Estudio sobre la correlación entre el genoma del cloroplasto y el ADN del cloroplasto

La característica del genoma del cloroplasto es que genes con funciones iguales o relacionadas forman una estructura de operón compuesta. Esta característica es beneficiosa para la expresión y regulación de genes del cloroplasto. Por ejemplo, el operón rpoB-rpoC-rpoC 2 está compuesto por genes que codifican varias subunidades de la ARN polimerasa, mientras que el operón psbI-psbK-psbD-psbC codifica parte de la proteína PSII. Regulación de la expresión génica en el genoma del cloroplasto. Regulación del nivel de transcripción. Regulación y modificación postranscripcional. El establecimiento de un sistema de transformación genética para el genoma nuclear y el genoma del cloroplasto de Chlamydomonas reinhardtii y el aislamiento de muchos mutantes defectuosos en la vía fotosintética proporcionan un sistema modelo muy útil para estudiar la regulación postranscripcional. Los análisis genéticos indican que el procesamiento y la edición del ARN son factores que afectan la regulación postranscripcional de la expresión del gen del cloroplasto. Ajuste del nivel de traducción. La regulación a nivel de traducción puede permitir que los organismos se adapten rápidamente a las condiciones ambientales externas, especialmente para genes altamente expresados. Cuando las condiciones ambientales son desfavorables, los niveles de traducción se pueden ajustar rápidamente, reduciendo así el consumo de energía metabólica. Los niveles de ARN y el metabolismo de los orgánulos influyen en la traducción de las proteínas del cloroplasto, posiblemente a través de la transfosforilación de proteínas ribosómicas. Ajustes y revisiones posteriores a la traducción. Clorofila codificada por plastidios. Durante el proceso de proliferación de cada célula Yuan Ye, la información posicional determina el destino de la célula. Por lo tanto, el desarrollo de cloroplastos en diferentes células, como las células del mesófilo, las células corticales y las células protectoras, se ajusta mediante la regulación de la estabilidad, el empalme, la traducción y la estabilidad de las proteínas del ARN, lo que sugiere que los genes nucleares pueden controlar los codificados por el núcleo y los plastidios y, en última instancia, Genes de proteínas ensamblados en complejos. Cuando se desarrollan en hojas, los genes nucleares se expresan diferencialmente en diferentes tipos de células. La información posicional en diferentes células conduce a la expresión celular específica de genes nucleares y de plástidos a través de diferentes mecanismos reguladores de genes. Finalmente, las células de las hojas entran en la fase de senescencia al cerrar la expresión de genes que codifican proteínas del cloroplasto y genes nucleares. La regulación de la expresión génica se compone de una serie de mecanismos reguladores complejos. Diferentes mecanismos reguladores pueden regular genes específicos bajo ciertas condiciones, y diferentes estrategias regulatorias pueden permitir que diferentes plantas se adapten a sus propias condiciones de vida. Por ejemplo, la luz, la temperatura, el agua y las condiciones nutricionales pueden regular las actividades metabólicas de las plantas. Además de los factores ambientales mencionados anteriormente, también implica la regulación de la transcripción y postranscripción, traducción y modificación postraduccional del gen del cloroplasto, la regulación de la transcripción y traducción del gen del cloroplasto por genes nucleares y la regulación de la expresión de proteínas plástidas por señales producidas por los plastidios. Por lo tanto, es difícil encontrar patrones fijos de expresión de genes de cloroplastos. En estudios futuros, el área de investigación más probable será cómo interactúan los genomas nuclear y plástido en el desarrollo de los plástidos.

Estudio comparativo de genomas de cianobacterias y cloroplastos: los cloroplastos en cianobacterias procarióticas y plantas eucariotas (incluidas otras algas) realizan la fotosíntesis emitiendo oxígeno, proporcionando alimento, oxígeno, energía y materias primas para los humanos y el mundo biológico entero. . Al analizar la estructura celular y las características biológicas moleculares de los cloroplastos y las cianobacterias, se demostró que los cloroplastos eucariotas pueden haberse originado a partir de endófitos de ancestros cianobacterianos. Esto ha convertido a las cianobacterias en el organismo modelo para la investigación de la fotosíntesis durante más de 20 años. El mapeo y secuenciación de genomas de cianobacterias fue iniciado en 1994 por un equipo de investigación dirigido por el Dr. Tabata del Instituto de Investigación de ADN Wasa en Japón y finalizado en 1996. Recientemente, básicamente han completado la determinación de la secuencia completa de Anabaena. PCC7120. El tamaño del genoma de Synechocystis 6803 es de 3.573.470 pb y contiene 3168 genes potenciales que codifican proteínas, lo que representa el 87% de todo el genoma. Su densidad genética es de 1,1 kb/gen y la longitud promedio del producto de expresión génica es de 326 residuos de aminoácidos, que son datos típicos de los genomas bacterianos. Entre 3168 genes potenciales, 1416 genes (45%) son similares a genes conocidos y 1752 genes (55%) requieren identificación. Entre los 1416 genes conocidos, se pueden dividir en 15 categorías según sus funciones biológicas, de las cuales 131 están relacionados con la fotosíntesis y la respiración, 24 están relacionados con la transcripción y 144 están relacionados con la traducción. Al comparar 10 proteínas fotosintéticas del cloroplasto y proteínas en el metabolismo fotosintético con cianobacterias, se encontró que cuanto mayor es la diferencia evolutiva, peor es la identidad de diferentes genes, por ejemplo, la identidad del mecanismo fotosintético es alta, pero; la identidad de los genes que codifican el metabolismo fotosintético es pobre. Entre las proteínas que codifican la maquinaria fotosintética, las proteínas de los centros de reacción del fotosistema I y II tienen una identidad relativamente buena.

Lo que tenemos que hacer ahora es cómo explicar por qué la mayoría de los genes se perdieron desde la evolución de las cianobacterias hasta la evolución de los cloroplastos, por qué existen tales diferencias en las identidades de las proteínas retenidas en la evolución de los cloroplastos y si podemos inspirarnos en ellas. diferencias?Modificar genes para mejorar la eficiencia fotosintética.