Mikä on vertaileva genomiikka?

tohtori Surat P, tohtori Tomislav Meštrović, MD, Ph. D.

vertaileva genomiikka on biologian ala, jossa eri lajien perimää verrataan toisiinsa lajien välisten evoluutio-ja molekyylierojen ymmärtämiseksi. Edullisen, seuraavan sukupolven sekvensoinnin kehittäminen on mahdollistanut lukuisten toisiinsa liittyvien genomien analysoinnin vertailevan genomiikan avulla. Tässä artikkelissa pyritään kuvaamaan vertailevassa genomiikassa käytettyjä tekniikoita ja niiden etuja/haittoja.

Skip to:

• genomin sekvensointi ja genomivertailu
• DNA: n sekvensointi ja syntenia
• homologinen DNA-analyysi
• fylogeneettinen etäisyys
• vertailevan genomiikan edut

vrx /

genomin sekvensointi ja genomivertailu

geneettistä informaatiota koodaa neljä nukleosidia: adeniini, sytosiini, guaniini ja tymiini. Näiden nukleosidien järjestyksen määrittäminen lineaarisessa DNA: ssa muodostaa sekvensoinnin perustan. Ihmisen perimän ohella on nyt sekvensoitu useiden malliorganismien – muun muassa simpanssien, hiirien, hedelmäkärpästen, pallokalojen, sukkulamatojen, leipurihiivan ja bakteerien-genomit. Kaikkiaan yli 1000 prokaryoottisen eliön ja 1300 lajin genomit on jaksotettu tähän mennessä.

vertailevan genomiikan ensimmäinen vaihe on vertailla yleisiä ominaisuuksia, kuten genomin kokoa, geenien määrää ja kromosomilukua. Esimerkiksi ”Arabidopsis” – kasvilla on pienempi perimä kuin ”Drosophila” – hedelmäkärpäsellä, jolla on kaksi kertaa enemmän geenejä. Mielenkiintoista on, että Arabidopsiksen genomikoko on samanlainen kuin ihmisellä, mikä viittaa siihen, että genomin koko ei ole kompleksisuuden tai evolutiivisen tilan indikaattori.

DNA-sekvensointi ja synteny

Synteny on menetelmä, jossa geenit on järjestetty samanlaisiin lohkoihin eri lajeilla samojen ja erilaisten alueiden tunnistamiseksi. Samankaltaisuuden ja erilaisuuden laajuus voi vaihdella kromosomien välillä. Esimerkiksi ihmisen kromosomi 20 vastaa lähes täysin hiiren toista kromosomia.

vastaavasti ihmisen seitsemästoista kromosomi vastaa hiiren kromosomia 11. Näin analyysi voi osoittaa, miten kromosomimuutokset, jotka ovat tapahtuneet hiiren ja ihmisen kromosomeissa sen jälkeen, kun ne erosivat yhteisestä esi-isästä lähes 75-80 miljoonaa vuotta sitten.

homologinen DNA-analyysi

toinen vertailevassa genomiikassa käytetty menetelmä on homologinen analyysi, jossa eri lajien homologiset kromosomit ovat linjassa keskenään. Esimerkiksi eräässä tutkimuksessa ihmisen entsyymin pyruvaattikinaasin geeni oli linjassa homologisen entsyymisekvenssimuodon koiran, hiiren, kanan ja seeprakalan (MM.) kanssa, ja myöhemmin piirrettiin alueet, joilla on suuri sekvenssin samankaltaisuus.

kuten analyysi osoitti, että ihmisen ja makakin (kädellisen) entsyymisekvenssit olivat hyvin samankaltaisia, kun taas kana ja seeprakala osoittivat samankaltaisuutta vain koodausalueilla. Tällaisen analyysin avulla voidaan selvittää, mitkä genomiset piirteet ovat säilyneet evoluution aikana ja päinvastoin, mitkä ominaisuudet ovat monipuolistuneet.

fylogeneettinen etäisyys

fylogeneettinen etäisyys on ei-parametrinen ominaisuus, jolla mitataan kahden eliön erottumisastetta. Tämä parametri perustuu vuosien tai sukupolvien aikana kertyneiden sekvenssimuutosten määrään. Tämä etäisyys on kääntäen verrannollinen eliöiden sekvenssien samankaltaisuuteen – eli vähemmän sekvenssien samankaltaisuuteen, enemmän on niiden välinen fylogeneettinen etäisyys.

pidemmillä fylogeneettisillä etäisyyksillä (kuten miljardi vuotta) eliöiden erkaantumisesta voidaan koota vain yleisiä päätelmiä. Kuitenkin lähempänä fylogeneettisiä etäisyyksiä, kuten 50-200 miljoonaa vuotta erottelun jälkeen, funktionaalinen ja ei-funktionaalinen DNA voidaan erottaa toisistaan, mikä voi myöhemmin johtaa koodaavien alueiden, ei-koodaavien RNA: iden, sääntelyalueiden jne.tunnistamiseen.

alle 5 miljoonan vuoden fylogeneettisillä etäisyyksillä sekvenssieroista voidaan päätellä pienempiä ja hienovaraisia eroja muodossa ja muodossa. Siksi vertailevat genomierot voivat antaa paljon tehokasta tietoa.

vertailevan genomiikan edut

vertailevat genomit ovat johtaneet mielenkiintoisiin oivalluksiin, kuten siihen, että ihmisen perimä ja hedelmäkärpänen jakavat 60% geeneistään. Myös lähes kahdella kolmasosalla syöpägeeneistä on homologisia geenejä hedelmäkärpäsessä. Tällaisilla tuloksilla on suuri vaikutus ihmisten terveystutkimukseen. Terveyden lisäksi sillä on vaikutuksia myös eri aloilla, kuten maataloudessa, biotekniikassa, eläintieteessä, suojelubiologiassa jne.

lisätietoja

• kaikki Genomisisältö
• mitä genomiikka on?
• Next Generation Sequencing: the Basics
• Genomianalyysi
• kuinka tärkeää Introninen variaatio on?

kirjoittanut

Dr. Surat P

Dr. Surat valmistui tohtoriksi Solubiologiasta ja Mekanobiologiasta Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, Intia) vuonna 2016. Ennen tohtorintutkintoaan Surat opiskeli luonnontieteiden kandidaatiksi (B.Sc.) tutkinto eläintieteessä, jonka aikana hän sai Intian tiedeakatemian Kesäapurahaa tutkiakseen aidsiin liittyviä proteiineja. Hän tuottaa artikkeleita monista eri aiheista, kuten lääketieteen etiikasta, tietojen manipuloinnista, näennäistieteestä ja taikauskosta, koulutuksesta ja ihmisen evoluutiosta. Hän suhtautuu intohimoisesti tiedeviestintään ja kirjoittaa artikkeleita, jotka kattavat kaikki biotieteiden osa-alueet.

lainaukset