Cluster and Repeats Tutus Fatia

CLUSTER AND REPEATS RESUME Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Genetika Lanjut yang dibina oleh Prof. Dr. Aloysius Duran Corebima, M.Pd

Oleh: Kelompok 2/Kelas D 1. Mar’atus Sholihah 2. Fatia Rosyida

(140341807359) (140341807181)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG PASCASARJANA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI JANUARI 2015 Cluster and Repeats A. Pendahuluan

Duplikasi DNA merupakan kekuatan utama pada kejadian evolusi. Peristiwa duplikasi yang terjadi secara bersamaan disebut dengan “tandem duplikasi”. Peristiwa tandem duplikasi dapat menimbulkan kesalahan pada replikasi atau rekombinasi. Pemisahan duplikatnya dapat dilakukan dengan translokasi kromosom. Lokasi duplikasi yang baru biasanya dihasilkan secara langsung dengan cara transposisi yang tergabung dengan daerah duplikasi pada DNA disekitar transposon. Duplikasi dapat juga terjadi pada gen yang utuh, kumpulan exon, atau bahkan pada exon tunggal. Saat gen utuh terlibat, peristiwa duplikasi menghasilkan dua salinan gen yang aktivitasnya tidak dapat dibedakan, tetapi terkadang salinannya tersebar pada masing-masing akumulasi mutasi yang berbeda. Seperangkat gen yang merupakan turunan dari duplikasi dan variasi dari beberapa gen leluhur disebut “gene family”. Anggotanya dapat berkelompok bersama-sama atau tersebar dalam kromosom (atau merupakan gabungan dari keduanya). Anggota gene family biasanya berhubungan atau bahkan memiliki fungsi yang identik, meskipun mereka terekspresi pada waktu yang berbeda atau pada tipe sel yang berbeda. Beberapa gene family terdiri dari anggota yang identik. Berkelompok merupakan prasyarat untuk mempertahankan identitas antar gen, meskipun demikian, gen yang berkelompok tidaklah identik. Rentangan dari sekelompok gen (gene cluster) yang ekstrim telah menghasilkan dua gen yang berhubungan dan berdekatan dengan kasus dimana ratusan gen identik terletak dalam suatu aturan tandem. Pengulangan tandem pada gen dapat terjadi pada saat produk yang dibutuhkan biasanya tidak dalam jumlah yang besar. Rekombinasi merupakan kunci dari kejadian evolusi pada genom. Kromosom rekombinan sama-sama terorganisasi sebagai kromosom induk. Mereka mengandung lokus yang sama dalam urutan yang sama pula. Meskipun demikian, mereka mengandung kombinasi alela yang berbeda, dan menyediakan bahan dasar untuk seleksi alam. Mekanisme perubahan genom yang mengandung gen yang merupakan lawan dari alela kombinasi disebut dengan “pindah silang khusus”, yang rekombinasinya terjadi saat berada pada dua daerah non homolog. Fitur yang memicu terjadinya hal tersebut adalah adanya pengulangan sekuens. Hal ini memungkinkan satu salinandari pengulangan dalam kromosom untuk melakukan rekombinasi dengan salinan yang berbeda. Pada saat rekombinasi terjadi, dapat menghapus satu kromosom rekombinan dan satu disisipkan pada yang lainnya. Mekanisme ini bertanggung jawab terhadap evolusi dari sekelompok gen yang sekuennya berhubungan. Fraksi yang sangat repetitif terhadap genom mengandung beberapa kopi ulangan unit yang sangat pendek. Salah satu diantaranya diidentifikasi sebagai puncak yang terpisah dari 1

analisis gradien kerapatan pada DNA. Biasanya berasosiasi dengan daerah kelembaman kromosom dan pada sentromer yang mengandung lampiran untuk pembelahan mitosis atau pembelahan meiosis spindel. Seluruh kejadian tersebut jarang sekali dapat mengubah genom, tetapi secara signifikan mempengaruhi peristiwa evolusi. B. Duplikasi Gen Merupakan Komponen Utama dalam Evolusi Suatu exon dapat mengalami duplikasi dan digunakan oleh gen lainnya. Peristiwa lainnya dapat terjadi melalui duplikasi satu gen yang melibatkan exon dan intron. Peristiwa ini diikuti dengan mutasi yang menghasilkan struktur gen baru dalam mekanisme seleksi alam. Peristiwa yang mengawali evolusi tersebut terjadi dalam periode waktu tertentu dan merupakan dasar dari jam evolusi. Ada dua tipe kejadian dalam suatu duplikasi gen yakni: 

Kedua gen hasil duplikasi sama-sama dibutuhkan. Hal ini dapat terjadi karena kedua gen tersebut menghasilkan protein yang fungsinya berbeda atau diekspresikan pada waktu dan



tempat yang berbeda. Satu gen tereliminasi, terjadi karena peristiwa mutasi yang akan merugikan ketika proses seleksi alam berlangsung.

C. Pengelompokan Globin melalui Duplikasi dan Divergensi Suatu gen mengalami duplikasi yang menghasilkan kopian gen yang identik dengan cetakannya. Dalam beberapa kasus, kopian gen tersebut tetap bergabung dengan cetakannya. contoh variasi hasil duplikasi ditunjukkan dari kelompok gen globin yang tergabung dalam gene family dari kingdom animalia. Secara umum gen globin dari semua spesies memiliki struktur yang mengandung 3 exon. Exon merupakan modul dari gen yang dapat menjadi percobaan evolusi pada beberapa kombinasi. Exon tunggal dari satu gen dapat disalin dan dapat digunakan pada gen yang lain. Pada gen-gen tertentu, exon dan intron dapat diduplikasi. Salinan ini dapat memiliki fungsi baru atau mungkin terekspresi pada waktu dan tempat yang berbeda dari salinan yang pertama, atau bahkan mungkin memiliki aktivitas yag berbeda pula. Pada umumnya, salinan gen yang kedua dekat dengan salinan gen yang pertama, namun pada kasus yang lain, salinan tetap terhubung dan duplikasi lebih lanjut dapat menghasilkan gen-gen yang berkelompok pada gen yang saling berhubungan. Perbedaan sekuen menjadi dasar dari evolusi manusia, terdiri dari 3 tahap, yaitu embrionik, janin, dan dewasa. Perbedaan antara tahap embrionik dan dewasa umum terjadi pada mamalia, namun jumlah sebelum dewasanya bermacam-macam. Pada manusia, zeta dan α merupakan 2 ‘rantai’ α. Epsilon, gamma, delta dan β adalah ‘rantai’ β. Pembelahan dari 2

‘rantai’ α dan ‘rantai’ β menggambarkan pengaturan gen. Masing-masing tipe globin dikode oleh gen menjadi kelompok tunggal. Dengan peregangan 50 kB, kelompok β terdiri dari 5 gen fungsional (ε, dua γ, δ, dan β), dan 1 nonfungsional gen (Ψβ). Dua gen γ berbeda asam aminonya, G merupakan glisin, dan A merupakan alanin. Sedangkan kelompok α memiliki peregangan sebesar 28 kB dan terdiri dari satu gen ζ yang fungsional dan satu gen ζ yang nonfunsional, dua gen α, dua gen α nonfungsional, dan gen θ yang masih belum diketahui fungsinya. Dua gen α mengkode protein yang sama. Dua atau lebih gen identik yang terdapat pada kromosom yang sama disebut dengan “salinan tak sealel”. Pada tikus, kelompok β terdiri dari 7 gen, yaitu terdiri dari 2 embrionik awal, satu embrionik akhir, 2 gen dewasa dan 2 pseudogenes. Sedangkan, pada kelinci dan ayam, jumlah gennya sama, yaitu 4 gen β. Gen dikatakan fungsional apabila mampu mengekspresi RNA dan menghasilkan suatu protein. Sedangkan gen dikatakan nonfungsional apabila tidak mampu mengkode protein. Hal tersebut dikarenakan bermacam-macam hal, diantaranya kesalahan transkripsi atau translasi, atau bahkan mungkin karena keduanya. Hal ini disebut “pseudogen” dan disimbolkan dengan Ψ. D. Rangkaian Penyebaran Merupakan Dasar dari Evolusi Pada umumnya perubahan rangkaian protein terjadi pada mutasi kecil yang lambat laun terakumulasi. Contohnya, titik mutasi, insersi kecil serta delesi terjadi melalui pertukaran gen. Pada sebagian kecil spesies, sebuah protein dirangkai melalui substitusi mutasional yang kemudian diikuti oleh eliminasi. Perbedaan diantara dua protein diekspresikan sebagai penyebarannya, persentasi posisi penyebaran asam aminonya juga berbeda. Penyebaran antar protein berbeda dengan dengan kococokan rangakaian asam nukleat. Sumber dari perbedaan ini ditampilkan dari tiap asam amino dalam sebuah tiga kodon dasar, yang mana pada kodon yang ke tiga tidak memiliki arti penting. Dapat dibagi rangkaian nukleotid dari daerah pengkode menjadi 2, yaitu: 

Replacement site; mutasi akan mengubah asam amino yang dikode. Efek mutasi



tergantung pada perubahan asam amino yang dihasilkan Silent site; mutasi hanya menggantikan satu kodon dengan kodon lain yang mengkode asam amino yang sama, sehingga tidak mengakibatkan perubahan fungsi protein. Mutasi diam bersifat netral, namun meskipun demikian mutasi ini dapat menyebabkan

ekspresi gen melalui perubahan rangkaian RNA. Mutasi pada replacement site seharusnya bertanggung jawab pada penyebaran asam amino. sebenarnya terdapat perbedaan pengukuran penyebaran selama evolusi. Misalnya: pada manusia β dan δ rantai globin, ada 10 yang 3

berbeda dalam 146 residu, dengan penyebaran sebesar 6,9%. Namun, perubahan itu didistribusikan sangat berbeda pada sisi replacement dan silent. Ada 11 perubahan dalam 330 sisi replacemnet tapi 20 perubahan hanya pada 111 sisi silent. Ini memiliki kecepatan penyebaran sebesar 3.7% pada sisi replacement dan 32% pada sisi silent. Digunakan grafik untuk membandingkan rangkaian dari gen homolog pada spesies yang berbeda, Dalam grafik itu ditunjukkan bahwa penyebaran pada rantai DNA tergantung dari pemisahan selama evolusi. E. Pseudogen Hilang pada Akhir Evolusi Pseudogen adalah untaian yang berhubungan dengan gen yang fungsional, tetapi yang tidak ditranslasikan ke protein fungsional. Beberapa pseudogen mempunyai struktur umum yang sama seperti gen fungsional, dengan untaian yang berhubungan dengan exon dan intron. Mereka menjadi inaktif karena mutasi yang dapat mencegah beberapa atau semua tingkatan dari ekspresi gen. Perubahan bisa mengambil bentuk penghapusan sinyal dari mulainya transkripsi, mencegah sambungan exon-intron, atau belum waktunya mengakhiri translasi. Biasanya pseudogen memiliki beberapa gangguan mutasi. Sepertinya, sekali itu dihentikan untuk menjadi aktif, sehingga tidak terakumulasi untuk mutasi selanjutnya. Pseudogen yang menunjukkan bentuk inaktif dari gen aktif yang telah ditemukan di banyak sistem saat ini, seperti globin, imunoglobin, dan antigen histocompatibility, yang terletak di sekitar kelompok gen, seringkali menyelingi gen aktif. Contoh dari pseudogen, adalah pseudogen kelinci, Ψβ2, yang memiliki organisasi exon dan intron yang biasa, dan berhubungan paling dekat dengan gen globin β1 yang fungsional. Tetapi delesi dari pasangan basa pada kodon 20 dari Ψβ2 telah menyebabkan perubahan yang akan memicu terminasi lebih pendek setelahnya. Jika pseudogen telah menjadi inaktif setelah disebabkan oleh duplikasi dari β1, seharusnya kecepatan divergensi bagian penggantidan bagian diam sama. Tetapi sebenarnya terdapat beberapa subsitusi bagian penggantidaripada subsitusi bagian diam. Dari tingkat relatif subsitusi pada dua tipe bagian tersebut, kita dapat menghitung bahwa Ψβ2 berbeda dengan β1 dari 55 juta tahun yang lalu, tetapi menjadi pseudogen di 33 juta tahun terakhir.Perlu diingat bahwa gen tersebut telah bertahan pada populasi yang ada. Pada masa lalu, jumlah dari pseudogen yang lain mungkin telah mengalami peristiwa eliminasi. F. Ketidakseimbangan Pindahan Silang Menyusun Kembali kelompok Gen (Gene Cluster) 4

Ada beberapa cara untuk menyusun kembali sekelompok gen yang bekerja secara bersama-sama atau bekerja secara individu, contohnya dapat dilihat dari hasil kerjasama pada sekelompok mamalia β, dimana sekelompok gen tersebut memiliki fungsi sama, sistem yang sama, yang berbeda hanyalah ukuran, jumlah, jenis dan tipe β-gobin, jumlah serta struktur dari psudogen. Sekelompok gen dapat menyebar karena peristiwa pindah silang tak setangkup, ketika rekombinan terjadi di antara gen non-alel. Biasanya rekombinan terjadi pada ikatan yang berhubungan di dalam DNA, khususnya diantara dua kromosom homolog. Rekombinan yang tejadi diantara cetakan gen yang tidak berpasangan, disebut dengan rekombinan kromosom nonresiprok, dimana satu diantaranya memiliki duplikat gen dan yang satunya lagi hilang. Rekombinan yang pertama akan mengalami kenaikan jumlah dari dua menjadi tiga, sedangkan yang kedua mengalami penurunan jumlah dari dua menjadi satu. Pada contoh yang ada, terdapat cetakan gen yang tidak berhubungan, satu dan dua yang homolog. Akan tetapi, pindah silang tak setangkup juga dapat terjadi ketika gen yang berdekatan

saling

mendekat

(meskipun

kemugkinannya

kecil

daripada

yang

identik).Hambatan pindah silang tak setangkup ini dapat disebabkan oleh beberapa masalah seperti globin, keikutsertaan exon pada cetakan gen dapat mendukung untuk berikatan dan berpasangan tetapi rantai intron juga punya penyimpangan terhadapnya. Kehadiran pasangan exon juga secara tiba-tiba menghapus berlangsungnya ikatan DNA sehingga dapat disisipi. Hal ini merupakan kesempatan yang paling mudah terjadinya pindah silang tak setangkup. Jadi, penyimpangan antara intron dapat menjaga kestabilan kelompok gen oleh hambatan yang muncul pada pindah silang tak setangkup. Dari perbedaan diantara gen globin pada mamalia, dapat kita lihat penggandaan yang mengikuti bentuk yang penting dari sebuah evolusi pada tiap kelompok. Struktur yang ditunjukkan dengan sekelompok gen manusia dengan penggandaan yang jarang merupakan suatu mekanisme yang penting. Rantai fungsional yang di dalamnya terdapat dua gen α yang mengkode protein yang sama, dengan baik dapat bekerja sama dengan gen β dan δ, dan dua yang identik dengan gen γ. Hal ini pada suatu populasi merupakan hal yang komparatif dalam hal penggandaan, tidak menjelaskan hubungan penggandaan yang secara alami dihasilkan dari bermacam-macam tipe gen globin. Penggandaan yang lain mungkin hanya dapat memunculkan gen yang samar atau mungkin dapat hilang. G. Gen dari rRNA Membentuk Sebuah Unit Tandem Berulang Terdapat perbedaan antar individu, yang merupakan anggota dari sekelompok gen, yaitu bertindak secara bebas terhadap setiap gen, dan terdapat sebagian besar kelompok gen yang memiliki salinan identik dari gen yang sama atau gen lainnya. Kebanyakan organisme 5

mengandung beberapa salinan gen dari protein histon, dan menjadi komponen utama dalam pembentukan kromosom. Keadaan tersebut menimbulkan beberapa pertanyaan menarik tentang evolusi. RNA ribosom merupakan hasil utama dari proses transkripsi. Jumlah dari gen rRNA bervariasi, mulai dari 7 yang dimiliki oleh E. coli, 100-200 pada eukariot tingkat rendah, hingga ribuan pada eukariot tingkat tinggi. Gen-gen untuk rRNA besar dan kecil (yang ditemukan pada subunit kecil pada ribosom) biasanya berasal dari pasangan tandem. Pada bakteri, beberapa pasangan gen rRNA bersifat menyebar. Pada kebanyakan inti eukariot, gen rRNA terdapat pada kelompok atau sekelompok tandem. Alasan penting pada sekelompok tandem digambarkan sebagai suatu lingkaran, dimana fragmen A dan B mengandung unit berulang, dan fragmen C merupakan akhir dari suatu ulangan, dan awal untuk ulangan berikutnya adalah karena apabila terdiri dari kelompok besar, maka penggambaran secara melingkar akan menghasilkan jumlah yang jauh lebih besar dibandingkan apabila digambarkan secara terminal yang menghubungkan sekelompok gen dengan DNA yang terdekat.

Daerah pada nukleus, dimana sintesis rRNA terjadi memiliki ciri khusus, yaitu terdapat inti fibrillar, dimana rRNA ditranskrip dari template DNA. Dan korteks bergranula merupakan bentukan dari partikel ribonucleiprotein yang merupakan kumpulan dari rRNA. Keseluruhan daerah tersebut disebut dengan “nucleulus”. Daerah khusus pada kromosom yang berhubungan dengan nukleulus disebut dengan “pengatur nuclei”. Tiap pengatur nuclei sesuai terhadap sekelompok gen rRNA yang diulang secara tandem pada satu kromosom. Konsentrasi dari gen rRNA yang diulang secara tandem dan intensitas transkripsinya, bertanggung jawab atas penciptaan karakteristik morfologi dari inti. Pasangan dari rRNAs utama ditranskrip menjadi prekursor tunggal pada bakteri dan inti eukariot. Setelah transkripsi, prekursor mengalami pembelahan dan menghasilkan 6

molekul rRNA tunggal. Sebuah kelompok rDNA, mengandung beberapa unit transkripsi, dimana tiap unit terpisah dengan unit yang lainnya oleh “nontranscribed spacer”. Jarak nontranskrip spacer beranekaragam antar spesies. Pada ragi, nontranskrip spacernya pendek dan relatif konstan. Sedangkan pada D. melanogaster dan X. Laevis jaraknya menjadi 2 kali lipat. Pada mamalia, jumlah unit berulang jauh lebih besar. Biasanya, gen terletak pada beberapa kelompok gen yang tersebar. Satu daerah tetap yang berada pada permulaan unit merupakan suatu kekhususan dari urutan dan panjang. Urutan yang selalu konstan disebut dengan “Pulau Bam”. Berdasarkan pengaturan ini, dapat dilihat bahwa kelompok gen dikembangkan oleh duplikasi, termasuk pada daerah promoter. Masih terdapat dilema, yaitu variasi pada daeran nontranscribed sering terdapat pindah silang yang tidak merata. Hal ini dapat mengubah ukuran dari kelompok gen, namun tidak akan mengubah pengulangan sifat individu. H. Fiksasi Pindah Silang dapat Mengatur Pengulangan yang Identik Duplikasi gen merupakan hasil dari relaksasi secara cepat pada tekanan evolusi pada rantainya. Dan dihasilkan dua salinan yang identik, apabila terjadi satu perubahan pada sekuen, maka organisme tersebut tetap dapat mempertahankan fungsi proteinnya, karena salah satu kopiannya masih bisa mentranskrip asam amino yang asli. Langkah selanjutnya setelah duplikasi gen, perubahan mungkin dapat terakumulasi secara cepat pada salah satu salinan, menjadikan fungsi yang baru, atau tidak digunakan pada pembentukan pseudogen. Jika fungsi baru berkembang, maka gen yang terlibat, lambat laun, ciri khas aslinya menjadi hilang. Hal ini merupakan mekanisme yang bertanggungjawab dalam pemisahan fungsi antara gen globin embrio dan dewasa. Namun terdapat contoh dimana gen yang diduplikasi masih mempertahankan fungsi yang sama, yaitu pengkodean untuk protein identik atau hampir identik oleh dua gen globin-α manusia, dan hanya ada satu asam amino yang berbeda antara dua protein globinγ. Kemungkinannya adalah kedua gen tidak benar-benar memiliki fungsi yang identik, namun berbeda

dalam

beberapa

hal

(tidak

terdeteksi),

seperti

waktu

atau

tempat

ekspresi. Kemungkinan lain adalah bahwa kebutuhan dari dua salinan adalah kuantitatif, karena

tidak

dengan

sendirinya

menghasilkan

jumlah

protein

yang

cukup.

Model fiksasi pindah silang memberikan gambaran bahwa seluruh cluster dikenakan penataan ulang terus menerus dengan mekanisme pindah silang yang tidak merata. Peristiwa tersebut dapat menjelaskan evolusi dari banyak gen jika mekanisme pindah silang yang tidak merata menyebabkan semua salinan diregenerasi secara fisik dari satu salinan.

7

Model fiksasi silang memprediksi bahwa urutan DNA yang tidak berada di bawah tekanan

selektif akan

diambil

alih oleh

serangkaian pengulangan tandem identik yang

dihasilkan dengan cara ini. Asumsi penting adalah bahwa proses fiksasi pindah silang relatif cukup cepat untuk terjadinya mutasi, sehingga mutasi baru dieleminasi atau untuk mengambil alih seluruh cluster. Dalam kasus cluster DNA, faktor lebih lanjut ditentukan oleh seleksi dari sebuah urutan transkripsi yang efektif. I. Satellite DNAs Sering Terdapat di Heterochromatin DNA berulang didefinisikan oleh (relatif) pertumbuhan yang pesat dalam renaturasi. Komponen renatures paling cepat dalam genom eukariotik disebut DNA highly repetitive, dan terdiri dari urutan yang sangat singkat berulang kali dalam tandem di kelompok besar. Karena unit pendek berulang, kadang-kadang digambarkan sebagai urutan DNA sederhana. Pengulangan tandem dari urutan pendek sering menimbulkan pecahan dengan sifat fisik yang khas yang dapat digunakan untuk mengisolasi. Dalam beberapa kasus, urutan berulang memiliki komposisi dasar yang berbeda dari rata-rata genom, yang memungkinkan untuk membentuk fraksi tersendiri berdasarkan kerapatan apung yang berbeda, disebut DNA satelit. DNA satelit istilah dasarnya identik dengan urutan DNA sederhana yang tidak ditranskripsi atau diterjemahkan. Tandem urutan berulang terutama bertanggung jawab untuk menjalani misalignments selama pasangan kromosom. Bahkan, kelompok yang lebih kecil dari urutan tersebut dapat digunakan untuk mengkarakterisasi genom individu dalam teknik "sidik jari DNA." Kepadatan apung dari DNA dupleks tergantung pada konten G.C yang sesuai dengan rumus empiris ρ = 1,660 + 0,00098 (% G .C) g-cm-3. Kerapatan apung biasanya ditentukan oleh pemusingan DNA melalui gradien kepadatan CsCl. DNA membentuk band di posisi yang sesuai untuk kepadatan sendiri. Ketika DNA eukariotik disentrifugasi pada gradien densitas, dua jenis bahan dapat dibedakan: 

Sebagian besar dari genom membentuk kontinum fragmen yang muncul sebagai puncak agak luas yang berpusat pada kepadatan apung yang sesuai dengan G .C rata-



rata genom. Ini disebut band utama. Kadang-kadang terdapat tambahan, puncak yang lebih kecil terlihat pada nilai yang berbeda. Bahan ini adalah DNA satelit. Satelit hadir dalam banyak genom eukariotik. Mereka mungkin lebih berat atau lebih

ringan dibanding band utama. Perilaku DNA satelit pada gradien kerapatan sering anomali. 8

Ketika komposisi dasar sebenarnya dari satelit ditentukan, berbeda dari prediksi berdasarkan kerapatan apung nya, karena ρ adalah fungsi tidak hanya komposisi dasar, tetapi konstitusi dalam hal pasangan tetangga terdekat. Seringkali sebagian besar DNA highly repetitive dari genom dapat diisolasi dalam bentuk satelit. Ketika komponen DNA highly repetitive tidak terpisah sebagai satelit, pada isolasi properti sering terbukti menjadi serupa dengan DNA satelit. Bahan terisolasi dengan cara ini kadang-kadang disebut sebagai cryptic satellite. Dimana dalam genom terdapat lokasi blok DNA highly repetitive? Perpanjangan teknik hibridisasi asam nukleat memungkinkan lokasi urutan satelit akan ditentukan langsung dalam komplemen kromosom. Dalam teknik hibridisasi in situ, DNA kromosom ini didenaturasi dengan memperlakukan sel-sel yang telah tergencet pada kaca penutup. Kemudian larutan yang mengandung DNA atau RNA berlabel radioaktif probe ditambahkan. Probe hybridizes dengan melengkapi dalam genom didenaturasi. Lokasi dari situs hibridisasi dapat ditentukan dengan autoradiografi. DNA satelit ditemukan di daerah heterochromatin. Heterochromatin adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan daerah kromosom yang permanen erat melingkar dan inert. Heterochromatin umumnya ditemukan di sentromer. Lokasi centromeric DNA satelit menunjukkan bahwa ia memiliki beberapa fungsi struktural dalam kromosom. Fungsi ini dapat dihubungkan dengan proses segregasi kromosom.

J. Satelit Arthropoda Memiliki Identitas Pengulangan Sangat Pendek Pada arthropoda, masing-masing DNA satelit tampaknya agak homogen. Biasanya, rekening unit tunggal yang sangat singkat mengulangi untuk> 90% dari satelit. Hal ini membuat relatif mudah untuk menentukan urutan. Drosophila virilis memiliki tiga satelit utama dan juga cryptic satellite, yang mewakili > 40% dari genom. Sebuah substitusi basa tunggal cukup untuk menghasilkan baik satelit II atau III dari urutan satelit I.

9

Keterangan gambar DNA satellit pada Drosophila viridis dihubungkan. Lebih dari 95% pada masing-masingnya satellit berisi pengulangan tandem dari sekuens predominan.

Urutan satelit I ada pada spesies lain Drosophila berkaitan dengan virilis. Urutan satelit II dan III tampaknya khusus untuk D. virilis, dan mungkin telah berevolusi dari satelit I setelah spesiasi. Fitur utama dari satelit ini sangat singkat, mengulangi hanya 7 bp. Satelit serupa ditemukan pada spesies lain. Hubungan ditemukan di antara satelit D. virilis yang tidak selalu fitur lainnya berupa genom, dimana satelit mungkin memiliki urutan yang tidak berhubungan Setiap satelit telah muncul dengan urutan amplifikasi lateral yang sangat singkat. Satelit terus-menerus dihasilkan dan hilang dari genom. Hal ini membuat sulit untuk memastikan hubungan evolusioner, sejak satelit bisa berevolusi dari beberapa satelit sebelumnya yang sejak itu telah hilang. Fitur penting dari satelit ini adalah bahwa mereka mewakili jangkauan sangat panjang dari DNA yang urutan kompleksitas sangat rendah. Salah satu fitur dari banyak satelit adalah diucapkan asimetri dalam orientasi pasangan basa pada dua untai. Hal ini meningkatkan densitas apung, sehingga pada denaturasi pada untai berat (H) dapat dipisahkan dari untai komplementer cahaya (L). Hal ini dapat berguna dalam urutan satelit.

K. Satelit Mamalia Terdiri dari Pengulangan Hierarki Pada mamalia, urutan yang terdiri dari masing-masing satelit menunjukkan cukup divergensi antara pengulangan tanden. Serangkaian varian dari unit pendek merupakan unit yang berulang-ulang sendiri bersama-sama dengan beberapa variasi. Sehingga mamalia dibangun dari sebuah hirarki unit berulang. Ketika setiap DNA satelit dicerna dengan enzim yang memiliki situs pengenalan dalam unit yang berulang, satu fragmen akan diperoleh untuk setiap unit berulang di mana 10

situs terjadi. Faktanya, ketika DNA dari eukariotik genom dicerna dengan pembatasan enzim, sebagian besar memberikan corengan umum, karena distribusi acak situs belahan. Tapi DNA satelit menghasilkan ikatan-ikatan yang tajam, karena sejumlah fragmen identik atau mempunyai ukuran hampir identik yang dibuat oleh pembelahan di situs restriksi yang terpisah jarak yang teratur. Menentukan urutan DNA satelit itu sulit. Kita dapat mendapatkan urutan secara langsung menggunakan ikatan yang dihasilkan oleh pembelahan diskrit pembatasan. Namun, jika ada perbedaan antara unit-unit berulang individu, nukleotida berbeda akan hadir pada posisi yang sama dalam pengulangan berbeda, sehingga sekuensing gel akan jelas. Segmen individu dari satelit dapat dimasukkan ke dalam plasmid untuk kloning. Kesulitannya adalah urutan satelit cenderung dihilangkan dari plasmid chimeric oleh rekombinasi di host bakteri. Namun, ketika kloning berhasil, dimungkinkan untuk menentukan urutan segmen kloning jelas. Dengan pendekatan sekuensing, informasi yang diperoleh terbatas untuk jarak yang dapat dianalisis pada satu set gel urutan. Pengulangan dari salinan tandem yang berbeda membuatnya mustahil untuk merekonstruksi urutan dengan mendapatkan tumpang tindih antara fragmen restriksi individu. Dengan seperempat ulangan, kita menemukan bahwa masing-masing terdiri dari dua subunit terkait, ditampilkan sebagai urutan α dan β. Urutan α semua memiliki penyisipan C, dan urutan β semua memiliki penyisipan sebuah trinucleotide, relatif terhadap urutan konsensus umum. Hal ini menunjukkan bahwa seperempat ulangan berasal oleh duplikasi berurutan. Perubahan lebih lanjut kemudian terjadi antara urutan tandem αβ diulang untuk menghasilkan seperempat dan individu setengah mengulangi yang ada saat ini. Ketika satelit “dicerna” oleh enzim yang mana memiliki satu sisi pembelah pada urutan 234 bp, hal ini juga menghasilkan dimer, trimer, dan tetramer sehubungan dengan panjang 234 bp. Mereka muncul ketika sebuah unit pengulangan telah kehilangan enzim sisi pembelahan sebagai hasil dari mutasi. Unit monomerik 234 bp dihasilkan ketika dua pengulangan berdekatan yang masing-masing memiliki sisi pengulangan. Dimer terjadi ketika satu unit kehilangan sisinya, trimer dihasilkan ketika dua unit yang berdekatan kehilangan sisinya, dan seterusnya. Dengan beberapa enzim pembatas, sebagian besar satelit dipecah menjadi anggota serangkaian pengulangan. Menurunnya jumlah dimer, trimer, dll menunjukkan bahwa ada distribusi acak dari mengulangi di mana situs pengenalan enzim telah dieliminasi oleh mutasi.

11

L. Minisatelit Berguna Untuk Pemetaan Genetik Urutan yang menyerupai satelit terdiri dari pengulangan tandem dari unit pendek, tapi secara keseluruhan jauh lebih pendek, yang terdiri dari (misalnya) mengulangi 5-50, yang umum dalam genom mamalia. Mereka ditemukan secara kebetulan sebagai fragmen yang ukurannya sangat bervariasi di genom DNA manusia. Variabilitas ini terlihat ketika populasi berisi fragmen berbagai ukuran yang mewakili wilayah genomik yang sama, ketika individu diperiksa, ternyata ada polimorfisme yang luas, dan alel yang berbeda dapat ditemukan.Urutan ini disebut minisatellite atau VNTR (jumlah variabel ulangi tandem) daerah. Penyebab dari variasi adalah bahwa alel individu memiliki nomor yang berbeda dari unit berulang. Tingkat pertukaran genetik pada urutan minisatellite tinggi, ~ 10 kb -4 per DNA. Tingkat ini adalah ~ 10X lebih besar dari tingkat rekombinasi homolog pada meiosis, yaitu dalam urutan DNA acak. Jadi minisatellites mungkin hotspot untuk rekombinasi meiosis. Kadang-kadang kehadiran minisatellite berkorelasi dengan tingkat tinggi pertukaran di sekitarnya, tetapi dalam beberapa kasus rekombinasi terjadi antara kromatid bersaudara. Dalam kasus terakhir perubahan panjang minisatellite, tetapi tidak berpengaruh pada flanking makers, karena identik pada kedua molekul penggabungan DNA. Variabilitas yang tinggi dalam minisatellites membuatnya berguna untuk pemetaan genom, karena ada kemungkinan besar bahwa individu akan bervariasi dalam alel mereka di lokus. Efek dari variasi pada lokus individu menciptakan suatu pola yang unik untuk setiap individu. Hal ini memungkinkan untuk menetapkan keturunan tegas antara orang tua dan keturunan, dengan menunjukkan bahwa 50% dari band di setiap individu yang diturunkan dari orang tua tertentu. Ini adalah dasar dari teknik yang dikenal sebagai sidik jari DNA.

PERTANYAAN DAN JAWABAN 1. Mengapa Duplikasi DNA merupakan kekuatan utama pada kejadian evolusi? Jawaban: Karena duplikasi dapat menimbulkan kesalahan pada replikasi atau rekombinasi. Rekombinasi merupakan kunci dari kejadian evolusi pada genom. Kromosom rekombinan sama-sama terorganisasi sebagai kromosom induk. Mereka mengandung lokus yang sama dalam urutan yang sama pula. Meskipun demikian, mereka 12

mengandung kombinasi alela yang berbeda, dan menyediakan bahan dasar untuk seleksi alam. Rekombinasi akan membentuk variasi genetik, kemudian akan melakukan adaptasi dan spesiasi 2. Mengapa pengkodean untuk protein identik atau hampir identik oleh dua gen globin-α manusia, dan hanya ada satu asam amino yang berbeda antara dua protein globin-γ? Jawab: Kemungkinannya adalah kedua gen tidak benar-benar memiliki fungsi yang identik, namun berbeda dalam beberapa hal (tidak terdeteksi), seperti waktu atau tempat ekspresi. Kemungkinan lain adalah bahwa kebutuhan dari dua salinan adalah kuantitatif, karena tidak dengan sendirinya menghasilkan jumlah protein yang cukup.

Daftar Rujukan: Lewin, Benjamin. 2004. Genes VIII. United State of America: Pearson Education, Inc.

13