die natur der information -...

Die

Nat

ur d

er I

nfor

mat

ion

Info

rmat

ion

und

Evo

lutio

n

Göt

tinge

n, 1

8. A

pril

2008

Kon

rad

Bac

hman

n, G

ater

sleb

en

Das

C-W

ert-

Para

dox

und

das

Gen

om d

er E

ukar

yont

en

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

__

Län

ge d

esha

ploi

den

Gen

oms

in "

Meg

abas

en"

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

____

__

Run

dwur

m

97

T

aufl

iege

180

kl

eins

tes

Wir

belt

ierg

enom

320

Men

sch

3.

000

größ

tes

Säug

erge

nom

5.30

0

Heu

schr

ecke

18.0

00

größ

tes

Wir

belti

erge

nom

184.

500

klei

nste

s P

flan

zeng

enom

130

Rei

s 42

0 G

erst

e4.

900

gr

ößte

s P

flan

zeng

enom

1

14.7

00

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 2

4 6 8 10 12 14

Mil

lion

en N

ukle

otid

paar

e im

Gen

om

protein-codierende Gene im Genom

0,5

1,0

1,5

2

,0

2,

5

3,

0M

illia

rden

Nuk

leot

idpa

are

im G

enom

60 50 40 30 20 10

tausend protein-codierende Gene

184,

5

0,5

1,0

1,5

2

,0

2,

5

3,

0M

illia

rden

Nuk

leot

idpa

are

im G

enom

60 50 40 30 20 10

tausend protein-codierende Gene

Tri

chom

onas

Rei

s (i

ndic

a)

Papp

el

Rei

s (j

apon

ica)

Fugu

Seei

gel

Huh

nH

undM

aus

Men

sch

„nuk

leot

ypis

che“

Eff

ekte

der

Gen

omgr

öße:

Zel

len

prop

ortio

nal g

röße

r (m

ehr

Prot

ein)

Zel

lteilu

ngen

lang

sam

er (

Mito

se u

nd M

eios

e)St

offw

echs

el d

es O

rgan

ism

us p

ro G

ewic

ht g

erin

ger

Das

C-W

ert P

arad

ox

erst

e E

rklä

rung

(au

s de

r Si

cht d

er O

rgan

ism

en)

Ara

bido

psis

thal

iana

Fri

tilla

ria

assy

riac

a

114.

700

Mbp

120

Mbp

365

Mbp

Tak

ifugu

rub

ripe

s

78. 4

00M

bp

Lep

idos

iren

par

adox

a

5,1

x 10

9bp

3,0

x 10

9bp

2,5

x 10

9bp

dipl

oid

te

trap

loid

dipl

oid

tetr

aplo

id

Hyl

a ch

ryso

scel

is (d

iplo

id)

H

yla

vers

icol

or (t

etra

ploi

d)15

¡C28

.314

.820

¡C42

.521

.425

¡C56

.827

.4

Ruf

-Fre

quen

z (R

ufe

pro

Seku

nde)

McL

iste

r, D

., E

.D. S

teve

ns

& J

.P. B

ogar

t. 19

94. C

ompa

rativ

e co

ntra

ctil

e dy

nam

ics

of c

alli

ngan

d lo

com

otor

mus

cles

in th

ree

hylid

fro

gs. J

ourn

al o

f H

ered

ity 8

5: 3

22-3

25.

Susu

mu

Ohn

o

1970

: E

volu

tion

by G

ene

Dup

licat

ion

Die

Ent

steh

ung

neue

r In

form

atio

n

Das

C-W

ert P

arad

ox

zwei

te E

rklä

rung

(au

s de

r Si

cht d

er I

nfor

mat

ion)

Dup

likat

ione

n

Del

etio

nen

Inve

rsio

nen

aaa

b

bb

c

cc

d

d

d

ab

cd

Nuk

leot

id-S

ubst

itutio

nen

(Pun

ktm

utat

ione

n) s

ind

nur

eine

For

m

von

Rep

likat

ions

fehl

ern

Dup

likat

ione

n

Del

etio

nen

Inve

rsio

nen

aaa

b

bb

c

cc

d

d

d

ab

cd

Nuk

leot

id-S

ubst

itutio

nen

(Pun

ktm

utat

ione

n) s

ind

nur

eine

For

m

von

Rep

likat

ions

fehl

ern

Die

Ten

denz

zur

Ans

amm

lung

von

red

unda

nter

Inf

orm

atio

n

meh

r fu

nktio

nelle

Inf

orm

atio

ndu

rch

Red

unda

nz o

der

Var

iatio

n

oder

Zerf

all

in I

nfor

mat

ions

-Sch

rott

(Jun

k D

NA

)

Mec

hani

sche

Neb

enef

fekt

e: N

ukle

otyp

, Mei

osep

aaru

ng

ε

γ

γ δ

βG

A

Chr

omos

om 1

1ζ

α 2α 1

θ 1

Chr

omos

om 1

6 Em

bryo

bis

8. W

oche

ζ , ε

α , ε

ζ , γ

Fötu

sα

, γE

rwac

hsen

erα

, δα

, β

Myg

lobi

n

ζ

θα1

α2

ε

γ

γ

δ

βG

A

40-5

030

40-8

0 (T

ertiä

r)

150-

200

(Jur

a)26

0 (E

nde

Perm

)

300-

400

(Kar

bon)

450-

500

(Ord

oviz

ium

)60

0-80

0(K

ambr

ium

)

ψβ 2

ε

γ

γ

ψβ 1

δ

βG

A

Chr

omos

om 1

1ζ

ψζ

ψα 1

ψα 2

α 2α 1

θ 2

Chr

omos

om 1

6

Pseu

doge

ne

Die

unv

erm

eidl

iche

Ans

amm

lung

von

Inf

orm

atio

nssc

hrot

t

Sate

llite

n-D

NA

ta

ndem

arr

ays

TTATTCCATTAGATTCCATTCGATGATGAT

TCCATTCGATTCCATTTGATGATTGCATTC

TATTTCATTTGATGATGATTCCATTCGAGT

CCACTCGATGACGATGATTCCATTCCAGTC

CATTCATTGATTCCATCCGATTTCATTGGA

TGATGACTCCATTCGAGTCCATTCGATGAT

TCCACTCGATTCCATTAGATGATTCCATTG

GAGTCCATTTGATTGTTCCATTCGATTCCA

TTCGATTCCT

TTA

TTCCATTAGATTCCATTCGATGATGA

TTCCATTCGATTCCATTTGATGA

TTGCATTCTATTTCATTTGATGATGA

TTCCATTCGAGTCCACTCGATGA

CGATGA

TTCCATTCCAGTCCATTCATTGA

TTCCATCCGATTTCATTGGATGATGA

CTCCATTCGAGTCCATTCGATGA

TTCCACTCGATTCCATTAGATGA

TTCCATTGGAGTCCATTTGATTG

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCT

TTCCA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCATTCGA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATTCCATTCGATTCCATTC

GATGA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATTCCATTCGATTCCATTC

GATGA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATGATTCCATTCGATTCCATTCGATGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATTCCATTCGATTCCATTC

GATGA

TTCCA

TTCCATTCCA

TTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATGATTCCATTCGATTCCATTCGATGA

TTCCATTCGATTCCATTCGATGATGATTCCATTCGAGTCCATTCGATGA

TTA

TTCCATTAGATTCCATTCGATGATGA

TTCCATTCGATTCCATTTGATGA

TTGCATTCTATTTCATTTGATGATGA

TTCCATTCGAGTCCACTCGATGA

CGATGA

TTCCATTCCAGTCCATTCATTGA

TTCCATCCGATTTCATTGGATGATGA

CTCCATTCGAGTCCATTCGATGA

TTCCACTCGATTCCATTAGATGA

TTCCATTGGAGTCCATTTGATTG

TTCCATTCGATTCCATTCGA

TTCCT

aber

ein

ige

habe

n ph

änot

ypis

che

Eff

ekte

und

unt

erlie

gen

indi

vidu

elle

r Se

lekt

ion

Die

mei

sten

Dup

likat

ione

n pr

oduz

iere

n In

form

atio

nssc

hrot

t

Das

bet

riff

t nic

ht n

ur z

ufäl

lig v

olls

tänd

ig v

erdo

ppel

te G

ene

Mir

anda

M.L

im,Z

uoxi

n W

ang,

Dan

iel E

.Ola

zába

l,X

iang

hui R

en, E

rnes

t F.T

erw

illig

er a

nd L

arry

J. Y

oung

Nat

ure

429,

754

-757

(17

June

200

4)Das

Gen

für

das

Vas

opre

ssin

-Rez

epto

r-P

rote

inV

p1aR

unte

rsch

eide

t sic

h be

i zw

ei v

erw

andt

en W

ühlm

ausa

rten

in d

er W

iede

rhol

ungs

freq

uenz

ein

es D

NA

-Mic

rosa

telli

ten

M. ochrogaster

M. pennsylvanicus

AT

GT

GA

(GT

) 25

(CT

) 4T

T(C

T) 8

(GT

) 24

(GA

TA

) 14

(GT

) 14(

GA

) 13(

A) 8

Exo

n 1

Exo

n 2

3'5'

Das

Vas

opre

ssin

-Rez

epto

rgen

AV

PR

1A d

es M

ensc

hen

und

sein

e M

ikro

sate

llite

n

Kim

, S.J

., J.

You

ng, D

.Gon

en, J

.Vee

nstr

a V

ande

rWee

le, R

.Cou

rche

sne,

E.C

ourc

hesn

e, C

. Lor

d, B

. L.L

even

thal

, E.H

. Coo

kJr

& T

. R.

Inse

l. 20

02.M

olec

ular

Psy

chia

try

7: 5

03-5

07

4000

bp

Intr

on

Ein

e w

eite

re F

orm

von

rep

etiti

ver

DN

A:

Para

sitis

che

DN

A (

selfi

sh D

NA

)

Vir

en &

Tra

nspo

sons

Trp

ITR

ITR

Tra

nspo

sase

Inve

rted

Ter

min

al R

epea

t

Dah

lieT

abak

Petu

nien

Win

de

gag

Int

Rev

Trp

-RH

Prot

env

LT

RL

TR

Ret

rovi

ruse

s

env

+

LT

R+

non-

auto

nom

ous

DN

A tr

ansp

oson

sD

NA

tran

spos

ons

Trp

ITR

ITR

MIT

Es

Min

iatu

re in

vert

ed r

epea

ttr

ansp

oson

s

ITR

ITR

gag

Rev

Trp

-RH

NO

N-L

TR

ret

rotr

ansp

oson

sga

gIn

tR

evT

rp-R

H

LIN

Es

SIN

Es

Län

ge

Anz

ahl

Ant

eil

(fun

ktio

nelle

For

m)

LIN

Es

60

00 b

p

85

0.00

0

2

1%SI

NE

s30

0 bp

1

.500

.000

13

%R

etro

vire

n

11

.000

bp

45

0.00

0

8%

DN

A-T

rans

poso

ns

3

.000

bp

300.

000

3

%

gesa

mt

45

%

Tra

nspo

sons

im m

ensc

hlic

hen

Gen

om

Mbp

DN

AL

acca

ria

bico

lor

(Pilz

)

65

21,

0 %

Cae

norh

abdi

tis e

lega

ns(R

undw

urm

)

100

16,5

%C

aeno

rhab

ditis

bri

ggsa

e(R

undw

urm

)

1

04

2

2,4

%T

aufl

iege

12

3

15

-22

%H

ausm

aus

26

00

3

7,5

%H

und

2400

41,

0 %

Mai

s

25

00

6

0,0

%M

ensc

h30

00

45

,0 %

Ran

a es

cule

nta

(Was

serf

rosc

h)

1600

0

77

,0 %

Ant

eile

von

Tra

nspo

sons

am

Gen

om

Die

Tol

eran

z vo

n E

ukar

yont

enge

nom

en f

ür f

unkt

ions

lose

DN

A

scha

fft d

en S

piel

raum

für

das

Ent

steh

en k

ompl

exer

Inf

orm

atio

n

Wic

htig

stes

Res

ulta

t der

Tol

eran

z fü

r In

form

atio

nssc

hrot

t:

viel

zelli

ge O

rgan

ism

en

gene

tisch

iden

tisch

e Z

elle

n (k

eine

Kon

kurr

enz)

kom

plem

entä

r ve

rsch

iede

ne S

pezi

alis

ieru

ng (

Koo

pera

tion)

Wic

htig

stes

Res

ulta

t der

Tol

eran

z fü

r In

form

atio

nssc

hrot

t:

viel

zelli

ge O

rgan

ism

en

gene

tisch

iden

tisch

e Z

elle

n (k

eine

Kon

kurr

enz)

kom

plem

entä

r ve

rsch

iede

ne S

pezi

alis

ieru

ng (

Koo

pera

tion)

Meh

rpr

otei

n-co

dier

ende

Gen

e

Gen

e co

dier

en f

ür m

ehr

als

ein

Prot

ein

Ebe

nen

der

Gen

regu

latio

n: in

tern

e K

omm

unik

atio

n

zusä

tzlic

he I

nfor

mat

ion:

tran

skri

bier

te R

egio

n

NF

1

C

P1

E

KLF

G

AT

A-1

G

AT

A-1

G

AT

A-1

TA

TA

G

AT

A-1

GA

TA

-1

G

AT

A-1

GA

TA

-1

5‘K

ontr

oll-

Reg

ion

3‘K

ontr

oll-

Reg

ion

tran

skri

bier

te R

egio

n

tran

skri

bier

te R

egio

n

Exo

n1 I

ntro

n1 E

xon2

In

tron

2 E

xon3

NF

1

C

P1

E

KLF

G

AT

A-1

G

AT

A-1

G

AT

A-1

TA

TA

G

AT

A-1

GA

TA

-1

G

AT

A-1

GA

TA

-1

5‘K

ontr

oll-

Reg

ion

3‘K

ontr

oll-

Reg

ion

Gen

:E

nhan

cer

Pro

mot

or 5

‘Exo

n I

ntro

n E

xon

Int

ron

Exo

n 3

‘End

e

Tran

skri

ptio

nsko

ntro

lledu

rch

Pro

tein

fakt

oren

5‘E

xon

Intr

onE

xon

Intr

onE

xon

3‘

Tran

skri

ptio

n

prim

äres

Tra

nskr

ipt

5‘E

xon

Exo

nE

xon

Sple

ißen

mes

seng

er R

NA

Prot

ein

Tran

slat

ion

RN

A

Woh

er k

omm

t die

Tol

eran

z fü

r In

form

atio

nssc

hrot

t bei

Euk

aryo

nten

?

Chr

omos

omen

stru

ktur

Sex

mit

Mei

ose