Genómica Comparada

Genómica Comparada
Asignatura de Genómica Vegetal
Máster del IBMCP
Curso 2012-2013"
Genómica comparada"
Es el estudio de la relación entre
la estructura y la función del genoma
a través de distintas especies o cepas.
• Explota tanto las similitudes como las diferencias de proteínas, RNA y regiones
reguladoras para inferir cómo ha actuado la selección sobre esos elementos. !
• Aquellos elementos que sean responsables de las similitudes deberán
conservarse en el tiempo (selección estabilizadora)!
• Los elementos responsables de las diferencias entre especies deberán ser
divergentes (selección positiva).!
• Aquellos elementos que no sean importantes para el éxito evolutivo del organismo
no estarán conservados (selección neutral).!
Genómica comparada"
Relaciones
entre genes
Relaciones
entre genomas
• Comparaciones
de secuencias
• Comparación de
organizaciones
• Asignación
de funciones
• Confirmación
de funciones
• Implicaciones
evolutivas
• Implicaciones
evolutivas
Relaciones entre genes"
Analogía
Similitud causada por convergencia
Homología
Similitud causada por derivar de un ancestro
común
Genes ortólogos
El ancestro común precede a un suceso de
especiación
Genes parálogos
Derivados de una duplicación en una especie
Conversión génica
Sustitución de un segmento de DNA de un gen
con el segmento homólogo de su parálogo
Ortólogos vs. parálogos"
Especiación
Ortólogos
Parálogos
Homología: estructura y función"
¿Cómo establecer relaciones?"
Herramientas
• Alineamientos múltiples (CLUSTAL)
http://www.ebi.ac.uk/clustalw/
• Dendrogramas y árboles filogenéticos
CLUSTAL"
Sec1
Sec2
Sec3
Sec4
Sec5
Sec6
Sec7
1
2
3
4
5
6
7
–!
.17
.59
.59
.77
.81
.87
1
–!
.60
.59
.77
.84
.87
2
–!
.13 –!
.75 .75 –!
.73 .74 .80 –!
.86 .88 .93 .90!
3
4
5
6!
Alineamientos!
por parejas!
(Matriz de distancias)!
Árbol guía!
Sec1!
Sec2!
Sec3!
Sec4!
Sec5!
Sec6!
Sec7!
Alineamiento!
progresivo según!
árbol guía!
CLUSTAL"
Problemas
• Mínimo local (errores en los primeros
alineamientos no pueden corregirse)
• Elección de parámetros (Matriz de sustitución
de aminoácidos, y GAP/GEP)
Confección de árboles"
Dendrogramas
• Resumen de porcentajes de similitud
• Distancias
Árboles filogenéticos
• Relaciones evolutivas
• Máxima parsimonia
• Bootstrap
http://sdmc.krdl.org.sg:8080/~lxzhang/phylip/
Parsimonia"
Principio de máxima parsimonia
Simplicidad: los cambios más fáciles son
más probables.
Hay que minimizar el número de sucesos
de un punto a otro.
A C G T
Lys
AAA
Arg
AGA
Phe
UUU
Leu
UGA
UGU
A
C
G
T
5
1
5
5
5
1
1
5
5
5
1
5
-
¿Qué hemos aprendido?"
Grandes familias
• Algunas son únicas de plantas
• Animales y plantas han reclutado familias
distintas para determinadas funciones
Evolución de genomas"
Evolución de genomas"
Tamaño (Mb)
16000
2300
150
480
Evolución de genomas"
Relación tamaño/edad
Genómica comparada"
Evolución de genomas"
Observación
• Conservación de estructura exón-intrón en
especies alejadas
AtRab1c
OsRab1c
8
323
85 104
79
119
98
144
48
48
72
156
104
91
48
48
72
156
104
2328 83 1036
95
117
91
96
140
97
Duplicaciones en Arabidopsis"
A. thaliana!
Duplicaciones en Arabidopsis"
A. lyrata!
Fragmentación y diploidización"
Genómica comparada"
Arabidopsis
Carica papaya
Arabidopsis
Genómica comparada"
Arabidopsis
Carica papaya
Arabidopsis
Duplicaciones en Brassica / Arabidopsis"
Colinearidad en leguminosas"
Duplicaciones en géneros distantes"
Genómica comparada"
Aplicaciones de la sintenia"
• Clonación en especies relacionadas
Arroz: (http://probe.nalusda.gov:8300)
• Ayuda en la asignación de funciones
Asignación de funciones usando sintenia"
At1g67720 At2g37050
Asignación de funciones usando sintenia"
Asignación de funciones usando sintenia"
Asignación de funciones usando sintenia"
Asignación de funciones usando sintenia"
Predicción de genes usando sintenia"
Filogenómica de secuencias reguladoras"
Hong RL et al (2003) “Regulatory elements of the floral homeotic gene AGAMOUS
identified by phylogenetic footprinting and shadowing” Plant Cell 15:1296-1309