Víctor Hugo Anaya Munoz Titel:
A theoretical model on the role of lateral gene transfer in the evolution of endosymbiotic genomes Gutachter:
Peter Hammerstein; Hans-Jörg Rheinberger; Daniel Piñero Dalmau Erscheinungsdatum:
05.01.2012 Volltext:
Fachgebiet(e): Endosymbiose, Organellen, Lateraler Gentransfer, Muller-Ratsche
Schlagwörter (eng):
Endosymbiosis, Organelle, Lateral Gene Transfer, Muller''s Ratchet Zitationshinweis:
Anaya Munoz, Víctor Hugo: A theoretical model on the role of lateral gene transfer in the evolution of endosymbiotic genomes;
Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 05.01.2012, urn:nbn:de:kobv:11-100198436 Metadatenexport:
Abstract (ger):
Laterale Gentransfer wurde zuerst von Schwartz und Dayhoff (1978) entdeckt, die es aber als eine Exzentrizität werteten und als solche ignorierten. Später, als mehrere DNS- und Eiweißsequenzen sequenziert und raffiniertere Phylogenien rekonstruiert wurden, hat die Rolle an Relevanz gewonnen, die der laterale (oder horizontale) Gentransfer in der evolutionären Geschichte von lebendigen Organismen gespielt hat. Außerdem existiert auch zwischen Endosymbionten und Zellkernen statt.
Ich habe ein theoretisches Modell entwickelt, das den lateralen Gentransfer zwischen Endosymbionten und dem Zellkern repräsentiert. Das Modell erforscht die Bedeutung des Fehlens von Rekombination in den Organellen (Muller’s Ratchet) sowie Abweichungen von Muller’s Ratchet in Form der non-symmetrical homologous recombination in Gentransfermechanismen. Ich habe zum einen Zellkern-Inkompatibilitäten, die aus der Übertragung eines Gens resultieren, und zum anderen Zyto- und Zellkern-Inkompatibilitäten zwischen den mutierten endosymbiotischen Genomen und dem modifizierten Zellenkern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen die Existenz oder Nicht-Existenz von Rekombination die gleiche Wirkung haben können. Es zeigte sich auch, dass Rekombination, wenn sie vorkommt und wenn sie nicht symmetrisch ist, starke Auswirkungen auf die Allelenfrequenz einer Population haben kann. Es wurde auch klar, dass es eine starke Beziehung zwischen dem Zellkern und endosymbiotischen Genomen gibt, und dass das evolutionäre Schicksal des einen größtenteils von den evolutionären Kräften abhängig ist, die das andere beeinflussen. Wenn man Zellkern- und Cyto-Zellkerninkompatibilitäten in das Modell einführt, dann zeigen die Ergebnisse, dass die Inkompatibilitäten, die der laterale Gentransfer produziert hat, möglicherweise eine ähnliche Rolle im Speziationsmechanismus spielen könnten wie die Inkompatibilitäten zwischen Mitochondrien und Zellkernen in verschiedenen Nasonia-Arten.
Abstract (eng):
Lateral gene transfer has played a key role in the evolution of living beings. This process was first acknowledged in 1978 by Schwartz and Dayhoff but considered a relatively infrequent eccentricity and ignored. Later on, as DNA and protein sequences accumulated and more refined phylogenies were reconstructed, the contribution of lateral (or horizontal) gene transfer to the evolutionary history of living organisms gained relevance. Besides, gene transfer is known to occur not only between independent organisms but also, and more frequently between endosymbionts including eukaryotic organelles.
I developed a theoretical model to study the lateral gene transfer process between cell organelles (but extendible to other endosymbionts) and the cell nucleus. The model explores the role of the lack of recombination in the organelles (Muller''s ratchet) as well as deviations from Muller''s ratchet in the form of non-symmetrical homologous recombination in relation with the gene transfer process. Also, nuclear incompatibilities resulting from the inclusion of a transferred gene, and cyto-nuclear incompatibilities between the mutant endosymbiotic genomes and the modified nuclear genome are investigated. The results obtained show that under certain circumstances the existence recombination or its non-existence produce the same results, and that deviations from symmetry in the recombination process might have important effects on the frequency of different alleles. It is also clear that there is a strong relation between nuclear and endosymbiotic genomes, and that the evolutionary fate of one largely depends on the forces affecting the other. When nuclear and cyto-nuclear incompatibilities are introduced in the model, the results show that lateral gene transfer-induced incompatibilities could potentially play a role in the speciation process similar to the one produced by mitochondria in the Nasonia species.
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