Jabarkan Genetika dari Arkea

Arkea biasanya memiliki kromosom melingkar tunggal, dengan ukuran hingga 5.751.492 pasangan basa pada Methanosarcina acetivorans, genom arkea terbesar yang diketahui. Sepersepuluh dari ukuran ini adalah genom kecil berupa 490.885 pasangan basa pada Nanoarchaeum equitans, genom arkea terkecil yang dikenal; genom ini diperkirakan hanya berisi 537 gen penyandi-protein. Potongan independen kecil dari DNA, yang disebut plasmid, juga ditemukan dalam arkea. Plasmid dapat ditransfer antarsel dengan kontak fisik, dalam proses yang mungkin mirip dengan konjugasi bakteri.

Arkea secara genetik berbeda dari bakteri dan eukariota; sampai dengan 15% dari protein yang disandi oleh setiap genomnya merupakan protein yang unik untuk domain Archaea, meskipun sebagian besar gen yang unik tidak memiliki fungsi yang diketahui. Dari sisa protein unik yang fungsinya telah diidentifikasi, sebagian besar dimiliki Euryarchaea dan terlibat dalam metanogenesis. Protein yang sama-sama dimiliki arkea, bakteri, dan eukariota membentuk sari pati fungsi sel, yang terutama berkaitan dengan transkripsi, translasi, dan metabolisme nukleotida. Sifat arkea lain yang khas adalah organisasi gen yang fungsinya berhubungan—seperti enzim yang mengkatalisis langkah dalam jalur metabolik yang sama ke dalam operon baru, dan perbedaan yang besar dalam gen tRNA dan tRNA sintetase aminoasilnya.

Transkripsi pada arkea lebih menyerupai transkripsi eukariota dibandingkan transkripsi bakteri, dengan RNA polimerase arkea sangat mirip dengan enzim serupa pada eukariota; sementara translasi pada arkea menunjukkan tanda-tanda kesamaan, baik pada bakteri maupun eukariota. Meskipun arkea hanya memiliki satu jenis RNA polimerase, struktur dan fungsinya dalam transkripsi tampaknya dekat dengan RNA polimerase II pada eukariota, dengan kumpulan protein yang sama (faktor transkripsi umum) yang mengarahkan pengikatan RNA polimerase ke promotor gen. Namun, faktor transkripsi arkea lainnya lebih dekat dengan faktor transkripsi yang ditemukan pada bakteri. Modifikasi setelah-transkripsi arkea lebih sederhana dibandingkan eukariota karena sebagian besar gen arkea tidak memiliki intron, meskipun ada banyak intron pada gen RNA transfer dan RNA ribosomal mereka, dan intron mungkin ada pada beberapa gen penyandi-protein.

Transfer gen dan pertukaran genetik

Halobacterium volcanii, sebuah arkea halofilik ekstrem, membentuk jembatan sitoplasma di antara sel-sel yang sepertinya akan digunakan untuk mentransfer DNA dari satu sel ke sel lain dalam dua arah. Ketika arkea hipertermofilik Sulfolobus solfataricus dan Sulfolobus acidocaldarius terpapar radiasi sinar ultraungu (UV) yang merusak DNA atau bleomisin atau mitomisin C, agregasi seluler yang spesifik pada spesies akan diinduksi. Agregasi pada S. solfataricus tidak dapat diinduksi oleh stres fisik lainnya, seperti pH atau perubahan suhu, yang menunjukkan bahwa agregasi diinduksi secara khusus oleh kerusakan DNA. Ajon dkk. menunjukkan bahwa agregasi seluler yang diinduksi sinar UV memediasi pertukaran penanda kromosom dengan frekuensi tinggi pada S. acidocaldarius. Tingkat rekombinasi arkea yang diinduksi melebihi kultur yang tidak diinduksi hingga tiga lipat. Frols dkk. dan Ajon dkk. berhipotesis bahwa agregasi seluler meningkatkan transfer DNA spesifik-spesies di antara sel-sel Sulfolobus dalam rangka meningkatkan perbaikan DNA yang rusak dengan cara rekombinasi homolog. Tanggapan ini mungkin merupakan bentuk primitif dari interaksi seksual yang mirip dengan sistem transformasi bakteri yang dipelajari dengan lebih baik yang juga terkait dengan transfer DNA spesifik-spesies di antara sel-sel yang mengarah pada perbaikan rekombinasi homolog dari kerusakan DNA.