Cos’è la genomica comparativa?

Da Dr. Surat P, Ph. D. Recensito da Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph. D.

genomica Comparativa è un campo della biologia in cui il genoma di specie diverse si sono confrontate tra di loro per capire evolutivo molecolare e differenze tra le specie. Lo sviluppo di basso costo, sequenziamento di nuova generazione ha permesso l’analisi di una pletora di genomi correlati utilizzando genomica comparitive. Questo articolo mira a descrivere le tecniche utilizzate nella genomica comparativa e i loro vantaggi / svantaggi.

Salta a:

• il sequenziamento del Genoma del genoma e del confronto
• il sequenziamento del DNA e di sintenia
• Omologa l’analisi del DNA
• distanza Filogenetica
• Vantaggi di genomica comparativa

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Sequenziamento del genoma e confronto del genoma

L’informazione genetica è codificata da quattro nucleosidi: adenina, citosina, guanina e timina. Determinare l’ordine di questi nucleosidi nel DNA lineare costituisce la base del sequenziamento. Insieme con il genoma umano, i genomi di diversi organismi modello è stato ora sequenziato-tra cui scimpanzé, topi, moscerini della frutta, pesce palla, nematodi, lievito di birra, e batteri. In totale, i genomi di oltre 1000 organismi procarioti e 1300 specie sono stati sequenziati fino ad oggi.

Il primo passo nella genomica comparativa consiste nel confrontare caratteristiche generali come: dimensione del genoma, numero di geni e numero di cromosomi. Ad esempio, l’Arabidopsis (una pianta) ha un genoma più piccolo rispetto alla Drosophila, la mosca della frutta che ha il doppio dei geni. È interessante notare che la dimensione del genoma di Arabidopsis è simile agli esseri umani, suggerendo che la dimensione del genoma non è un indicatore di complessità o stato evolutivo.

Sequenziamento del DNA e synteny

Synteny è un metodo con cui i geni sono disposti in blocchi simili tra le specie per identificare regioni simili e dissimili. L’entità della somiglianza e della dissomiglianza può variare tra i cromosomi. Ad esempio, il cromosoma 20 dell’uomo corrisponde quasi completamente al secondo cromosoma del topo.

Allo stesso modo, il diciassettesimo cromosoma dell’uomo corrisponde al cromosoma 11 del topo. Pertanto, l’analisi può mostrare come i cambiamenti cromosomici che si sono verificati nei cromosomi di topo e umano da quando si sono divergenti da un antenato comune quasi 75-80 milioni di anni fa.

Analisi del DNA omologo

Un altro metodo utilizzato nella genomica comparativa è l’analisi dell’omologia, in cui i cromosomi omologhi di diverse specie sono allineati. Ad esempio, in uno studio, il gene per l’enzima piruvato chinasi nell’uomo è stato allineato con la sequenza enzimatica omologa forma cane, topo, pollo e zebrafish (tra gli altri), e successivamente sono state tracciate le regioni di elevata somiglianza sequenziale.

Tale analisi ha mostrato un’elevata somiglianza nelle sequenze enzimatiche di umano e macaco (un primate), mentre il pollo e il pesce zebra hanno mostrato somiglianza solo nelle regioni codificanti. Tale analisi può essere utilizzata per scoprire quali caratteristiche genomiche sono state preservate nel corso dell’evoluzione e, al contrario, quali caratteristiche si sono diversificate.

Distanza filogenetica

La distanza filogenetica è una caratteristica non parametrica utilizzata per misurare il grado di separazione tra due organismi. Questo parametro si basa sul numero di modifiche di sequenza che si sono accumulate in un periodo di anni o generazioni. Questa distanza è inversamente proporzionale alla somiglianza di sequenza tra gli organismi-cioè meno la somiglianza di sequenza, più è la distanza filogenetica tra di loro.

Su distanze filogenetiche più lunghe (come un miliardo di anni) da quando gli organismi si sono separati, si possono raccogliere solo inferenze generali. Tuttavia, per distanze filogenetiche più vicine, come 50-200 milioni di anni dalla separazione, il DNA funzionale e non funzionale può essere discriminato, il che può successivamente portare all’identificazione di regioni codificanti, RNA non codificanti, regioni regolatorie, ecc.

Per distanze filogenetiche inferiori a 5 milioni di anni, le differenze di sequenza possono essere utilizzate per dedurre differenze più piccole e sottili nella forma e nella forma. Pertanto, le differenze genomiche comparative possono fornire molte informazioni potenti.

Vantaggi della genomica comparativa

I genomi comparativi hanno portato a intuizioni interessanti, come il fatto che il genoma umano e la mosca della frutta condividono il 60% dei loro geni. Inoltre, quasi due terzi dei geni del cancro hanno geni omologhi nella mosca della frutta. Tali risultati hanno un profondo impatto sulla ricerca sulla salute umana. Oltre alla salute, ha anche implicazioni in vari campi come l’agricoltura, la biotecnologia, la zoologia, la biologia della conservazione, ecc.

Ulteriori letture

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• Next Generation Sequencing: Le basi
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Scritto da

Dr. Surat P

Dr. Surat si è laureato con un dottorato di ricerca in Biologia cellulare e Meccanobiologia presso il Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) nel 2016. Prima del suo dottorato, Surat ha studiato per un Bachelor of Science (B.Sc.) laurea in Zoologia, durante la quale è stata destinataria di una borsa estiva dell’Accademia Indiana delle Scienze per studiare le proteine coinvolte nell’AIDs. Produce articoli su una vasta gamma di argomenti, come l’etica medica, la manipolazione dei dati, la pseudoscienza e la superstizione, l’educazione e l’evoluzione umana. È appassionata di comunicazione scientifica e scrive articoli che coprono tutte le aree delle scienze della vita.

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