Семантика

Семантиды (или семантофоретические молекулы ) представляют собой биологические макромолекулы , несущие генетическую информацию или ее транскрипт. Выделяют три разные категории или семантиды: первичную, вторичную и третичную. Первичные семантиды — это гены , состоящие из ДНК . Вторичные семантиды — это цепочки информационной РНК , которые транскрибируются с ДНК. Третичные семантиды — это полипептиды , которые транслируются с информационной РНК. ^{[ 1 ]} У эукариотических организмов первичные семантиды могут состоять из ядерной , митохондриальной или пластидной ДНК. ^{[ 2 ]} Не все первичные семантиды в конечном итоге образуют третичные семантиды. Некоторые первичные семантиды не транскрибируются в мРНК ( некодирующая ДНК ), а некоторые вторичные семантиды не транслируются в полипептиды ( некодирующая РНК ). Сложность семантид сильно различается. Что касается третичных семантид, то большие глобулярные полипептидные цепи являются наиболее сложными, тогда как структурные белки , состоящие из повторяющихся простых последовательностей, являются наименее сложными. Термин семантид и родственные ему термины были придуманы Линусом Полингом и Эмилем Цукеркандлом . ^{[ 1 ]} Хотя семантиды являются основным типом данных, используемых в современной филогенетике, сам этот термин широко не используется.

Связанные термины

изосемантический

ДНК или РНК, которые различаются по последовательности оснований , но транслируются в идентичные полипептидные цепи, называются изосемантическими. ^{[ 1 ]}

эписемантический

Молекулы, синтезируемые ( третичные ферментами семантиды), называются эписемантическими молекулами. Эписемантические молекулы имеют большее разнообразие типов, чем семантиды, которые состоят только из трех типов (ДНК, РНК или полипептиды). Не все полипептиды являются третичными семантидами. Некоторые, в основном небольшие полипептиды, также могут быть эписемантическими молекулами. ^{[ 1 ]}

Асемантический

Молекулы, которые не производятся организмом, называются асемантическими молекулами, поскольку они не содержат никакой генетической информации. Асементные молекулы могут превращаться в эписемантические молекулы в результате анаболических процессов . Асемантические молекулы также могут стать семантическими молекулами, когда они интегрируются в геном. Некоторые вирусы и эписомы обладают такой способностью. ^{[ 1 ]}

Если говорить о молекуле как о семантической, эписемантической или асемантической, то это применимо только к конкретному организму. Смысловая молекула для одного организма может быть асемантической для другого организма.

Исследовательские приложения

Семантиды используются как филогенетическая информация для изучения истории эволюции организмов. Первичные семантиды также используются в сравнительном анализе биоразнообразия . Однако, поскольку внеклеточная ДНК может сохраняться в течение некоторого времени, эти типы анализа не позволяют отличить активные организмы от неактивных и/или мертвых. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Степень информативности биологических макромолекул для изучения истории эволюции различна. Чем сложнее молекула, тем она информативнее для филогенетики. Первичные и вторичные семантиды содержат больше всего информации. В третичных семантидах некоторая информация теряется, поскольку многие аминокислоты кодируются более чем одним кодоном . ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}

Эписемантические молекулы (например, каротиноиды ) также информативны для филогенетики. Однако распределение этих молекул не совсем коррелирует с филогениями, основанными на семантидах. ^{[ 6 ]} Поэтому независимое подтверждение часто все же необходимо. ^{[ 1 ]} Чем больше ферментов участвует в пути синтеза , тем менее вероятно, что эти пути развивались отдельно. Поэтому для эписемантических молекул наиболее информативными в филогенетике являются молекулы, синтезированные из наименее сложных асемантических молекул. Однако разные пути могут синтезировать сходные или даже идентичные молекулы. Например, у животных, растений и других эукариот были обнаружены разные пути витамина С. синтеза ^{[ 7 ]} Поэтому некоторые молекулы не следует использовать для изучения филогенетических связей. ^{[ 1 ]}

Хотя асемантические молекулы могут указывать на некоторые количественные или качественные особенности группы организмов, они считаются недостоверными и неинформативными для филогенетики. ^{[ 1 ]}

Анализ с использованием разных семантид может привести к противоречивым филогениям. Однако если филогении конгруэнтны, то существует больше подтверждений эволюционным отношениям. Анализируя более крупные последовательности (например, полные последовательности митохондриального генома), можно построить филогении, которые являются более точными и имеют большую поддержку. ^{[ 8 ]}

Примеры

Семантиды, часто используемые в исследованиях, являются общими для большинства организмов и, как известно, со временем меняются медленно. Примерами таких макромолекул являются:

АТФаза
Цитохром b ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}
Субъединица I цитохром с-оксидазы ^{[ 2 ]}^{[ 11 ]}
белка теплового шока Гены
Гистон H3 ^{[ 11 ]}
РекА ^{[ 12 ]}
Ген 1, активирующий рекомбинацию ^{[ 10 ]}
Рибонуклеаза P РНК ^{[ 13 ]}
Рибосомальная ДНК (например, 28S рДНК) ^{[ 14 ]}
Рибосомальная РНК (например, 16S рРНК ) ^{[ 2 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}^{[ 15 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Цукеркандль, Эмиль; Полинг, Лайнус (1 марта 1965 г.). «Молекулы как документы эволюционной истории». Журнал теоретической биологии . 8 (2): 357–366. Бибкод : 1965JThBi...8..357Z . дои : 10.1016/0022-5193(65)90083-4 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 5876245 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Фонтанилья, Ян Кендрич; Наггс, Фред; Уэйд, Кристофер Марк (сентябрь 2017 г.). «Молекулярная филогения Achatinoidea (Mollusca: Gastropoda)» (PDF) . Молекулярная филогенетика и эволюция . 114 : 382–385. дои : 10.1016/j.ympev.2017.06.014 . ПМИД 28647619 .
^ Англия, Лос-Анджелес; Винсент, ML; Треворс, Джей Ти; Холмс, SB (18 октября 2004 г.). «Извлечение, обнаружение и сохранение внеклеточной ДНК в микрокосмах лесной подстилки». Молекулярные и клеточные зонды . 18 (5): 313–319. дои : 10.1016/j.mcp.2004.05.001 . ПМИД 15294319 .
^ Реттедал, Элизабет А.; Брозель, Волкер С. (апрель 2015 г.). «Охарактеризация разнообразия активных бактерий в почве путем комплексного зондирования стабильных изотопов ДНК и РНК с помощью H 2 18 O» . МикробиологияОткрыть . 4 (2): 208–219. дои : 10.1002/mbo3.230 . ПМК 4398504 . ПМИД 25650291 .
^ Вейсблюм, Б.; Бензер, С.; Холли, RW (1 августа 1962 г.). «Физическая основа вырождения кода аминокислот» . Труды Национальной академии наук . 48 (8): 1449–1454. Бибкод : 1962PNAS...48.1449W . дои : 10.1073/pnas.48.8.1449 . ISSN 0027-8424 . ПМК 220973 . ПМИД 14005813 .
^ Классен, Дж.Л.; Фогт, Дж. М. (1 апреля 2008 г.). «Различия в составе каротиноидов среди Hymenobacter и родственных штаммов подтверждают древовидную модель эволюции каротиноидов» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (7): 2016–2022. Бибкод : 2008ApEnM..74.2016K . дои : 10.1128/АЕМ.02306-07 . ISSN 0099-2240 . ПМК 2292609 . ПМИД 18263749 .
^ Уиллер, Глен; Исикава, Такахиро; Порнсаксит, Варисса; Смирнов, Николай (13 марта 2015 г.). «Эволюция альтернативных путей биосинтеза витамина С после приобретения пластид у фотосинтезирующих эукариот» . электронная жизнь . 4 . дои : 10.7554/eLife.06369 . ISSN 2050-084X . ПМК 4396506 . PMID 25768426 .
^ Пауэлл, Алексис ФЛА; Баркер, Ф. Кейт; Лэньон, Скотт М. (январь 2013 г.). «Эмпирическая оценка схем разделения для филогенетического анализа митогеномных данных: исследование на примере птиц». Молекулярная филогенетика и эволюция . 66 (1): 69–79. дои : 10.1016/j.ympev.2012.09.006 . ПМИД 23000817 .
^ Кастресана, Хосе (1 апреля 2001 г.). «Цитохром b Филогения и систематика человекообразных обезьян и млекопитающих». Молекулярная биология и эволюция . 18 (4): 465–471. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003825 . ISSN 1537-1719 . ПМИД 11264397 .
^ Jump up to: ^а ^б Куропатки, Анабель; Болен, Джордж; Шлехтова, Вендула; Доадрио, Игнасио (04 января 2016 г.). Пэн, Цзоган (ред.). «Молекулярные доказательства множественного происхождения европейских щиповок (Teleostei, Cobitidae)» . ПЛОС ОДИН . 11 (1): e0144628. Бибкод : 2016PLoSO..1144628P . дои : 10.1371/journal.pone.0144628 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4699775 . ПМИД 26727121 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Гослинер, Терренс М.; Щепетов Дмитрий; Чичвархин Антон; Екимова Ирина; Кармона, Лейла; Селла, Кристен (15 декабря 2016 г.). «Радикальное решение: филогения голожаберных семейства Fionidae» . ПЛОС ОДИН . 11 (12): e0167800. Бибкод : 2016PLoSO..1167800C . дои : 10.1371/journal.pone.0167800 . ISSN 1932-6203 . ПМК 5158052 . ПМИД 27977703 .
^ Jump up to: ^а ^б Калита, Михал; Малек, Ванда (декабрь 2017 г.). «Молекулярная филогения бактерий Bradyrhizobium, выделенных из корневых клубеньков растений трибы Genisteae, произрастающих на юго-востоке Польши». Систематическая и прикладная микробиология . 40 (8): 482–491. дои : 10.1016/j.syapm.2017.09.001 . ПМИД 29102065 .
^ Jump up to: ^а ^б Питерс, ИК; Помогает, CR; Маколифф, Л.; Неймарк, Х.; Лаппин, г-н; Граффид-Джонс, Ти Джей; Дэй, MJ; Хёльцле, Ле; Вилли, Б. (1 мая 2008 г.). «Ген РНКазы P (rnpB) Филогения гемоплазм и других видов микоплазм» . Журнал клинической микробиологии . 46 (5): 1873–1877. дои : 10.1128/JCM.01859-07 . ISSN 0095-1137 . ПМК 2395117 . ПМИД 18337389 .
^ Маккенна, Дуэйн Д.; Фаррелл, Брайан Д.; Катерино, Майкл С.; Фарнум, Чарльз В.; Хоукс, Дэвид К.; Мэддисон, Дэвид Р.; Сиго, Эйнсли Э.; Коротко, Эндрю Э.З.; Ньютон, Альфред Ф. (2015). «Филогения и эволюция Staphyliniformia и Scarabaeiformia: лесная подстилка как ступенька к диверсификации жуков-нефитофагов» . Систематическая энтомология . 40 (1): 35–60. дои : 10.1111/syen.12093 . ISSN 1365-3113 . S2CID 83304675 .
^ Наггс, Фред; Мордан, Питер Б.; Уэйд, Кристофер М. (1 апреля 2006 г.). «Эволюционные взаимоотношения легочных наземных улиток и слизней (Pulmonata, Stylommatophora)». Биологический журнал Линнеевского общества . 87 (4): 593–610. дои : 10.1111/j.1095-8312.2006.00596.x . ISSN 0024-4066 .

[:0-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Цукеркандль, Эмиль; Полинг, Лайнус (1 марта 1965 г.). «Молекулы как документы эволюционной истории». Журнал теоретической биологии . 8 (2): 357–366. Бибкод : 1965JThBi...8..357Z . дои : 10.1016/0022-5193(65)90083-4 . ISSN 0022-5193 . ПМИД 5876245 .

[:1-2] Jump up to: ^а ^б ^с Фонтанилья, Ян Кендрич; Наггс, Фред; Уэйд, Кристофер Марк (сентябрь 2017 г.). «Молекулярная филогения Achatinoidea (Mollusca: Gastropoda)» (PDF) . Молекулярная филогенетика и эволюция . 114 : 382–385. дои : 10.1016/j.ympev.2017.06.014 . ПМИД 28647619 .

[3] Англия, Лос-Анджелес; Винсент, ML; Треворс, Джей Ти; Холмс, SB (18 октября 2004 г.). «Извлечение, обнаружение и сохранение внеклеточной ДНК в микрокосмах лесной подстилки». Молекулярные и клеточные зонды . 18 (5): 313–319. дои : 10.1016/j.mcp.2004.05.001 . ПМИД 15294319 .

[4] Реттедал, Элизабет А.; Брозель, Волкер С. (апрель 2015 г.). «Охарактеризация разнообразия активных бактерий в почве путем комплексного зондирования стабильных изотопов ДНК и РНК с помощью H 2 18 O» . МикробиологияОткрыть . 4 (2): 208–219. дои : 10.1002/mbo3.230 . ПМК 4398504 . ПМИД 25650291 .

[5] Вейсблюм, Б.; Бензер, С.; Холли, RW (1 августа 1962 г.). «Физическая основа вырождения кода аминокислот» . Труды Национальной академии наук . 48 (8): 1449–1454. Бибкод : 1962PNAS...48.1449W . дои : 10.1073/pnas.48.8.1449 . ISSN 0027-8424 . ПМК 220973 . ПМИД 14005813 .

[6] Классен, Дж.Л.; Фогт, Дж. М. (1 апреля 2008 г.). «Различия в составе каротиноидов среди Hymenobacter и родственных штаммов подтверждают древовидную модель эволюции каротиноидов» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (7): 2016–2022. Бибкод : 2008ApEnM..74.2016K . дои : 10.1128/АЕМ.02306-07 . ISSN 0099-2240 . ПМК 2292609 . ПМИД 18263749 .

[7] Уиллер, Глен; Исикава, Такахиро; Порнсаксит, Варисса; Смирнов, Николай (13 марта 2015 г.). «Эволюция альтернативных путей биосинтеза витамина С после приобретения пластид у фотосинтезирующих эукариот» . электронная жизнь . 4 . дои : 10.7554/eLife.06369 . ISSN 2050-084X . ПМК 4396506 . PMID 25768426 .

[8] Пауэлл, Алексис ФЛА; Баркер, Ф. Кейт; Лэньон, Скотт М. (январь 2013 г.). «Эмпирическая оценка схем разделения для филогенетического анализа митогеномных данных: исследование на примере птиц». Молекулярная филогенетика и эволюция . 66 (1): 69–79. дои : 10.1016/j.ympev.2012.09.006 . ПМИД 23000817 .

[9] Кастресана, Хосе (1 апреля 2001 г.). «Цитохром b Филогения и систематика человекообразных обезьян и млекопитающих». Молекулярная биология и эволюция . 18 (4): 465–471. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003825 . ISSN 1537-1719 . ПМИД 11264397 .

[:2-10] Jump up to: ^а ^б Куропатки, Анабель; Болен, Джордж; Шлехтова, Вендула; Доадрио, Игнасио (04 января 2016 г.). Пэн, Цзоган (ред.). «Молекулярные доказательства множественного происхождения европейских щиповок (Teleostei, Cobitidae)» . ПЛОС ОДИН . 11 (1): e0144628. Бибкод : 2016PLoSO..1144628P . дои : 10.1371/journal.pone.0144628 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4699775 . ПМИД 26727121 .

[:3-11] Jump up to: ^а ^б ^с Гослинер, Терренс М.; Щепетов Дмитрий; Чичвархин Антон; Екимова Ирина; Кармона, Лейла; Селла, Кристен (15 декабря 2016 г.). «Радикальное решение: филогения голожаберных семейства Fionidae» . ПЛОС ОДИН . 11 (12): e0167800. Бибкод : 2016PLoSO..1167800C . дои : 10.1371/journal.pone.0167800 . ISSN 1932-6203 . ПМК 5158052 . ПМИД 27977703 .

[:4-12] Jump up to: ^а ^б Калита, Михал; Малек, Ванда (декабрь 2017 г.). «Молекулярная филогения бактерий Bradyrhizobium, выделенных из корневых клубеньков растений трибы Genisteae, произрастающих на юго-востоке Польши». Систематическая и прикладная микробиология . 40 (8): 482–491. дои : 10.1016/j.syapm.2017.09.001 . ПМИД 29102065 .

[:5-13] Jump up to: ^а ^б Питерс, ИК; Помогает, CR; Маколифф, Л.; Неймарк, Х.; Лаппин, г-н; Граффид-Джонс, Ти Джей; Дэй, MJ; Хёльцле, Ле; Вилли, Б. (1 мая 2008 г.). «Ген РНКазы P (rnpB) Филогения гемоплазм и других видов микоплазм» . Журнал клинической микробиологии . 46 (5): 1873–1877. дои : 10.1128/JCM.01859-07 . ISSN 0095-1137 . ПМК 2395117 . ПМИД 18337389 .

[14] Маккенна, Дуэйн Д.; Фаррелл, Брайан Д.; Катерино, Майкл С.; Фарнум, Чарльз В.; Хоукс, Дэвид К.; Мэддисон, Дэвид Р.; Сиго, Эйнсли Э.; Коротко, Эндрю Э.З.; Ньютон, Альфред Ф. (2015). «Филогения и эволюция Staphyliniformia и Scarabaeiformia: лесная подстилка как ступенька к диверсификации жуков-нефитофагов» . Систематическая энтомология . 40 (1): 35–60. дои : 10.1111/syen.12093 . ISSN 1365-3113 . S2CID 83304675 .

[15] Наггс, Фред; Мордан, Питер Б.; Уэйд, Кристофер М. (1 апреля 2006 г.). «Эволюционные взаимоотношения легочных наземных улиток и слизней (Pulmonata, Stylommatophora)». Биологический журнал Линнеевского общества . 87 (4): 593–610. дои : 10.1111/j.1095-8312.2006.00596.x . ISSN 0024-4066 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]