¿Por qué los organismos eucariotas tienen intrones en su ADN?

Hablamos de intrones y exones en mi clase de biología, pero desafortunadamente no hablamos realmente de por qué los eucariotas tienen intrones. Parecería que tendrían que tener algún propósito ya que los procariotas no los tienen y evolucionaron primero cronológicamente, pero fácilmente podría estar equivocado. ¿Las secciones basura del ADN simplemente evolucionaron allí por algún tipo de aleatoriedad o necesidad en lugar de una ventaja evolutiva real? ¿Por qué la evolución no nos ha impedido tener intrones, ya que parecen ser una "pérdida" de tiempo y ADN? ¿Por qué los procariotas no tienen intrones?

No todo necesita una función para existir en biología. Una forma de responder a esta pregunta es observar qué tipo de presión de selección está actuando sobre los intrones. ¿Evolucionan neutralmente?
Supongo que una mejor respuesta a tu pregunta es: ¿Por qué no tener intrones? Eche un vistazo a la teoría neutral: en.wikipedia.org/wiki/Neutral_theory_of_molecular_evolution

Respuestas (4)

Todavía queda mucho por aprender sobre los roles que juegan los intrones en los procesos biológicos, pero hay un par de cosas que se han establecido bastante bien.

  • Los intrones permiten el empalme alternativo , lo que permite que un solo gen codifique múltiples proteínas que realizan diferentes funciones en diferentes condiciones. Por ejemplo, una señal que recibe la célula podría hacer que se omita un exón que normalmente se incluye, o que un intrón que normalmente se empalma se deje para su traducción (el artículo de Wikipedia sobre el tema tiene una descripción básica de las posibilidades). Esto no sería posible, o al menos sería mucho más difícil, sin la presencia de intrones.
  • En los últimos años, hemos descubierto que las moléculas de ARN (especialmente los ARN pequeños como los siARN y los miARN) están mucho más involucradas en la regulación de la expresión génica de lo que se pensaba anteriormente. A menudo, los pequeños ARN reguladores se derivan de intrones empalmados.

Probablemente haya más, pero esencialmente los intrones permiten un nivel más fino de control regulatorio. La complejidad biológica a menudo no es el resultado de tener un complemento más grande de genes, sino de tener capas adicionales de regulación para activar y desactivar los genes en los momentos adecuados. Los genes procarióticos a menudo se organizan en operones, y un solo ARNm policistrónico a menudo codificará múltiples proteínas de múltiples genes adyacentes. Dado que los procesos biológicos necesarios para sustentar la vida microbiana son mucho menos complicados que los necesarios para sustentar la vida eucariótica, pueden salirse con la suya con mucho menos control regulatorio.

Agregaría que existe una suposición general de que esta es una razón por la que los eucariotas podrían tener la capacidad de adaptarse a roles más altos en la cadena alimentaria que los procariotas, como formar organismos multicelulares (hay algunas excepciones, pero en realidad muy pocas y son bastante simple como - cianobacterias que forman cadenas de células).
Si bien esta es una buena respuesta de "cómo" que resume lo que sabemos ahora, de ninguna manera es una respuesta de "por qué". Por ejemplo, ¿cuál es la limitación de la regulación procariótica que resuelven los intrones? ¿Por qué la naturaleza necesita exprimir más proteínas en un solo gen y luego tener el 93% de la basura en el resto del genoma? Creo que la respuesta de @apoz encaja mejor.
Tenía la impresión de que muchos de nuestros intrones eran solo retrovirus que ingresaron a nuestro genoma en algún momento de nuestro pasado evolutivo. Dado que la desventaja competitiva en la que se incurre al llevar algo de ADN basura no expresado es muy baja, no hay presión de selección para recuperarlos.

Los procariotas no pueden tener intrones, porque tienen la transcripción acoplada a la traducción. No tienen tiempo/espacio para eso, ya que el empalme de intrones detendrá el acoplamiento. Los eucariotas desarrollaron el núcleo, donde se puede realizar el empalme. El antepasado de los eucariotas que desarrolló el núcleo podía permitirse una mayor variabilidad (debido a los intrones) que las especies sin él, por lo que tenían una mayor aptitud.

Las bacterias no pueden permitirse la compartimentación de alta complejidad, un proceso que requiere mucha energía disponible por gen, una célula eucariota puede tener decenas, cientos o incluso miles de mitocondrias que tienen una producción de energía similar a la de una célula bacteriana, mientras que tiene un genoma de aproximadamente 100 -500 veces más pequeño (16 kb de una mitocondria humana frente a los 4.000 kb de una célula de E. coli).

Espero que eso aclare tus dudas, y puedes ver que esta es una respuesta discutible.

Perdón por mi mal ingles.

Fuentes:

Carril y Martín 2010 .

Martín 2011

Esta es una buena respuesta. Comparar la falta de intrones entre procariotas con eucariotas que sí tienen intrones no significa que existan intrones en eucariotas porque infiere una ventaja evolutiva para tenerlos. Una razón más probable es que los intrones son muy perjudiciales en los procariotas debido a los límites del tamaño del genoma, pero no son perjudiciales en los eucariotas. Vea el problema del valor C.
Pero los procariotas tienen intrones, ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC177115 , aunque en ninguna parte de la escala que tienen los eucariotas.
Muchas arqueas (que son procariotas) también tienen intrones.

Evolución - Douglas J. Futuyma, Capítulo 19, p. 461

Michael Lynch y John Conery (2003) han señalado que una variedad de características genómicas que parecen tener poca ventaja de aptitud para los organismos (intrones, elementos transponibles, grandes extensiones de ADN no codificante) pueden ser más frecuentes en especies con tamaños de población efectivos pequeños. Han sugerido que los virus y las bacterias tienen tamaños de población extremadamente grandes que facilitan el barrido de mutaciones ventajosas que permiten la racionalización genómica. Por el contrario, los eucariotas tienen tamaños de población más pequeños que facilitan la fijación de rasgos no adaptativos. Esta es la mejor hipótesis propuesta hasta ahora que explicaría la diversidad de tamaños y estructuras del genoma.

Se lo explicaba a mi novia: imagina que en tu casa de dos cocinas tienes dos habitaciones llenas de cartuchos de cinta adhesiva... realmente no la necesitas, pero no tienes forma de deshacerte de ella. Ahora, la manguera de la aspiradora se rompe, y tomas una pequeña cantidad de cinta adhesiva (tienes tanta) y la reparas... nadie creería seriamente que estabas almacenando tanta cinta adhesiva por ese motivo, y deberías haber pedido una manguera nueva. Pero hiciste lo mejor que pudiste en tus circunstancias. Todo eso está pasando en la genética eucariótica: manchas fáciles y sucias por todas partes.
Creo que el Lynch and Conerydocumento es hasta ahora la explicación más razonable sobre los originintrones y, combinado con la otra respuesta ( biology.stackexchange.com/a/1725/658 ), brinda una explicación completa sobre el origen y la ventaja de aptitud actual de tener intrones en ciertos organismos, pero no en otros.
Hola, apoz: la comunidad considera que esta respuesta es útil, pero aún debe consistir en más que citas directas.
@ 149781-32509185: el artículo de Lynch & Conery no explica los intrones diciendo que tienen una ventaja de aptitud física. Un tamaño de población pequeño al que se refieren significa que la deriva genética está creando la fijación de los intrones.

Ya hay varias buenas respuestas aquí. Daniel Standage destaca el valor del empalme alternativo. Para ver un ejemplo convincente del papel en la regulación de la expresión génica, lea una de las revisiones de la determinación del sexo en Drosophila melanogaster (sex-lethal, transformer, doublesex).

Ninguno menciona la idea de los exones como "cassettes" de función reutilizable que pueden introducirse en un gen existente durante la evolución.

Los intrones delimitadores representan regiones donde puede ocurrir un "injerto" inexacto sin destruir el marco de lectura que ya funciona del xeno-exón recién introducido (acabo de inventar ese neologismo) o del gen receptor.

En otras palabras, los intrones proporcionan regiones que permiten la transposición descuidada de subunidades funcionales al tiempo que reducen la probabilidad de un caos total en el nivel de transcripción/traducción.

La evolución muestra una y otra vez que es capaz de promover mecanismos que promuevan la evolución. ¿De qué otra manera puedes explicar la meiosis?

Necesita leer cómo escribir una buena respuesta para SE . Hace referencia al sistema de determinación del sexo de Drosophila pero no proporciona ninguna explicación o referencia. ¿Cómo esperas que alguien entienda esto? Y si habla de exones como "cassettes de funciones reutilizables", debe proporcionar un ejemplo. ¿Sabes de alguno? Y su lenguaje, incluso cuando no está inventando nuevos términos, es incomprensiblemente gobbldey gook: "transposición descuidada de subunidades funcionales...". Ideas descuidadas y escritura descuidada, más bien.
¿Por qué los organismos eucariotas tienen intrones en su ADN?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v