Институт генетики и цитологии Национальной Академии Наук Белоруссии
- 494 стр. - 2003 г.
Книга посвящена проблемам молекулярной генетики пластид и митохондрий, особенностям функционирования их геномов в клетке, взаимодействию генетических систем ядра и цитоплазмы. В монографии отражен целый мир новых концепций и представлений внеядерной генетики, бурно развивающейся в последние 20 лет.
Адресуется ученым, работающим в различных отраслях генетики и молекулярной биологии клетки, аспирантам и студентам соответствующего профиля. Может быть полезна специалистам в области биотехнологии, медицины и селекции.
Содержание:
Предисловие
Глава
1. Особенности наследования клеточных органелл. Гены органелл не подчиняются законам Менделя
Множественность органельных геномов и случайное распределение органелл в клетке создает предпосылки для соматической сегрегации генов органелл
Передача органелл и органельных генов в половом процессе
Материнское наследование органелл
Двуродительское наследование органелл
Отцовское наследование
Определение характера наследования органелл
Клеточные механизмы контроля передачи органелл
Цитологические механизмы передачи пластид через половые клетки
Дегенерация пластид
Исключение органелл из мужских половых клеток
Цитологические механизмы передачи пластид материнского растения в зиготу
Генетика наследования органелл
Литература
Глава
2. Генетическая система пластид
Краткая история обнаружения ДНК в пластидах
Методы световой микроскопии
Электронная микроскопия
Авторадиографические исследования
Исследование изолированных пластид
Особенности пластидной ДНК
Нуклеотидный состав
Конфигурация
Размер и плоидность генома
Нуклеоид — пластидное "ядро"
Первичная структура пластидной ДНК растений
Хлоропластные гены — идентификация и локализация
Пластидные гены — "генетические" и фотосинтетические
Гены, контролирующие формирование генетического аппарата пластид
tlФотосинтетические " гены пластид
Гены NADH-дегидрогеназы
Литература
Глава
3. Регуляция экспрессии генома пластид
Деление пластид и репликация пластидной ДНК
Транскрипция пластидных генов
Хлоропластные промоторы
Белковые факторы контролируют активность промоторов
РНК-полимер азы пластид
Ядерная РНК-полимераза пластид
Регуляция транскрипции
Промоторы, регуляторные белки, конформация ДНК
Метилирование ДНК и транскрипция
Между транскрипцией и трансляцией
Накопление пластидной мРНК контролируется онтогенетическими программами и факторами среды
Процессинг и стабильность РНК молекул
Интроны пластидных генов
Сплайсинг
Экспрессия пластидных генов — трансляционный и посттрансляционный контроль
Регуляция трансляции
Транс-факторы инициации трансляции кодируются ядром
Свет активирует трансляцию фотосинтетических белков пластид
Посттрансляционный контроль экспрессии пластидных генов
Литература
Глава
4. Митохондриальный геном растений — организация и экспрессия
Организация молекул митохондриальной ДНК растений
Митохондриальные плазмиды
Репликация митохондриального генома растений
Гены митохондрий
Интроны митохондриальных генов
Экспрессия митохондриальных генов
Транскрипция митохондриальных генов растений и ее регуляция
Промоторы
РНК-полимераза
ДНК-связывающиеся регуляторные белки в митохондриях растений
Регуляция транскрипции
Посттранскрипционная регуляция экспрессии генома митохондрий растений
Сплайсинг митохондриальных интронов растений
3'-процессинг транскриптов
Полиаденилирование мРНК митохондрий, деградация митохондриальных РНК-матриц
Трансляция митохондриальных генов растений
Литература
Глава
5. Организация митохондриального генома грибов
Митохондриальный геном дрожжей
Митохондриальная ДНК дрожжей — кольцевая или линейная?
Размер и нуклеотидный состав митохондриальных геномов дрожжей
Гены, кодируемые митохондриальной ДНК дрожжей
Рекомбинации митохондриального генома дрожжей
Митохондриальный геном Neurospora
Митохондриальные плазмиды Neurospora
Геномы митохондриальных плазмид Neurospora
Аномалии митохондриального генома и старение
Транскрипция митохондриальных генов и ее регуляция
Митохондриальная РНК-полимер аза Saccharomyces
Регуляция транскрипции
РНК-процессинг
РНК-сплайсинг
Регуляция трансляции митохондриального генома дрожжей
Белки ядерного кодирования —регуляторы трансляции митохондрий
Литература
Глава
6. Организация митохондриального генома животных
Гены митохондриальных ДНК животных — "уплотненная" организация
Гены рибосомальных и транспортных РНК
Гены белков митохондрий
Область D-петли и репликация митохондриальной ДНК
Митохондриальная ДНК-полимераза
Инициация транскрипции на LSP-промоторе
Процессинг РНК-праймера
Асинхронность репликации Н- и L-цепей митохондриальной ДНК
Регуляция репликации митохондриальной ДНК с помощью специфических белковых факторов
Транскрипция митохондриальных генов
Процессинг митохондриальных транскриптов
Митохондриальный геном человека
Литература
Глава
7. Происхождение клеточных органелл. Теория симбиоза
Ближайшие родственники митохондрий — а-протеобактерии
Митохондриальный геном Reclinomonas americana — бактериальный геном "в миниатюре"
Эволюционные изменения "генетической компетентности" митохондрий
Гипотезы происхождения митохондрий
Водородная гипотеза происхождения первых эукариот
Митохондриальный геном простейших — бесконечное разнообразие
Происхождение пластид, особенности эволюции пластидных геномов
Эндосимбиоз и первичные пластиды
Пигменты и общий предок пластид
Пластиды и повторные эндосимбиозы
Нуклеоморфы — "пластидные ядра"
Геномы облигатных внутриклеточных паразитов и нуклеоморфы
Зеленое животное Elysia chlorotica — уникальный симбиоз
Литература
Глава
8. Перемещение органельных генов в ядро. Взаимодействие клеточных геномов
Редукция органельных геномов
Изменение локализации органельных генов
Механизм переноса органельных генов в ядро
Экспрессия транслоцированных генов
Происходит ли обратный перенос генов из ядра в органеллы?
Почему гены органелл переносятся в ядро?
Взаимодействие геномов ядра и органелл
Контроль ядра за делением и развитием хлоропластов
Ядерные гены, необходимые для синтеза специфических белков пластид
Пластиды и регуляция экспрессии ядерных генов
Взаимодействие геномов ядра и митохондрий у дрожжей
Митохондрии регулируют экспрессию ядерных генов
Взаимодействие геномов ядра и митохондрий у растений
Импорт белков в митохондрии
Внутриклеточное распределение ферментов — механизмы регуляции
Литература
Глава
9. Изменение генетической структуры органелл. Мутации спонтанные и индуцированные
Спонтанные мутации органельных геномов
Горячие точки при структурных реорганизациях органельных геномов
Происхождение малых повторов и возможность обратной транскрипции в органеллах
Индуцированные мутации органельных геномов
Индукция органельных мутаций химическими мутагенами
Локализация органельных мутаций chlorinay подсолнечника
Идентификация первичных изменений в органельных ДНК при точечных мутациях
Мутации органельных геномов, индуцированные ядерными генами-мутаторами
Культивирование растений in vitro и мутации органельных ДНК
Литература
Глава
10. РНК-редактирование: генетическая информация корректируется после транскрипции
Редактирование митохондриальной мРНК кинетопластных простейших
Механизм редактирования кинетопластной мРНК
Эдитинг митохондриальной мРНК плесневого гриба Physarum polycephalum
Эдитинг митохондриальных мРНК растений
Ферменты эдитинга митохондриальных мРНК растений и его специфичность
Эдитинг некодирующих участков транскриптов митохондрий
Эдитинг и посттранскрипционные процессы
Эдитинг и продукты экспрессии
Редактирование структурных РНК
Эдитинг хлоропластных мРНК растений
Редактирование в хлоропластах, процессинг и трансляция
Специфичность эдитинга мРНКхлоропластов
Ферменты эдитинга пластидных мРНК
Сходство пластидных и митохондриальных систем РНК-эдитинга у растений
Происхождение и эволюция РНК-редактирования
Литература
Глава
11. Молекулярно-генетическая природа цитоплазматической мужской стерильности растений
Происхождение ЦМС-растений и ядерных генов-восстановителей фертильности
ЦМС и клеточные органеллы
Химерные гены в митохондриях и происхождение ЦМС
Экспрессия ЦМС-генов в митохондриях
Транскрипция локусов, связанных с ЦМС
РНК-эдитинг и ЦМС
Трансляция ЦМС-генов
Ядерные гены-восстановители фертильности: механизм действия
Эффект генов Rfna митохондриальный геном
Эффект генов Rfna экспрессию ЦМС-локусов
Эффект генов Rfna посттрансляционную регуляцию
Эффект генов Rfna РНК-редактирование
Гены Rf— клонирование in vitro
ЦМС у пшеницы: ядерно-плазменный конфликт
Природа дефектов, возникающих при ЦМС
ЦМС и апоптоз
Литература
Глава
12. Ядерно-плазменные химеры и моделирование растительной клетки
Реципрокные гибриды, алло- и изоплазматические линии
Ядерно-цитоплазматический гетерозис —реальность или иллюзия?
Геном какой органеллы важнее?
Гибридизация путем слияния протопластов — моделирование ядерно-плазменных клеточных химер in vitro
Сегрегация органелл у соматических гибридов
Рекомбинация органельных ДНК у соматических гибридов
Соматическая гибридизация и замещение клеточных органелл у животных
Литература
Глава
13. Направленная трансформация — моделирование органельных геномов. Инвертированная генетика ("генетика наоборот")
Генетическая трансформация органелл
Направленная трансформация хлоропластов
Стабильность трансформированных хлоропластов
Метод трансформации пластома — подход к проблемам цитоплазматической генетики
Транспластомныерастения перспективнее трансгенных
Метод трансформации пластома и задачи биотехнологии
Направленная трансформация органелл и внутриклеточное перераспределение генов
Инвертированная генетика — новое направление науки о генах
Инвертированная генетика и функция неизвестных пластидных генов
Литература
Глава
14. Митохондриальный геном человека и проблемы медицинской генетики
Особенности митохондриальной генетики и проявление патологий
Крупные делеции и дупликации митохондриальных ДНК человека
Множественные делеции. Истощение митохондриальной ДНК
Точечные мутации митохондриальных ДНК
Мутации генов рибосомальных РНК
Мутации генов транспортных РНК
Мутации белок-кодирующих генов
Митохондриальная ДНК — мишень для мутаций и дисфункций
Патологии с неустановленными причинами митохондриальных дисфункций
Митохондриальный геном и канцерогенез
Митохондриальный геном и старение
Мутации митохондриалъного генома и старение
Митохондриальный геном и апоптоз
Литература
Заключение
Перечень основных публикаций сотрудников лаборатории нехромосомной наследственности (1980—2002 гг.)
Книга посвящена проблемам молекулярной генетики пластид и митохондрий, особенностям функционирования их геномов в клетке, взаимодействию генетических систем ядра и цитоплазмы. В монографии отражен целый мир новых концепций и представлений внеядерной генетики, бурно развивающейся в последние 20 лет.
Адресуется ученым, работающим в различных отраслях генетики и молекулярной биологии клетки, аспирантам и студентам соответствующего профиля. Может быть полезна специалистам в области биотехнологии, медицины и селекции.
Содержание:
Предисловие
Глава
1. Особенности наследования клеточных органелл. Гены органелл не подчиняются законам Менделя
Множественность органельных геномов и случайное распределение органелл в клетке создает предпосылки для соматической сегрегации генов органелл
Передача органелл и органельных генов в половом процессе
Материнское наследование органелл
Двуродительское наследование органелл
Отцовское наследование
Определение характера наследования органелл
Клеточные механизмы контроля передачи органелл
Цитологические механизмы передачи пластид через половые клетки
Дегенерация пластид
Исключение органелл из мужских половых клеток
Цитологические механизмы передачи пластид материнского растения в зиготу
Генетика наследования органелл
Литература
Глава
2. Генетическая система пластид
Краткая история обнаружения ДНК в пластидах
Методы световой микроскопии
Электронная микроскопия
Авторадиографические исследования
Исследование изолированных пластид
Особенности пластидной ДНК
Нуклеотидный состав
Конфигурация
Размер и плоидность генома
Нуклеоид — пластидное "ядро"
Первичная структура пластидной ДНК растений
Хлоропластные гены — идентификация и локализация
Пластидные гены — "генетические" и фотосинтетические
Гены, контролирующие формирование генетического аппарата пластид
tlФотосинтетические " гены пластид
Гены NADH-дегидрогеназы
Литература
Глава
3. Регуляция экспрессии генома пластид
Деление пластид и репликация пластидной ДНК
Транскрипция пластидных генов
Хлоропластные промоторы
Белковые факторы контролируют активность промоторов
РНК-полимер азы пластид
Ядерная РНК-полимераза пластид
Регуляция транскрипции
Промоторы, регуляторные белки, конформация ДНК
Метилирование ДНК и транскрипция
Между транскрипцией и трансляцией
Накопление пластидной мРНК контролируется онтогенетическими программами и факторами среды
Процессинг и стабильность РНК молекул
Интроны пластидных генов
Сплайсинг
Экспрессия пластидных генов — трансляционный и посттрансляционный контроль
Регуляция трансляции
Транс-факторы инициации трансляции кодируются ядром
Свет активирует трансляцию фотосинтетических белков пластид
Посттрансляционный контроль экспрессии пластидных генов
Литература
Глава
4. Митохондриальный геном растений — организация и экспрессия
Организация молекул митохондриальной ДНК растений
Митохондриальные плазмиды
Репликация митохондриального генома растений
Гены митохондрий
Интроны митохондриальных генов
Экспрессия митохондриальных генов
Транскрипция митохондриальных генов растений и ее регуляция
Промоторы
РНК-полимераза
ДНК-связывающиеся регуляторные белки в митохондриях растений
Регуляция транскрипции
Посттранскрипционная регуляция экспрессии генома митохондрий растений
Сплайсинг митохондриальных интронов растений
3'-процессинг транскриптов
Полиаденилирование мРНК митохондрий, деградация митохондриальных РНК-матриц
Трансляция митохондриальных генов растений
Литература
Глава
5. Организация митохондриального генома грибов
Митохондриальный геном дрожжей
Митохондриальная ДНК дрожжей — кольцевая или линейная?
Размер и нуклеотидный состав митохондриальных геномов дрожжей
Гены, кодируемые митохондриальной ДНК дрожжей
Рекомбинации митохондриального генома дрожжей
Митохондриальный геном Neurospora
Митохондриальные плазмиды Neurospora
Геномы митохондриальных плазмид Neurospora
Аномалии митохондриального генома и старение
Транскрипция митохондриальных генов и ее регуляция
Митохондриальная РНК-полимер аза Saccharomyces
Регуляция транскрипции
РНК-процессинг
РНК-сплайсинг
Регуляция трансляции митохондриального генома дрожжей
Белки ядерного кодирования —регуляторы трансляции митохондрий
Литература
Глава
6. Организация митохондриального генома животных
Гены митохондриальных ДНК животных — "уплотненная" организация
Гены рибосомальных и транспортных РНК
Гены белков митохондрий
Область D-петли и репликация митохондриальной ДНК
Митохондриальная ДНК-полимераза
Инициация транскрипции на LSP-промоторе
Процессинг РНК-праймера
Асинхронность репликации Н- и L-цепей митохондриальной ДНК
Регуляция репликации митохондриальной ДНК с помощью специфических белковых факторов
Транскрипция митохондриальных генов
Процессинг митохондриальных транскриптов
Митохондриальный геном человека
Литература
Глава
7. Происхождение клеточных органелл. Теория симбиоза
Ближайшие родственники митохондрий — а-протеобактерии
Митохондриальный геном Reclinomonas americana — бактериальный геном "в миниатюре"
Эволюционные изменения "генетической компетентности" митохондрий
Гипотезы происхождения митохондрий
Водородная гипотеза происхождения первых эукариот
Митохондриальный геном простейших — бесконечное разнообразие
Происхождение пластид, особенности эволюции пластидных геномов
Эндосимбиоз и первичные пластиды
Пигменты и общий предок пластид
Пластиды и повторные эндосимбиозы
Нуклеоморфы — "пластидные ядра"
Геномы облигатных внутриклеточных паразитов и нуклеоморфы
Зеленое животное Elysia chlorotica — уникальный симбиоз
Литература
Глава
8. Перемещение органельных генов в ядро. Взаимодействие клеточных геномов
Редукция органельных геномов
Изменение локализации органельных генов
Механизм переноса органельных генов в ядро
Экспрессия транслоцированных генов
Происходит ли обратный перенос генов из ядра в органеллы?
Почему гены органелл переносятся в ядро?
Взаимодействие геномов ядра и органелл
Контроль ядра за делением и развитием хлоропластов
Ядерные гены, необходимые для синтеза специфических белков пластид
Пластиды и регуляция экспрессии ядерных генов
Взаимодействие геномов ядра и митохондрий у дрожжей
Митохондрии регулируют экспрессию ядерных генов
Взаимодействие геномов ядра и митохондрий у растений
Импорт белков в митохондрии
Внутриклеточное распределение ферментов — механизмы регуляции
Литература
Глава
9. Изменение генетической структуры органелл. Мутации спонтанные и индуцированные
Спонтанные мутации органельных геномов
Горячие точки при структурных реорганизациях органельных геномов
Происхождение малых повторов и возможность обратной транскрипции в органеллах
Индуцированные мутации органельных геномов
Индукция органельных мутаций химическими мутагенами
Локализация органельных мутаций chlorinay подсолнечника
Идентификация первичных изменений в органельных ДНК при точечных мутациях
Мутации органельных геномов, индуцированные ядерными генами-мутаторами
Культивирование растений in vitro и мутации органельных ДНК
Литература
Глава
10. РНК-редактирование: генетическая информация корректируется после транскрипции
Редактирование митохондриальной мРНК кинетопластных простейших
Механизм редактирования кинетопластной мРНК
Эдитинг митохондриальной мРНК плесневого гриба Physarum polycephalum
Эдитинг митохондриальных мРНК растений
Ферменты эдитинга митохондриальных мРНК растений и его специфичность
Эдитинг некодирующих участков транскриптов митохондрий
Эдитинг и посттранскрипционные процессы
Эдитинг и продукты экспрессии
Редактирование структурных РНК
Эдитинг хлоропластных мРНК растений
Редактирование в хлоропластах, процессинг и трансляция
Специфичность эдитинга мРНКхлоропластов
Ферменты эдитинга пластидных мРНК
Сходство пластидных и митохондриальных систем РНК-эдитинга у растений
Происхождение и эволюция РНК-редактирования
Литература
Глава
11. Молекулярно-генетическая природа цитоплазматической мужской стерильности растений
Происхождение ЦМС-растений и ядерных генов-восстановителей фертильности
ЦМС и клеточные органеллы
Химерные гены в митохондриях и происхождение ЦМС
Экспрессия ЦМС-генов в митохондриях
Транскрипция локусов, связанных с ЦМС
РНК-эдитинг и ЦМС
Трансляция ЦМС-генов
Ядерные гены-восстановители фертильности: механизм действия
Эффект генов Rfna митохондриальный геном
Эффект генов Rfna экспрессию ЦМС-локусов
Эффект генов Rfna посттрансляционную регуляцию
Эффект генов Rfna РНК-редактирование
Гены Rf— клонирование in vitro
ЦМС у пшеницы: ядерно-плазменный конфликт
Природа дефектов, возникающих при ЦМС
ЦМС и апоптоз
Литература
Глава
12. Ядерно-плазменные химеры и моделирование растительной клетки
Реципрокные гибриды, алло- и изоплазматические линии
Ядерно-цитоплазматический гетерозис —реальность или иллюзия?
Геном какой органеллы важнее?
Гибридизация путем слияния протопластов — моделирование ядерно-плазменных клеточных химер in vitro
Сегрегация органелл у соматических гибридов
Рекомбинация органельных ДНК у соматических гибридов
Соматическая гибридизация и замещение клеточных органелл у животных
Литература
Глава
13. Направленная трансформация — моделирование органельных геномов. Инвертированная генетика ("генетика наоборот")
Генетическая трансформация органелл
Направленная трансформация хлоропластов
Стабильность трансформированных хлоропластов
Метод трансформации пластома — подход к проблемам цитоплазматической генетики
Транспластомныерастения перспективнее трансгенных
Метод трансформации пластома и задачи биотехнологии
Направленная трансформация органелл и внутриклеточное перераспределение генов
Инвертированная генетика — новое направление науки о генах
Инвертированная генетика и функция неизвестных пластидных генов
Литература
Глава
14. Митохондриальный геном человека и проблемы медицинской генетики
Особенности митохондриальной генетики и проявление патологий
Крупные делеции и дупликации митохондриальных ДНК человека
Множественные делеции. Истощение митохондриальной ДНК
Точечные мутации митохондриальных ДНК
Мутации генов рибосомальных РНК
Мутации генов транспортных РНК
Мутации белок-кодирующих генов
Митохондриальная ДНК — мишень для мутаций и дисфункций
Патологии с неустановленными причинами митохондриальных дисфункций
Митохондриальный геном и канцерогенез
Митохондриальный геном и старение
Мутации митохондриалъного генома и старение
Митохондриальный геном и апоптоз
Литература
Заключение
Перечень основных публикаций сотрудников лаборатории нехромосомной наследственности (1980—2002 гг.)