Genom: Hvad er et genom? Definition af arvemasse og DNA
Få klar forståelse af genom: definition, DNA og arvemasse, gener vs. ikke-kodende sekvenser, historik og genetisk variation i kerne-, mitokondrie- og kloroplastgenomer.
En organismes genom er hele dens arvelige information, der er kodet i dens DNA (eller, for visse virussers vedkommende, RNA). Det omfatter både generne og de ikke-kodende sekvenser i DNA'et. Professor Hans Winkler opfandt begrebet i 1920.
Winklers definition lyder i oversættelse således:
"Jeg foreslår udtrykket genom for det haploide kromosomsæt, som sammen med det tilhørende protoplasma specificerer det materielle grundlag for arten ...." p165
Der er imidlertid ikke et enkelt haploidt kromosom sæt, der definerer en arts DNA. På grund af den enorme variation af alleler, som en population har, er hvert enkelt individ genetisk forskelligt. Selv et diploidt individ har en genetisk variation. Derfor foretrak Dobzhansky "kromosomersæt", og definitionen må nu være bredere end Winklers' definition. Genomet i et haploidt kromosomsæt er blot et udsnit af en arts samlede genetiske variation.
Udtrykket "genom" kan specifikt anvendes til at betegne det komplette sæt af kerne-DNA ("kerne-genomet"), men kan også anvendes om organeller, der indeholder deres eget DNA, som f.eks. mitokondriegenomet eller kloroplastgenomet.
Hvad består et genom af?
Et genom indeholder flere typer DNA-sekvenser:
- Proteinkodende gener — sekvenser, der oversættes til proteiner.
- Regulatoriske elementer — promotere, enhancere og andre regioner, som styrer, hvornår og hvor meget et gen udtrykkes.
- Ikke-kodende RNA — fx tRNA, rRNA og forskellige små RNA'er med regulerende funktioner.
- Introns — ikke-kodende segmenter inden for gener hos mange eukaryoter.
- Repetitive elementer og transposoner — gentagne sekvenser, som kan påvirke genomets størrelse og struktur.
Størrelse og eksempler
- Menneskets kerne-genom består af ca. 3,2 milliarder basepar pr. haploid sæt og ca. 20.000–25.000 proteinkodende gener. Diploide celler indeholder to sæt kromosomer (dvs. ~6,4 milliarder basepar totalt).
- Mitokondriegenomet hos mennesker er cirkulært og meget lille — ca. 16,6 kilobaser (kb), og indeholder gener, som er vigtige for cellens energiomsætning.
- Plante-kloroplastgenomer er større, typisk 120–160 kb, og koder bl.a. for proteiner i fotosyntesen.
- Bakterielle genomstørrelser varierer ofte fra 0,5 til 10 megabaser (Mb) — fx har Escherichia coli et genom på omkring 4,6 Mb.
- Virusgenomer kan være meget små (få kilobaser) og kan bestå af RNA eller DNA; fx er SARS-CoV-2 et positivt-sense RNA-genom på ca. 30 kb.
Haploid, diploid og populationsvariation
Begreberne haploid (ét sæt kromosomer) og diploid (to sæt kromosomer) beskriver antallet af kromosomsæt i celler. Winklers oprindelige definition fokuserede på det haploide sæt, men moderne forståelse inkluderer, at en arts samlede genetiske variation findes i populationens mange alleler og genvarianter. Derfor anvender man i dag også begreber som referencegenomet (et repræsentativt sæt sekvenser) og pangenom (den samlede genetiske information i en art, inklusive variationer mellem individer).
Genomets dynamik og evolution
Genomer er ikke statiske. De ændres gennem mutationer, duplikationer, deletioner, gennem krydsning og rekombination ved seksuel formering samt ved horisontal genoverførsel (især hos bakterier). Transposoner og andre mobile elementer kan flytte sig og skabe nye variationer. Over lange tidsskalaer fører disse processer til artsdannelse og biologisk innovation.
Genomforskning og teknikker
Fremkomsten af avancerede sekventeringsteknologier (next-generation sequencing, NGS) har revolutioneret genomforskningen. Centrale begreber og metoder omfatter:
- Helgenomsekventering — aflæsning af hele genomets nukleotidsekvens.
- Genomannotation — identifikation af gener, regulatoriske elementer og funktionelle regioner i en sekvens.
- Metagenomik — sekventering af blandede genomprøver fra miljøer eller mikrobiomer.
- Genomredigering (fx CRISPR) — præcis ændring af DNA-sekvenser i levende celler.
Anvendelser
Viden om genomer har mange praktiske anvendelser:
- Medicin: genetisk diagnose, præcisionsmedicin, kræftgenomik og screening for arvelige sygdomme.
- Landbrug: avl og genetisk forbedring af afgrøder og husdyr, modstandsdygtighed over for sygdomme og klima.
- Retsgenetik: identifikation gennem DNA-profiler.
- Økologi og bevarelse: studier af genetisk mangfoldighed og populationstilstande.
- Forskning i evolution: sammenligning af genomer afslører slægtskab og tilpasningsmekanismer.
Ethiske og sociale overvejelser
Genomanalyser rejser også spørgsmål om privatliv, ejerskab af genetisk information, diskrimination og regulering af genmodifikation. Forskningsresultater og kliniske data kræver ansvarlig håndtering for at beskytte individers rettigheder og sikre retfærdig anvendelse.
Afsluttende bemærkninger
Begrebet genom dækker således både det konkrete DNA- eller RNA-materiale i en celle og den bredere forestilling om en arts samlede genetiske information. Moderne genomforskning udvider løbende vores forståelse af, hvordan arvematerialet er organiseret, varierer i populationer og påvirker biologiske egenskaber.
Genomstørrelser
| Organisme | Genomets størrelse (basepar) | Bemærk |
| Virus, bakteriofag MS2 | 3569 | Første sekventerede RNA-genom |
| Virus, SV40 | 5224 | |
| Virus, Phage Φ-X174 | 5386 | Første sekventerede DNA-genom |
| Virus, Phage λ | 5×10 4 | |
| 1.6×10 5 | Det mindste ikke-virale genom, februar 2007 | |
| Bakterie, Escherichia coli | 4×10 6 | Den bedst udforskede bakterie. |
| Bakterie, Solibactoer usitatus | 1×10 7 | Største kendte bakteriegenom |
| Protist, Amoeba dubia | 6.7×10 11 | Største kendte genom, men omstridt. |
| Plante, Arabidopsis thaliana | 1.57×10 8 | Første plantegenom sekventeres, december 2000. |
| Plante, Genlisea margaretae | 6.34×10 7 | Det mindste registrerede blomstrende plantegenom, 2006. |
| Plante, Fritillaria assyrica | 1.3×10 11 | |
| Plante, Populus trichocarpa | 4.8×10 8 | Første trægenom, september 2006 |
| Gær, Saccharomyces cerevisiae | 2×10 7 | |
| Svamp, Aspergillus nidulans | 3×10 7 | |
| Nematode, Caenorhabditis elegans | 9.8×10 7 | Det første flercellede dyrs genom, december 1998. |
| Insekt, Drosophila melanogaster aka frugtflue | 1.3×10 8 | |
| Insekt, Bombyx mori aka silkemøl | 5.30×10 8 | |
| Insekt, Apis mellifera aka honningbi | 1.77×10 9 | |
| Fisk, Tetraodon nigroviridis, type kuglefisk | 3.85×10 8 | Det mindste kendte genom for hvirveldyr |
| 3×10 9 | ||
| Fisk, Protopterus aethiopicus aka marmoreret lungefisk | 1.3×10 11 | Største kendte genom for hvirveldyr |
Bemærk: DNA'et fra en enkelt menneskelig celle har en længde på ~1,8 m (men en bredde på ~2,4 nanometer).
Relaterede sider
- Gene
- Analyse af sekvenser
- Det menneskelige genom
- ENCODE: den komplette analyse af det menneskelige genom
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er et genom?
A: Et genom er hele en organismes arvelige information, der er kodet i dens DNA (eller for visse virussers vedkommende RNA). Dette omfatter både generne og de ikke-kodende sekvenser i DNA'et.
Spørgsmål: Hvem opfandt udtrykket "genom"?
Svar: Professor Hans Winkler opfandt begrebet "genom" i 1920.
Spørgsmål: Hvad definerede Winkler som et genom?
A: Winkler definerede et genom som "det haploide kromosom-sæt, som sammen med det tilhørende protoplasma udgør artens materielle grundlag".
Spørgsmål: Har hvert individ genetisk variation?
Svar: Ja, på grund af alleler, som bæres af en population, er hvert individ genetisk forskelligt. Selv diploide individer har genetisk variation.
Spørgsmål: Hvad betyder det, når vi siger "kernegenom"?
A: Når vi taler om "kernegenom", betyder det specifikt det komplette sæt af kernedNA.
Spørgsmål: Findes der andre genomer ud over kernegenomerne?
A: Ja, der findes også mitokondrielle genomer og kloroplastgenomer, som indeholder deres eget DNA.
Søge