en bioinformatisk genjakt i - leijonhufvud · 2010-09-22 · 1. hämta data från biologiska...
TRANSCRIPT
1
I den här aktiviteten kan en elev självständigt undersöka det mänskliga genomet
genom att hämta information från databaser på nätet. Hon kommer att undersöka
likheter och skillnader mellan kromosomer hos människa och andra arter.
Det här materialet är ett förslag. Du som lärare kan säkert komma på både
utvecklingar och förbättringar. Meddela gärna mig på [email protected] isåfall.
Målet för den här aktiviteten är att en elev skall kunna:
1. hämta data från biologiska databaser
2. använda olika bioinformatiska nätbaserade verktyg
3. jämföra genom från olika organismer
4. använda bioinformatikverktyg för att stadera molekylärevolution och fylogeni.
Det här materialet har skapats av CusMiBio, Centre of the University and School of Milan for Bioscience Education och presenterades på Science on Stage 2 i Grenoble 2007.
Det är översatt och anpassat av Per Kornhall, Vasaskolan Gävle, [email protected].
Hemsida för CusMiBio: www.cusmibio.unimi.it
En bioinformatisk genjakt I
-jämförelser av olika arters genom
2
Kromosomsurfa på nätet!
Aktivitet 1. Hitta data och fyll i tabellen.
Börja med att gå till: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
Genomes/ 1
På den här sidan kan du hitta länkar till genomsekvenser
från olika däggdjur och andra djurarter likväl som
växter och bakterier. Du väljer på högersidan den
organism du vill studera. Klicka på M (för översikt) eller
P (för Genomprojekt) för att hitta den information du
behöver för att fylla i tabellen nedan för schimpans (Pan
troglodytes), mus (Mus musculus), hund (Canis
familiaris), kyckling (Gallus gallus), jäst
(Saccharomyces cerevisiae), bananfluga (Drosophila
melanogaster) och backtrav (Arabidopsis thaliana).
Människa Schimp. Mus Kyckl. Hund Jäst Banafl ARABIDOPSISKromosomnummer
Sexkromosomer
Genomstorlek
Antal gener *
* För att fylla i den här rden behöver du gå till: http://www.ensembl.org/
Frågor:
• Vad kan man säga om antalet kromosomer hos människa och schimpans?
• Bestäms kön av x och y kromosomer hos alla arter i tabellen?
1 Det finns också alternativa webbsidor till exempel: Ensembl (http://www.ensembl.org som du kommer att använda senare) och UCSC Genome Browser (http://genome.ucsc.edu/cgi-bin/hgGateway, skapad och underhållen av Genome Bioinformatics Group of UC Santa Cruz, California University)
3
Aktivitet 2. Jämför olika arters genom
Gå till Ensembl2 http://www.ensembl.org. På den här sidan hittar du länkar till genomsekvenser av
olika däggdjur och andra djur. Ensembl redovisar i första hand djursekvenser eftersom är mer lika
människo-sekvenser och kan användas som modeller för att förstå mänsklig biologi och mänskliga
sjukdomar.
Tryck på länken för människa, Homos sapiens, i högerspalten så kommer det upp en sida (http://
www.ensembl.org/Homo_sapiens/) med information om det mänskliga genomet:
2 Ensembl (namnet kommer från “ensemble” och “EMBL” förkortningen för European Molecular Biology Laboratory) är ett samarbetsprojekt mellan EMBL, European Bioinformatics Institute (EBI) och Wellcome Trust Sanger Institute (WTSI).
4
Till höger på sidan kan du läsa att det finns 3 093 120 360
baspar, och 21 662 Known Protein-coding Genes =
kända protein-kodande gener och 1 064 Novel genes =
nya gener. De sistnämnda är gener vars funktion man
ännu inte känner men som troligtvis kodar för proteiner.
Det enda sätt man kan ta reda på om de är proteinkodande
eller inte, är genom experiment. Pseudogener till exempel
är icke-funktionella släktingar till fungerande gener som
har förlorat sin proteinkodande förmåga. De kan ha andra
funktioner men räknas ändå som ickefunktionella på
grund av sin brist på proteinkodande förmåga, en brist
orsakad av olika typer av mutationer.
Till vänster på sidan kan du se bilder på de 22 autosomala och de två köns-kromosomerna (X och
Y). MT står för mitokondriellt DNA. De svarta linjerna på kromosomerna kallas för band. Dessa
områden har avvikande fysikaliska egenheter och mörkfärgas när kromosomerna behandlas med
olika färgämnen. Banden användes tidigare som referenspunkter på kromosomerna. De ger alldeles
för grov upplösning när man vill studera enskilda gener så numera man använder man mera andra
sätt att dela in kromosomerna på.
Om du nu går tillbaka till startsidan och klickar på Mus musculus så kommer du istället att hitta
musens kromosomer med deras bandmönster. Du kan göra detsamma för andra arter.
5
Gå nu tillbaka till Ensembl-hemsidan och till Homo sapiens-sidan så skall vi titta närmare på en
mänsklig kromosom. Klicka på bilden på kromosom 1
(http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/mapview?
chr=1). Du får nu upp en förstorad bild över
kromosomen med en massa ny information. Kolumnen
till vänster visar gene density = “gentäthet”, det vill
säga hur många gener det finns i varje region (Kom
ihåg att det är bara små delar av genomet som
innehåller gener). Den röda delen visar förhållandet
mellan antalet kända och förutsagda gener. Notera att
det finns områden med många gener och områden
nästan utan. Nästa kolumn visar procenandelen
repeterade sekvenser och i rött procentandelen av
kvävebaserna G och C (GC). Den blå kolumnen visar
fördelningen av Single Nucleotide Polymorphism
(SNPs) (den typ av DNA som används vid kriminaltekninska analyser). Längst till höger finns en
bild på kromosomen med bandningsmönster och positioner.
På höger sida så kan du hitta annan information
om den här kromosomen.
Det finns till exempel 2146 “Known Protein-
coding Genes”, och 54 Novel Protein-Coding
genes, på kromosom 1.
Men nu vill vi gå vidare och jämföra den här
kromosomen med andra djurs kromosomer. Var
finns samma genetiska material hos andra djur?
6
Det skall du få undersöka genom ett fenomen som kallas chromosome
synteny vilet betyder hur gener sitter tillsammans i olika regioner.
Beroende på vilken art man studerar så visar de här regionerna olika
nivåer av konservering, dvs. hur de är bevarade genom evolutionen.
Närbesläktade arter kommer att likna varandra mer. För att jämföra
synteni mellan olika mänskliga kromosomer med andra arters
kromosomer så går du till den övre vänstra delen av skärmbilden till
fältet “View Chr1 synteny”, välj där “vs Mouse” i pop-up-menyn.
Följande sida kommer då att öppnas:
http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/syntenyview?otherspecies=Mus_musculus;chr=1
På bilden som dyker upp kan du se att generna som finns på den
mänskliga kromosomen nr 1 (i mitten) är fördelade på 8 olika
kromosomer hos musen (1, 3, 4, 5, 6, 8, 11 och 13). Men du kan
också se att hela gruper av gener sitter tillsammans på dessa
kromosomer något de måste ha gjort också hos en ursprunglig
gemensam förfader.
Gå tillbaka och byt kromosom till X-kromosomen och gör
samma jämförelse. Här finns alla gener bevarade på samma
kromosom, och det är så hos alla däggdjur. Det här beror på att
X-kromosomen som finns bara en hos hannar och två hos honor är väldigt viktig för
könsbestämningen och därför har evolutionen bevarat
strukturen här.
Hos honor är en av de två X-kromosomerna inaktiv
och skulle några gener flytta över till andra
kromosomer skulle kanske inte könsbestämningen
längre fungera.
Om du istället jämför med chicken, kyckling så kan
du se att det inte alls blir samma bild. Vad beror det
på? Hur bestäms könet hos fåglar?
7
Som du redan har sett så har schimpanser en extra kromosom jämfört med människan. Det verkar
troligt att anta att en av människans kromosomer därför är en sammanslagning, en fusion, mellan
två av schimpansens kromosomer. Men vilken/vilka?
För att se hur det kan ha gått till gå till den mänskliga kromosomen nr. 2 och view chromosome 2
synteny och jämför. Du kommer att upptäcka att vår kromosom 2 kommer från en sammanslagning
av Schimpansens kromosomer 2A och 2B.
Om du jämför mellan alla andra mänskliga kromosomer och schimpans så kommer du att upptäcka
att alla andra kromosomer är väldigt lika mellan schimpans och människa. Man kan alltså dra
slutsatsen att ju närmare två arter är släkt, dvs, ju kortare tid som förflutit sedan de skildes åt i
evolutionen desto mer lika är deras genom. Evolutionen avspeglar sig i kromosomerna.