Srovnávací genomika eukaryont

G. M. Rubin a jeho kolegové porovnávali celé sekvence DNA již sekvencovaných genomů kvasinky, červa Caenorhabditids elegans a drozofily. Snažili se odpovědět na otázky, kolik různých proteinů je v těchto organizmech kódováno a jaká část je jich společná s prokaryontním genomem. Jako prokaryontní srovnávací model vybrali Haemophilus influenzae. Porovnávali všechny genové sekvence uvedených genomů a snažili se najít paralogní geny, které kódují velmi podobné proteiny v témže genomu.

Celé rodiny obdobných paralogních genů přítomných v jednom genomu brali badatelé jako jednotky a snažili se dospět k „základnímu proteomu“, tedy k minimálnímu počtu kódovaných typů proteinů. U H. influenzae je celkem 1709 genů kódujících proteiny, z nichž 1247 paralogní geny nemá a 178 rodin má dva nebo více paralogů. V tomto případě jádro proteomu činí 1425 genů. U kvasinek je 6241 kódujících sekvencí a základní proteom má 4383 proteinů. U drozofily je 13601 kódujících sekvencí a základní proteom tvoří 8065 typů proteinů, u červa 18 424 kódujících sekvencí a základní proteom tvoří 9453 typů proteinů. To znamená, že tyto organizmy, které jsou tak odlišných velikostí, mají téměř shodný základní proteom. U drozofily se našlo 177 genů homologních k 289 testovaným lidským genům, jejichž mutace způsobují dědičné odchylky u člověka. Tyto geny drozofily jsou tedy vhodné ke studiu některých základních procesů působících lidské genetické defekty.

Autoři také hledali odpověď na otázku, jakou frakci proteinů mají tři uvedené eukaryontní organizmy společnou, tedy kolik genů mají ortologních. (Za ortologní považovali geny pro takové proteiny různých organizmů, které jsou shodné nejméně v 80 % své délky.) Asi 20 % genů drozofily má ortology u červů i kvasinek. Tyto společné proteiny pravděpodobně ovládají funkce, jež jsou vlastní všem eukaryontům. Asi polovina proteinů drozofily je podobná savčím proteinům, zatímco podobnost mezi proteiny červa a savců je jen asi 36 %. Některé typy proteinů jsou přítomny v každém genomu a ve velmi početných skupinách. Asi 2 % každého proteomu tvoří proteinkinázy. Například drozofila má asi 300 proteinkináz, červ asi 500 a člověk asi 1100.

Mnoho podobností mezi různými eukaryonty se našlo u genů, které ovládají základní buněčné znaky a procesy jako buněčné dělení, tvar buněk, adhezi buněk, apoptózu, polaritu nebo pohyb buněk. Geny, jež určují buněčný cyklus u kvasinek a obratlovců, však ortologní nejsou. Lidský genom, který má asi 80 000 genů, je nejspíš amplifikovanou variantou mnohem menšího genomu a je pravděpodobné, že lidský základní proteom není o mnoho větší než proteom červa nebo drozofily. 30 % proteinů každého organizmu je unikátních, nevyskytuje se u jiných organizmů. Každý genom obsahuje rodiny rychle se vyvíjejících genů, a to i mezi druhy téhož rodu (Drosophila melanogaster a Drosophila virilis). Malé modelové organizmy se stávají zdrojem mnoha zásadních molekulárněgenetických informací. (Science 287, 2204-2215, 2000)