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 per@kornhall.se 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, per@kornhall.se.

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.