Инфографика: как взаимодействуют митохондриальный и ядерный геномы

От регулирования экспрессии генов друг друга до кодирования различных частей одних и тех же белков, два типа генома в каждой эукариотической клетке далеки от независимости.

Митохондриальные генные продукты взаимодействуют с продуктами, закодированными в ядерных генах, а иногда и с самим ядерным геномом.

• Поскольку митохондриальный геном мутирует быстрее, чем ядерный геном, он играет ведущую роль в эволюции митонуклеаров, в то время как ядерный геном следует по пути развития компенсаторных мутаций, чтобы поддерживать коадаптированные генные комплексы.

Исследователи теперь начинают понимать, что это имеет последствия для физиологии и даже макроэволюции.

1. Композитные белки

Ученые давно знают, что многие белки состоят из нескольких компонентов, некоторые из которых кодируются в митохондриальном геноме, а другие - в ядерном геноме. Цитохромоксидаза, последний фермент в дыхательной цепи транспорта электронов, является одним из примеров.

2. Митохондриальная функция

Митохондрии требуют, чтобы ядерные генные продукты постоянно производили энергию для клетки. Например, для трансляции митохондриального белка требуются аминоацил-тРНК-синтетазы (aaRS), кодируемые ядерным геномом, для присоединения аминокислот к соответствующим тРНК, кодируемым митохондриальным геномом.

3. Ядерная экспрессия генов

Митохондриальные генные продукты могут влиять на экспрессию ядерных генов, хотя механизмы пока неясны.

ПОСЛЕДСТВИЯ МИТОНУКЛЕАРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Тесные отношения между митохондриальным и ядерным геномами вступают в игру по мере развития популяций.

• Например, относительно быстрая частота мутаций митохондриальной ДНК (мтДНК) означает, что ядерный геном (яДНК) должен был развивать компенсаторные мутации, чтобы поддерживать совместную функциональность.

Этот процесс приводит к тому, что популяции расходятся друг от друга из-за несовместимости митонуклеаров.

• Веслоногие ракообразные на тихоокеанском побережье Северной Америки являются наиболее известным примером этого явления.

Исследователи успешно разводят животных из разных приливов, и хотя гибриды первого поколения преуспевают, особи второго поколения развиваются медленнее и имеют меньше потомков.

Митохондриальные всплески

Когда гибриды F2 возвращаются назад к отцовской линии, они не показывают улучшения в физической форме. Однако, когда они возвращаются к своей материнской линии, их пригодность спасается, скорее всего, потому, что обратное скрещивание в этом направлении вновь вводит ядерный геном в митохондриальный фон, с которым он адаптируется.

F2 гибридные самки, скрещенные с отцовской линией, где типы митохондрий не совпадают, не приводят к улучшению физической формы:

F2 гибридные самки, скрещенные с материнской линией, которая носит тот же тип митохондрий, улучшают физическую форму: