Rhizostoma pulmo - Univerza v Novi Gorici

2.5. Uporaba mitohondrijske DNA v filogenetskih študijah
Mitohondrijska DNA (mtDNA) je uporabna v raziskavah živalskih populacij zaradi
relativno preproste izolacije, relativno visoke frekvence mutacij v nekaterih delih
mitohondrijskega genoma in dedovanja po materini strani. Zaradi načina dedovanja
lahko sledimo materini liniji z mitohondrijskimi haplotipi.
Za filogenetske raziskave se najpogosteje uporabljajo nukleotidna zaporedja velike
(16S) in male (12S) rRNA, citokrom c oksidaze podenota I (COI) in citokroma b. Ti
odseki mtDNA so precej dobro proučeni in znotraj teh nukleotidnih zaporedij so
poznane bolj ali manj variabilne regije, na osnovi katerih je možna primerjava
nukleotidnih zaporedij in izpeljava filogenetskih odnosov. Nukleotidno zaporedje
gena za COI je eden izmed najbolj pogosto uporabljenih genetskih markerjev v
filogenetskih raziskavah živalih. Številne študije so potrdile, da je odsek na 5' koncu
COI gena (t.i. 5' Folmer del) primeren za rekonstrukcijo nižjenivojskih odnosov pri
višjih živalih (Erpenbeck in sod., 2005). Navkljub nekaterim pomislekom so novejše
študije potrdile primernost tega gena tudi v filogenetskih raziskavah klobučnjakov.
Ugotovili so, da je variabilnost COI pri klobučnjakih enako kot pri višjih živalih
(Huang in sod., 2008).
Eden od temeljev uporabe mtDNA v filogenetskih analizah populacij je
koalescenčna teorija, ki jo podpira nevtralni model evolucije. Koalescenca je
združitev razvojnih linij iz preteklosti. Bolj kot so si organizmi in geni med seboj
podobni, krajši je čas koalescence, čas do skupnega prednika. Čas koalescence
mtDNA je za vsaj štirikrat krajši kot za jedrne gene, ker ima mitohondrijski genom
eno samo kopijo (haploiden). Na filogenetskem drevesu vrstni red vej sovpada z
vrstnim redom dogodkov koalescence in predstavlja kladistične odnose med
nukleotidnimi zaporedji. Medtem ko dolžine vej, ki povezujejo nukleotidna zaporedja
v drevesu, sovpadajo s časom koalescence (povzeto po Gorički, 2004).
2.5.1. Zgradba mitohondrijske DNA pri klobučnjakih
Mitohondriji so zelo številčni celični organeli namenjeni celičnemu dihanju. V
matriksu mitohondrija je običajno 5 do 10 identičnih krožnih molekul mtDNA.
Mitohondrijski genomi večceličnih živali se razlikujejo po velikosti in razporeditvi
nekaterih genov v njem. Mitohondrijska DNA (mtDNA) je običajno kratka in
dvoverižna krožna molekula velikosti približno 16 kbp. Na njej so zapisani geni, ki
kodirajo različne beljakovine, ki sodelujejo v dihalni verigi, ribosomalne RNA (rRNA)
in transportne RNA (tRNA). V eni od verig je več gvanina in tisto verigo imenujemo
težka veriga, medtem ko drugo verigo imenujemo lahka. Večina genov je zapisana
na težki verigi.
Med ožigalkarji najbolje poznamo zgradbo mtDNA iz predstavnikov razreda
koralnjakov. Šele v letu 2006 je bil objavljen celoten zapis mtDNA uhatega
klobučnjaka (Shao in sod, 2006). Mitohondrijska DNA uhatega klobučnjaka je dolga
16 937 bp in ni krožna molekula, kakor pri koralnjakih (Bridge in sod., 1995), ampak
je linearna, kar je razmeroma redko med živalmi. Na mtDNA je zapis za 13
beljakovin, za veliko in malo podenoto rRNA in za 2 tRNA (za metionin in triptofan).
Na mtDNA sta dva odprta bralna okvirja za gene, ki kodirajo encime dihalne verige.
Geni so organizirani v dve skupini in vsaka skupina se prepisuje v svoji smeri, smer
prepisovanja DNA se spremeni na mestu, kjer je 93. nukleotid. Poleg linearnosti ima
mitohondrijski genom uhatega klobučnjaka še nekaj posebnosti. Gena za
ribosomalni RNA sta 7 kbp narazen in imata vsak svojo smer prepisovanja. Taka
9