелла эукариот | Митохондрия человека | 16 569 | 16.6 kb | |||
Растение | Genlisea tuberosa, плотоядное цветное растение | 61 млн | 61 Mb | Наименьший известный на 2014 год геном цветочного растения. | ||
Растение | Arabidopsis thaliana | 135 млн | 135 Mb | 27655 | Первый расшифрованный геном растения, декабрь 2000. | |
Растение | Populus trichocarpa | 480 млн | 480 Mb | 73013 | Первый расшифрованный геном дерева, сентябрь 2006 | |
Растение | Fritillaria assyrica | 130 млрд | 130 Gb | |||
Растение | Paris japonica (Японское эндемичное растение из рода Вороний глаз) | 150 млрд | 150 Gb | Наибольший из известных геномов растений | ||
Растение — мох | Physcomitrella patens | 480 млн | 480 Mb | Первый из расшифрованных геномов мохообразных, январь 2008. | ||
Гриб — дрожжи | Saccharomyces cerevisiae | 12 100 000 | 12.1 Mb | 6294 | Первый из расшифрованных геномов эукариот, 1996 | |
Гриб | Aspergillus nidulans | 30 млн | 30 Mb | 9541 | ||
Нематода | Pratylenchus coffeae | 20 млн | 20 Mb | . Самый маленький из известных геном животного. | ||
Нематода | Caenorhabditis elegans (C.elegans) | 100 300 000 | 100 Mb | 19000 | Первый из расшифрованных геномов многоклеточного организма, декабрь 1998 | |
Насекомое | Drosophila melanogaster (фруктовая мушка) | 175 млн | 175 Mb | 13767 | Размер зависит от штамма (175-180Mb; стандартный y w штамм 175Mb) | |
Насекомое | Apis mellifera (медовая пчела) | 236 млн | 236 Mb | 10157 | ) | |
Насекомое | Bombyx mori Тутовый шелкопряд | 432 млн | 432 Mb | 14623 | ||
Насекомое | Solenopsis invicta (огненный муравей) | 480 млн | 480 Mb | 16569 | ||
Млекопитающее | Mus musculus (Домо́вая мышь) | 2.7 млрд | 2.7 Gb | 20210 | ||
Млекопитающее | Homo sapiens (человек) | 3,289,000,000 | 3.3 Gb | 19969 | Большая часть расшифрована одновременно Проектом Генома Человека и Celera Genomics Крейга Вентера в 2000 году. Окончательной датой расшифровки считают 2003 год. Кодирующие последовательности составляют лишь 1-3% генома человека. | |
Млекопитающее | Pan paniscus (Бонобо́ или Карликовый шимпанзе) | 3,286,640,000 | 3.3 Gb | 20000 | ||
Рыба | Tetraodon nigroviridis (Иглобрюхая рыба) | 385,000,000 | 390 Mb | Наименьший из известных геномов позвоночных 340 Mb — 385 Mb. | ||
Рыба | Protopterus aethiopicus (Двоякодышащая рыба) | 130,000,000,000 | 130 Gb | Наибольший из известных геномов позвоночных |
((((Genome 1D edit+) or (genome 1D engineer+) or gene) and (DNA or RNA or (double helix)) and (crisp or cas9 or talen or zfn or nucleases or meganucleases or (prime edit+))) NOT (SELECTION OR CROSS+ OR THERAPY OR PHENOTYPE))/TI/AB/CLMS AND PRD >= 2001
This article uses material from the Wikipedia Русский article Геном, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Если не указано иное, содержание доступно по лицензии CC BY-SA 4.0. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Русский (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.