Структурно-функціональна організація геному еукаріотів

1. Практично вся генетична інформація в еукаріотів міститься в лінійно організованих хромосомах, які знаходяться в клітинному ядрі. Внутрішньоклітинні органели — мітохондрії і хлоропласти — мають свій власний генетичний матеріал. Геноми мітохондрій і пластид організовані як прокаріотичні геноми. Отже, система генетичного апарата клітини включає генотип ядра та плазмотип (плазмон) цитоплазми. Генетичний апарат клітини дискретний. У генотипі ядра він представлений хромосомами та генами, що входять до складу хромосом, у плазмотипі цитоплазми - плазмогенами, котрі є фрагментами пластидної і митохондріальної ДНК.

2. Геном еукаріотів – полірепліконна структура, має декілька сайтів ініціації реплікації і декілька репліконів.

3. Геноми деяких видів організмів (нематоди, амфібії, більшість видів покритонасінних рослин) мають поліплоїдну природу.

4. У геномах еукаріотів наявні складні локуси, що мають великі розміри та містять декілька генів, які іноді перекриваються (наприклад, складні локуси Drosophila melanogaster, що регулюють формоутворюючі процеси в онтогенезі мухи). У кожному такому локусі знаходиться «гомеобокс» з 180 пар нуклеотидів, котрі на 80% однакові за нуклеотидним складом і взаємодіють із тими ж самими регуляторами, але по-різному.

5. В еукаріотів близько 5% ДНК складають екзони (ділянки гена, які кодують білки), 25% – інтрони (ділянки гена, що транскрибуються, але потім видаляються під час сплайсингу), 70% складають спейсери – ділянки ДНК між генами, що не транскрибуються. До них відносяться такі ділянки: ті, що беруть участь у компактизації ДНК; ті, що забезпечують укладку хроматина в інтерфазному ядрі, в тому числі ті, що прикріплюють ДНК до ядерної оболонки зсередини; центроміри або первинні перетинки хромосоми – ділянки, до яких прикріплюються нитки веретена поділу; теломіри – концеві ділянки хромосом, що виконують роль буфера проти кінцевої недореплікації; промотори, оператори, енхансери, термінатори.

6. Велика кількість генів.

7. Велика кількість ДНК.

8. У хромосомах існує дуже складна система контролю активності генів у часі і в просторі, пов’язана з диференціацією клітин і тканин в онтогенезі організму.

9. Кількість ДНК в хромосомах збільшується з ускладненням організації організмів.

10. Мозаїчність структури генів – наявність в них значущих і некодуючих послідовностей нуклеотидів – екзонів і інтронів. У 1977 році встановлено, що структурні гени хромосом еукаріотів мають перервчасту структуру. Екзони включають не тільки ті послідовності, що кодують ділянки поліпептидів, але й послідовності нуклеотидів, що містяться в зрілих РНК, але не транслюються.

11. Надлишковість геному – наявність численних повторів значущих і незначущих послідовностей нуклеотидів. Так, у людини геном містить число нуклеотидних пар, достатнє для утворення більше 2 млн. структурних генів, але існує за даними 2000 року (коли був розшифрований геном людини) лише 31 тис. структурних генів.

12. У геномі наявні повтори нуклеотидів високої частоти (25% геному), середньочастотні повтори (30% всієї ДНК), унікальні послідовності (45% геному).

13. Повтори нуклеотидів високої частоти - короткі та прості за первинною будовою послідовності, представлені сателітною ДНК, що входить до складу гетерохроматину центромір, тепломір і супутників; не несуть генетичної інформації і не транскрибуються. Еволюциія таких послідовностей не відчувала впливу природного добору, а визначалася в основному генною конверсією та нерівним кросинговером.

14. Середньочастотні повтори складаються із значущих та незначущих послідовностей ДНК, що мають різну протяжність і частоту повторів. До незначущих відносяться: а) сигнальні послідовності, що забезпечують регуляцію функцій геному; вони розсіяні по всьому геному та входять до складу промоторів, термінаторів, інших регуляторних елементів, які специфічно розпізнаються відповідними білками; б) зворотні повтори – паліндроми – сприяють розпізнаванню ферментами та регуляторами промоторів і термінаторів. Регуляторні послідовності не кодують білки, але, взаємодіючи з білками-регуляторами, можуть впливати на експресію генів. Значущі повтори генів згруповані в блоки або кластери в прицентромірних гетерохроматинових ділянках хромосом. Окремі повтори розділені спейсерами. До складу середньочастотних (помірних) повторів відносяться гени, що кодують рРНК, тРНК, гістони. Повтори цих генів визначаються кількісними критеріями: більше генів – більше продукта, тобто їхнє функціонування забезпечує клітину необхідною кількістю рРНК, тРНК.

15. Унікальні послідовності нуклеотидів представлені в геномі поодинокими або малочисельними копіями; до них відносяться структурні та регуляторні гени. Більше половини гаплоїдного набору геному еукаріотів складають унікальні гени, представлені поодиноко. У людини таких унікальних генів - 64%, у теля - 55%, у дрозофили - 70%. Унікальні послідовності еукаріотів, на відміну від генів прокаріотів, мають мозаїчну будову та складаються з екзонів і інтронів.

16. Багаторазово повторювані послідовності нуклеотидів є копіями (повтореннями) унікальних послідовностей (у прокаріотів - немає). Копії групуються декількома десятками або сотнями та утворюють блоки, які локалізуються в певному місці хромосоми. Повтори реплікуються, але, как правило, не транскрибуються. Вони можуть відігравати роль: 1) регуляторів генної активності; 2) захисного механізму від точкових мутацій; 3) збереження та передачі спадкової інформації; 4) механізм еволюції.

17. Томас Морган вказав на стабільность структури геному та постійність розміщення генів у хромосомах. Але в 70-х роках ХХ століття у дрозофіли знайдена група генів, представлених багатьма мігруючими елементами, розкиданими по разним ділянкам хромосом. 30% генів мігрують по хромосомам, не маючи постійної локалізації. Мобільні гени складають приблизно 5% всього геному.

18. Наявність регуляторних елементів, що регулюють транскрипцію, таких як: а) промотори - 3 види, на кожний з котрих «сідає» специфічна полімераза. РНК-полімераза I транскрибує рибосомні гени, РНК-полімераза II - структурні гени білків, РНК-полімераза III - гени, що кодують невеликі РНК. Промотори РНК-полімерази I і РНК-полімерази II знаходяться перед ділянкою ініціації транскрипції, промотор РНК-полімерази III - в межах структурного гена; б) модулятори – нуклеотидні послідовності ДНК, які посилюють рівень транскрипції; окремо виділяють енхансери (посилювачі) - послідовності, що посилюють рівень транскрипції і діють незалежно від свого положення відносно кодуючої частини гена та стану початкової точки синтеза РНК; г) термінатори - специфічні послідовності, які припиняють і трансляцію, і транскрипцію. Ці послідовності за своєю первинною структурою та розміщенню відносно ініціюючого кодона відрізняються від прокаріотичних, і бактеріальна РНК-полімераза їх не " впізнає". Отже, для експресії еукаріотичних генів у клітинах прокаріотів необхідно, щоб гени знаходилися під контролем прокаріотичних регуляторних елементів. Цю обставину необхідно враховувати при конструюванні векторів для експресії генів у рекомбінантній ДНК під час виконання генно-інженерних робіт.

19. У більшості активно функціонуючих клітин структурні гени, що забезпечують життєдіяльність еукаріотичної клітини, зазвичай постійно транскрибуються. Але окремі гени, унікальні для певних тканин або органів, транскрибуються та транслюються тільки в клітинах певних тканин. Наприклад, гени, що кодують α - и β -субодиниці гемоглобіну дорослої людини, експресуються виключно в клітинах - попередниках еритроцитів. Кількість різних мРНК, специфічних для різних клітин, варіює від одиниць до десятків.

20. Здатність клітин включати (активувати) або виключати (інгібірувати) структурні гени дуже важлива для підтримання клітинної специфічності та економного використання енергетичних ресурсів. Звідси і різноманітність факторів транскрипції, що мають білкову природу. Більшість з них зв’язуються безпосередньо з нуклеотидною послідовністю довжиною менше 10 п.н., яка називається по-різному: боксом, модулем, елементом ініціації, регуляторним елементом. На відміну від прокаріотів, в еукаріотів оперони переважно відсутні, тобто кожний еукаріотичний структурний ген має свій власний набір регуляторних елементів. Суттєву роль в регуляції транскрипції в еукаріот, окрім взаємодії між ДНК і білками, відіграють також білок-білкові взаємодії.

21. Незважаючи на індивідуальність набору регуляторних елементів у структурних генів еукаріот, кожний з них має промоторну ділянку (ТАТА-бокс, або бокс Хогнеса) з восьми нуклеотидів, який включає послідовність TATA; послідовність ССААТ (САТ-бокс); ділянку з динуклеотидів GC, що повторюється (GC-бокс). Ці елементи знаходяться на відстані 25, 75 та 90 п.н. від сайта ініціації відповідно.

22. Гени еукаріот сгруповані в оперони. Принцип побудови оперонів еукаріот подібний до такого в прокаріот. Але в еукаріот інша організація оперону: він містить лише один структурний ген на відміну від оперону бактерій, в якому їх до десятка. Тому в еукаріотів поширена узгоджена регуляція генів, що відносяться до різних оперонів, просторово відокремлених або тих, що знаходяться навіть у різних хромосомах. Прикладом цього є припинення транскрипції усіх генів при сперматогенезі у тварин. Гени, що знаходяться в ядрі сперматозоїда, неактивні. Групове виключення однієї хромосоми спостерігається в онтогенезі самок, в яких гени обох Х-хромосом є активними лише на ранніх стадіях ембріогенезу, коли вірішується питання, за яким шляхом буде відбуватися розвиток – чоловічим чи жіночим. Подальший розвиток первинних і вторинних статевих ознак регулюється статевими гормонами.

Більш подробно слід зупинитися на характеристиці повторюваних ділянок ДНК еукаріотів для розуміння можливостей подальшого дослідження функціонування та еволюції геному еукаріот.

Повторювані ДНК та мультигенні родини. Геном еукаріотів містить різні типи повторюваних ДНК (рис.), спочатку узагальнених Бриттеном і Коне (Britten, Kohne 1968). Ці ДНК включають послідовності нуклеотидів, які повторюються в геномі від декількох до мільйонів разів. Кількість повторюваної ДНК сильно варіює у різних організмів. Так,
еншеимивана ДНК становить 5% геному людини та 10% геному миші. Функції багатьох повторюваних ДНК не відомі. Деякі її класи, мабуть, є не
функціональними («ДНК мотлох», Ohno, 1972). Однак деякі групи повторюваної ДНК
мають чітко окреслені функції: кодування тРНК, рРНК, множинні родини.

Рис.. Різні категорії повторюваної ДНК. Пояснення скорочень і ролі повторів ДНК наводяться в тексті (за Klug, Cummings, 2002).

Нуклеотидний склад ДНК (наприклад, частка пар G ≡ C по відношенню до A = T пар) для
певного виду відображає її щільність, яка може бути виміряна за допомогою
центрифугування в градієнті щільності. Коли таким способом аналізується ДНК еукаріотів,
більшість її молекул представлена одним головним піком або фракцією, з досить
одноманітною щільністю. енше зазвичай також спостерігаються додаткові піки, які
трохи відрізняються за своєю щільністю. Ця частина молекул, названа сателітною ДНК
(satellite DNA), становить еншеи за кількістю від виду до виду часткою сумарної ДНК. Як
приклад, співвідношення основної фракції і сателітної ДНК у миші показано на рис. 2. В
контрасті з цим, ДНК прокаріотів представлена тільки одним піком. Значення сателітної ДНК
залишалося загадкою природи до середини 60-х років ХХ століття, коли Бриттеном і Коні (Britten, Kohne, 1967) енше розроблена методика для вимірювання кінетики еншеими ДНК, яка булла попередньо дисоційована в окремі ланцюги. Ці автори продемонстрували, що
певна частка молекул ДНК повторно асоціює більш швидко, ніж інші. Вони зробили
висновок, що швидко реасоціюючі молекули представлені численними копіями ДНК.

Рис. 2. Розподілення основного піка (MB) та додаткового піка, сателлитної ДНК (S) у

миші з використанням ультрацентрифугування в градієнті щільності хлористого цезію CsCl (за Klug, Cummings, 2002).

Центромірні та теломірні послідовності ДНК. Поділ хроматид є істотним для точності розподілу хромосом в процесі мітозу і мейозу. Визначення числа помилок при поділі показує, що вони дуже рідкі: 1 × 10-5 до 1 × l0-6, або відбувається тільки 1 помилка на 100000 - 1000000 клітинних поділів.
Тому, було висунуто припущення, що дослідження послідовностей ДНК в центромерных регіонах буде перспективним для розуміння тонкого будови хромосом і геному в цілому. Ця ділянка ДНК позначається як ЦЕН (CEN; від слова центромера). Його функції і структура зараз досить зрозумілі. Структура особливої ділянки всередині гетерохроматинового регіону така, що дає, по-перше, основу для зв'язування білків, які формують центромеру, і, по-друге, приєднує кинетохор (дає точки прикріплення ниток веретена при поділі клітини). Основи для розуміння ЦЕН регіону заклали дослідження хромосом дріжджів S. cerevisiae, які дали принципову модель, вперше викладену Карбоном і Кларком (Carbon and Clarke; цитовано за Klug, Cummings, 2002).

Щодо теломерних ділянок хромосом, то існують два типи теломерних послідовностей (ТП), які є суттєвими для стабільності і цілісності хромосом. Один тип ТП називається теломерні послідовності ДНК. Вони складаються з коротких тандемних повторів. У війчастого організму, Tetrahymena виявлено понад 50 тандемно повторених гексануклеотидних послідовностей GGGGTT. У людини подібна GGGATT послідовність також повторюється багато разів. Аналіз ТП в ДНК показав, що вони строго консервативні в ході еволюції і відображають ту критичну роль, яку вони відіграють у підтримці цілісності хромосом. Інший тип ТП – це теломерно-асоційовані послідовності. Вони також є повторюваними. Цей тип ТП виявлено як по
сусідству з теломерою, так і всередині її. Дані про ТП варіюють за розмірами та повторюваністю у різних організмів, їх функція поки залишається не ясною.
Помірно повторювані послідовності ДНК. Є інша відома категорія повторюваних ДНК, які важливі для розуміння структури і еволюції геному еукаріотів. Це середньо або помірно повторювані ДНК (middle or moderately repetitive DNA). Вони досліджені досить детально. У людини помірно повторювані ДНК найчастіше складаються або з тандемних повторів, або з
(interspersed) послідовностей, що чергуються. Невідомо, які функці, виконують в геномі ці ДНК. Ті, що охарактеризовані, включають ДНК з варіюючою кількістю тандемних
повторів, ВЧТП (variable number tandem який repeats, VNTR). Ці ВЧТП зазвичай довжиною 15-100 пн і виявляються як між генами, так і всередині них. ВЧТП часто називаються міні
сателітами, і ці ДНК розсіяні по всьому геному. Інша група тандемно повторюваних
послідовностей ДНК представлена динуклеотидами, найчастіше їх називають мікро
сателітами. Подібно ВЧТП вони розсіяні по всьому геному і варіюють між особинами за
кількістю повторів, представлених на сайтах.

Рис. 16.4.3. Информация о

последовательности нуклеотидов,

полученная для ДНК трех основных

центромерных участков (I, II, III)

хромосом 3, 4, 6 и 11 дрожжей (По

Klug, Cummings, 2002).

У людини найбільш поширеним мікросателітом є динуклеотид CA, з числом повторень - 5-50 копій. Мікросателіти нині широко використовуються як молекулярні маркери для популяційно-генетичного аналізу.
Повторювані мобільні послідовності. Інша категорія повторюваних ДНК складається з послідовностей, які розсіяні по геному, але не є тандемними. Вони можуть бути довгими або короткими, але головною їх відмінною рисою є здатність до переміщення в геномі. Це так звані мобільні послідовності, транспозони (transposable or mobile sequences). Велика частина геному еукаріот складається з таких послідовностей, вперше відкритих Мак-Клінток (B. McClintock) у кукурудзи. Один з типів коротких, що чергуються, елементів, КЧЕ (або SINE, short interspersed elements), за розмірами досягає 500 п.н. Він може бути представлений, наприклад, у геномі людини 500 000 разів і більше. Одна з добре відомих КЧЕ - це сукупність близько споріднених послідовностей у людини з Alu –сімейства (названих так за назвою розпізнаючої їх рестриктази AluI). Alu –сімейство виявлено також і в інших ссавців. Зазвичай вони 200-300 пн довжиною і розподілені досить одноманітно у різних частинах генома, і в генах, і між ними. Повтори Alu –сімейства іноді транскрибуються. Хоча роль відповідної РНК не дуже зрозуміла, але вона повинна бути певним чином пов'язана з їх рухливістю в геномі. Передбачається, що Alu –
послідовності виникли з РНК-елемента, чий ДНК-комплемент був диспергований у геномі
як наслідок активності зворотної транскриптази.

Група довгих елементів, що чергуються, ДЧЕ (long interspersed elements, LINE) – це
ще одна категорія мобільних послідовностей ДНК. У людини найбільш відомим є сімейство, що позначається як L1. Члени цього сімейства послідовностей досягають довжини 6400 пн. Вони можуть бути представлені в геномі 100 000 копій. У L1 5'–кінець є високо варіабельним. Роль цих послідовностей, так само, як механізм їх транспозиції, до кінця не з'ясовані. Послідовність L1 ДНК спочатку транскрибується в молекулу РНК. Після цього РНК служить як матриця для синтезу ДНК комплементу за допомогою зворотної транскриптази. Цей фермент кодується серед інших самою послідовністю L1. Нова копія L1 далі вбудовується в ДНК хромосоми у новому сайті. Із-за схожості цього механізму переміщення з тим, який використовується ретровірусами, ДЧЕ також називають ретротранспозонами. КЧЕ і ДЧЕ (SINEs і LINEs) складають істотну частину ДНК людини. Обидва перерахованих представника цих послідовностей ДНК мають подібні риси організації і складаються із суміші приблизно 70% унікальних і 30% повторюваних послідовностей. Разом короткі та довгі елементи, що чергуються, складають близько 10% геному.
Середньо повторювані множинні копії генів. У деяких випадках середньо повторювані ДНК включають функціональні гени, представлені тандемно численними копіями – це мультигенні родини (рис. 16.4.4).

Эволюція мультигенних родин. Між особинами одного виду різні копії генів мультигенної родини зазвичай мають значно більшу схожість одна до одної, ніж до членів гомологічних генних родин, представлених в інших споріднених видів (див. рис. 16.2.2, Табл. 16.3.1). Число цих генів збільшується завдяки дуплікаціям. Крім того, можливе їх збільшення за рахунок механізму РНК-обумовленої транспозиції, ампліфікації генів і їх обміну (Maeda, Smithies, 1986).

Використовуючи методики молекулярної філогенетики, можна реконструювати родовід індивідуальних членів мультигенного сімейства, як це зроблено для глоби нової родини (рис. 3).

Рис. 16.4.5. Эволюционная история мультигенного семейства глобина.

Около 800 миллионов лет назад (млн.), дупликационное событие в предковом гене дало

начало двум филогенетическим линиям. Одна из них привела к гену миоглобина, который

локализован у человека на хромосоме 22. Другая линия, претерпев второе дупликационное

событие около 500 млн., дала начало предкам альфа- и бетта-подсемейств этого семейства.

Дупликации около 200 млн. произвели гамма- и бетта-глобиновые подсемейства. У человека α -

глобиновый ген локализован на хромосоме 16, а β -глобиновые гены – располагаются на хромосоме

11 (По Klug, Cummings, 2002).

Механізм узгодженої еволюції. Члени мультигенных родин мають тенденцію зберігати більше схожості, ніж можна очікувати при випадковій, дрейфовій диференціації. Вони прагнуть еволюціонувати спільно (узгоджено), оскільки існує механізм, який веде до одноманітності
послідовності всередині сімейства. Ця тенденція до одноманітності відома, як узгоджена еволюція (concerted evolution). Запропоновано два механізми узгодженої еволюції (рис. 4). Перший – це конверсія гена, процес, при якому спарювання нуклеотидів між двома досить гомологічними генами супроводжується втратою всієї або частини нуклеотидної послідовності в одному гені та її заміною реплікою нуклеотидної послідовності іншого гена (рис. 16.4.6 a). Формально це веде до того, що один ген повертає (конвертує) іншу послідовність у собі-подібну послідовність. Другий механізм – це узгоджена еволюція за рахунок нерівного кросинговеру (рис. 16.4.6 b). У тандемних мультигенных родинах може виникати неточне парування генів у ході мейозу, і кросинговер призводить до утворення гамет, які можуть мати або збільшене,
або зменшене число копій. Нерівний кросинговер сам по собі не дає постійного
збільшення числа копій, скоріше він призводить до збільшення мінливості в кількості копій. Таким чином, подальший кросинговер може або скоригувати кількість копій, або далі
збільшити їх число. Формально кінцевий результат в цьому випадку буде еквівалентний ефекту
при конверсії гена, оскільки нуклеотидні послідовності змінюються таким самим способом.

Рис. 16.4.6. Два механизма согласованной эволюции, которые

могут единообразить последовательности членов

мультигенных семейств.

(А) Конверсия гена, при которой генетическая

информация в одном гене удваивается, и затем замещает

генетическую информацию его гомолога. (Б) Неравный

кроссинговер. Увеличение числа членов генного семейства

осуществляется, поскольку неравный кроссинговер может

исправляться последующим неравным кроссинговером,

дающим идентичные последовательности ДНК среди

нескольких соседних членов мультигенного семейства (По

Hartl, Clark, 1989).

Роль нерівного кросинговеру в збільшенні числа генів була постульована давно (Bridges,
1936). Однак тільки після того, як молекулярні дані стали численними, стало ясно,
що він і насправді відіграє важливу роль у збільшенні чи зменшенні вмісту ДНК
і, відповідно, числа генів. Зокрема для таких мультигенных сімейств, як сімейства
генів імуноглобуліну та рРНК, нерівний кросинговер може бути головним чинником
збільшення їх чисельності (Hood et al., 1975).
Псевдогени. Еволюційні зміни псевдогенів представляють особливий інтерес, оскільки вони
можуть бути використані для тестування теорії нейтральних мутацій. Оскільки псевдогени
не мають функціонального навантаження, то темп нуклеотидних замін для них повинен бути вище, ніж для структурних генів. Як згадувалося раніше, псевдогени насправді еволюціонують
швидше. Як тільки ген стає не функціонуючим, його дуже важко оживити. Справа в тому, що є кілька шляхів для порушення роботи гена і зворотні мутації, які могли б його відновити, повинні відбуватися точно за тими ж самими точками, де відбувалися прямі мутації; ймовірність таких подій дуже мала. Більш того, після того як ген перестав функціонувати, в ньому продовжують виникати мутації, багато з яких є шкідливими. Тому ймовірність відновлення псевдогена буде зменшуватися у часі.

Ендогенні ретровіруси у ссавців. Різні організми, як підкреслено вище, включаючи ссавців, містять в нормі множинні копії ДНК декількох різних ретровірусів. Послідовність ДНК,
гомологична ретровірусам, яка стає фіксованою в геномі виду, відома, як ендогенна ретровирусна послідовність, або вірогени (virogenes). У геномі хребетних тварин виявлено кілька типів ендогенних послідовностей. Вирогени зазвичай представлені 10-100 копіями і репродукуються за допомогою зворотної транскрипції РНК і її реінтеграції в ДНК господаря. При відповідних умовах в клітинах ендогенні віруси можуть давати зрілі вірусні частинки. Не часто, але такі віруси здатні давати інфекції не тільки в організмі свого господаря, але також і в інших особин, у тому числі і розмножуючись у клітинах організмів близьких видів. Вивільнені віруси поводяться як типові ретровіруси та їх невелика частина, через механізм зворотної транскрипції знову вбудовується в ДНК господаря. Ці та інші спостереження припускають, що ендогенні ретровірусні послідовності можуть бути корисними для господаря, створюючи деяку ступінь імунності проти інших вірусних інфекцій (Benveniste, 1985). Ендогенні віруси, як з'ясувалося, зберігаються в геномі тривалий час. Наприклад, тип З ендогенного ретровірусу бабуїна виявлений у всіх видів мавп Старого Світу, але не був виявлений у мавп Нового Світу. Даний тип ретровірусу, відповідно, впровадився в лінію
предків мавп вже після їх дивергенції в зв'язку з розбіжністю континентів і зберігся у
мавп Старого Світу минаючи численні видоутворення в цій групі.
Треба закінчити цю, нескінченну, як саме життя, тему про еволюції геному. Життя і геном, як її найважливіша складова, еволюціонували від простого до більш складного у своїй організації.

Прості кільцеві ДНК прокаріотів, з 250-350 кодирующими генами, з часом перетворилися в такі тонко структуровані утворення, як хромосоми еукаріотів, що включають до 26588 кодуючих генів, як, наприклад, у людини.

Функції генів у прокаріотів та еукаріотів також мають багато відмінностей. Ці функції теж
розвивалися в ході еволюції, в основному, по лінії ускладнення, що в підсумку призвело до
ієрархічних, каскадних, гомеостазисних та сіткоподібних принципів регулювання на
клітинному, індивідуальному та популяційному рівнях у еукаріотів. Еволюція багатьох генів і їх
частин породжується випадковими або стохастичними процесами. Однак більшість генних
функцій і геном в цілому є високо консервативними та постійно перебувають під дією
природного добору, найчастіше очищаючого. Велику роль відіграють і інші види природного добору, у тому числі і спрямованого, що дає початок новим генам з їх новими функціями. Більш звичними в природі різні взаємодії випадкових і систематичних факторів.

Підводячи підсумок сказаного, наводимо основні відмінності геному про- та еукаріот: