Chargaff의 제 2 등가 법칙(Chargaff's second parity rule)으로 알려진 서열 내 단일 염기 상보성은 단일뉴클레오타이드 (mononucleotide)부터 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide)에 이르기까지 적용되며 세균과 진핵 생물 ...
Chargaff의 제 2 등가 법칙(Chargaff's second parity rule)으로 알려진 서열 내 단일 염기 상보성은 단일뉴클레오타이드 (mononucleotide)부터 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide)에 이르기까지 적용되며 세균과 진핵 생물유전체의 단일 가닥 대칭 상태 (strand symmetry)를 설명한다. 좌우 역 대칭성(bilateral inverse symmetry)은 세균 유전체의 선도가닥(leading strand)과 지연가닥간(lagging strand)간의 일반적인 특징으로 제시되어 왔다. 그러나, 염색체 상의 재조합 효과가 미치는 영향에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 그러한 질문에 답하기 위해, GenBank 파일 형태로 제공되는 대량의 세균 염색체 서열을 분석하기 위한, 기존 파서(parser)보다 5-100배 빠른 GBParsy를 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide) 분석 프로그램(PolGen)과 함께 개발하였다. 세균 염색체는 좌우대칭 (reflection symmetry; ori과 ter를 둘러싼 좌우대칭의 상태)을 유지하고 있으며 그것들은 주로 역전 (inversion) 현상에 의해 단일 가닥 역 대칭 상태 (inverse strand symmetry) 에서 암호지역 동질상태 (coding symmetry)로 진화함을 찾아냈다. 좌우대칭 (reflection symmetry)의 특성은 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide)의 빈도 특성을 나타내는 빈도 편향 지표(biased frequency index; BFI)의 의한 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)와 단일 가닥 역 대칭도 (degree of inverse strand symmetry) 및 암호지역 대칭도 (degree of coding symmetry)에 의해 특징 지어진다. 유전체 진화 지도 (genome evolution map) 상에 나타난 좌우대칭 (reflection symmetry)의 특성은 진화 중 단일 가닥 역 대칭도 (degree of inverse strand symmetry)는 감소하지만 암호지역 대칭도 (degree of coding symmetry)는 단일 가닥 비대칭성 (strand asymmetry)의 감소와 함께 증가함을 보여준다. 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)은 염색체 재배열 (R)에 의해 고유 비대칭도 (native asymmetry)으로 부터 기인하며, OAstrand = OAnative * R로 표현되는 R은 비대칭 비 (asymmetry ratio)로 측정된다. 선도가닥의 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry), 고유 비대칭도 (native asymmetry) 및 재배열도 (degree of rearrangements)는 지연가닥의 그것들과 각각 비슷한 수준을 유지하며, 이는 replichore 내의 재배열과 ori 중심의 역전 (inversion)이 연동됨을 의미한다. 비대칭 비 (asymmetry ratio)를 통해 재배열 결과, 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)를 감소시키는 주요 원인은 삽입 (insertion)이 아니라 역전 (inversion)임을 보여준다. 역전 (inversion)은 돌연변이에 의해 하나의 근원 단일 가닥 내에서 목적 단일 가닥 쪽으로 전이된 각 단일 가닥 내에 역전 (inversion) 된 유전인자 (gene)들의 빈도 편향 지표(biased frequency index; BFI) 변화를 유도한다. 세균 유전체의 특징들, 비대칭성, 단일가닥 역대칭성 및 암호지역 대칭성은 염색체의 정렬도, 안정성, 및 효율성을 각각 나타내는데 사용될 수 있다. 그러한 결과들은 세균 유전체 진화 중 역전 (inversion)이 구조적 정렬도를 희생하여 번역 효율을 높이는 변화를 유도하는 중요 요인으로 작용됨을 제시한다.
Chargaff의 제 2 등가 법칙(Chargaff's second parity rule)으로 알려진 서열 내 단일 염기 상보성은 단일뉴클레오타이드 (mononucleotide)부터 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide)에 이르기까지 적용되며 세균과 진핵 생물 유전체의 단일 가닥 대칭 상태 (strand symmetry)를 설명한다. 좌우 역 대칭성(bilateral inverse symmetry)은 세균 유전체의 선도가닥(leading strand)과 지연가닥간(lagging strand)간의 일반적인 특징으로 제시되어 왔다. 그러나, 염색체 상의 재조합 효과가 미치는 영향에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 그러한 질문에 답하기 위해, GenBank 파일 형태로 제공되는 대량의 세균 염색체 서열을 분석하기 위한, 기존 파서(parser)보다 5-100배 빠른 GBParsy를 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide) 분석 프로그램(PolGen)과 함께 개발하였다. 세균 염색체는 좌우대칭 (reflection symmetry; ori과 ter를 둘러싼 좌우대칭의 상태)을 유지하고 있으며 그것들은 주로 역전 (inversion) 현상에 의해 단일 가닥 역 대칭 상태 (inverse strand symmetry) 에서 암호지역 동질상태 (coding symmetry)로 진화함을 찾아냈다. 좌우대칭 (reflection symmetry)의 특성은 올리고뉴클레오타이드 (oligonucleotide)의 빈도 특성을 나타내는 빈도 편향 지표(biased frequency index; BFI)의 의한 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)와 단일 가닥 역 대칭도 (degree of inverse strand symmetry) 및 암호지역 대칭도 (degree of coding symmetry)에 의해 특징 지어진다. 유전체 진화 지도 (genome evolution map) 상에 나타난 좌우대칭 (reflection symmetry)의 특성은 진화 중 단일 가닥 역 대칭도 (degree of inverse strand symmetry)는 감소하지만 암호지역 대칭도 (degree of coding symmetry)는 단일 가닥 비대칭성 (strand asymmetry)의 감소와 함께 증가함을 보여준다. 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)은 염색체 재배열 (R)에 의해 고유 비대칭도 (native asymmetry)으로 부터 기인하며, OAstrand = OAnative * R로 표현되는 R은 비대칭 비 (asymmetry ratio)로 측정된다. 선도가닥의 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry), 고유 비대칭도 (native asymmetry) 및 재배열도 (degree of rearrangements)는 지연가닥의 그것들과 각각 비슷한 수준을 유지하며, 이는 replichore 내의 재배열과 ori 중심의 역전 (inversion)이 연동됨을 의미한다. 비대칭 비 (asymmetry ratio)를 통해 재배열 결과, 단일 가닥 비대칭도 (strand asymmetry)를 감소시키는 주요 원인은 삽입 (insertion)이 아니라 역전 (inversion)임을 보여준다. 역전 (inversion)은 돌연변이에 의해 하나의 근원 단일 가닥 내에서 목적 단일 가닥 쪽으로 전이된 각 단일 가닥 내에 역전 (inversion) 된 유전인자 (gene)들의 빈도 편향 지표(biased frequency index; BFI) 변화를 유도한다. 세균 유전체의 특징들, 비대칭성, 단일가닥 역대칭성 및 암호지역 대칭성은 염색체의 정렬도, 안정성, 및 효율성을 각각 나타내는데 사용될 수 있다. 그러한 결과들은 세균 유전체 진화 중 역전 (inversion)이 구조적 정렬도를 희생하여 번역 효율을 높이는 변화를 유도하는 중요 요인으로 작용됨을 제시한다.
Intrastrand single base complementarity, known as Chargaff's second parity rule, applies to both mononucleotide and oligonucleotides, and describes strand symmetry in bacterial and eukaryotic genomes. Bilateral inverse symmetry has been suggested to be a general feature of leading and lagging strand...
Intrastrand single base complementarity, known as Chargaff's second parity rule, applies to both mononucleotide and oligonucleotides, and describes strand symmetry in bacterial and eukaryotic genomes. Bilateral inverse symmetry has been suggested to be a general feature of leading and lagging strands in bacterial chromosomes; however, the effect of rearrangements on chromosomes is not well understood. GBParsy which is at least 5 - 100X faster than current parsers was developed, to analyze a lot of bacterial chromosome released as the GenBank flatfile (GBF) format as well as oligonucleotide analysis programs (PolGen) in order to address the question. I found that bacterial chromosomes maintain reflection symmetry, the mirror image around ori and ter, and that they have evolved from inverse strand symmetry to coding symmetry mainly by inversions. The features of reflection symmetry were characterized by strand asymmetry and the degree of inverse strand and coding symmetry, with the biased frequency index (BFI) representing frequency profiles of oligonucleotides. The features on a 'genome evolution map' reveal that the degree of inverse strand symmetry decreases, but the degree of coding symmetry of increases, with the decrease in strand asymmetry during evolution. The strand oligonucleotide asymmetry (OA_(strand)) results from the native asymmetry (OA(native)) by chromosomal rearrangement (R), expressed as OA_(strand) = OA(native) * R, where R can be measured as an asymmetry ratio. The same level of strand and native asymmetry and the degree of rearrangements are maintained in both strands, suggesting the coupling of inversion around the origin to rearrangements within the replichore. The effect of rearrangements on the asymmetry ratio shows that inversion, rather than insertion, acts as a major event to decrease strand asymmetry. Inversion drives the BFI changing of inverted genes in each strand shift from one of the source strands toward the target strand by mutations. The features of bacterial chromosomes, asymmetry, strand, and coding symmetries could be used to represent chromosomal order, stability, and efficiency, respectively. The results suggest that inversion acts as a major force to increase translational efficiency at the cost of structural order in bacterial genomes during evolution.
Intrastrand single base complementarity, known as Chargaff's second parity rule, applies to both mononucleotide and oligonucleotides, and describes strand symmetry in bacterial and eukaryotic genomes. Bilateral inverse symmetry has been suggested to be a general feature of leading and lagging strands in bacterial chromosomes; however, the effect of rearrangements on chromosomes is not well understood. GBParsy which is at least 5 - 100X faster than current parsers was developed, to analyze a lot of bacterial chromosome released as the GenBank flatfile (GBF) format as well as oligonucleotide analysis programs (PolGen) in order to address the question. I found that bacterial chromosomes maintain reflection symmetry, the mirror image around ori and ter, and that they have evolved from inverse strand symmetry to coding symmetry mainly by inversions. The features of reflection symmetry were characterized by strand asymmetry and the degree of inverse strand and coding symmetry, with the biased frequency index (BFI) representing frequency profiles of oligonucleotides. The features on a 'genome evolution map' reveal that the degree of inverse strand symmetry decreases, but the degree of coding symmetry of increases, with the decrease in strand asymmetry during evolution. The strand oligonucleotide asymmetry (OA_(strand)) results from the native asymmetry (OA(native)) by chromosomal rearrangement (R), expressed as OA_(strand) = OA(native) * R, where R can be measured as an asymmetry ratio. The same level of strand and native asymmetry and the degree of rearrangements are maintained in both strands, suggesting the coupling of inversion around the origin to rearrangements within the replichore. The effect of rearrangements on the asymmetry ratio shows that inversion, rather than insertion, acts as a major event to decrease strand asymmetry. Inversion drives the BFI changing of inverted genes in each strand shift from one of the source strands toward the target strand by mutations. The features of bacterial chromosomes, asymmetry, strand, and coding symmetries could be used to represent chromosomal order, stability, and efficiency, respectively. The results suggest that inversion acts as a major force to increase translational efficiency at the cost of structural order in bacterial genomes during evolution.
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