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Genómica Comparada

Asignatura de Genómica Vegetal

Máster del IBMCPCurso 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

• Implicaciones evolutivas

• Asignación de funciones

• Comparación de organizaciones

• Confirmación de funciones

• Implicaciones evolutivas

Relaciones entre genes"

Similitud causada por convergencia

Similitud causada por derivar de un ancestro común

Derivados de una duplicación en una especie

El ancestro común precede a un suceso de especiación

Analogía

Homología

Genes parálogos

Genes ortólogos

Conversión génica Sustitución de un segmento de DNA de un gen con el segmento homólogo de su parálogo

Ortólogos vs. parálogos"

Parálogos Ortólogos

Especiación

Homología: estructura y función"

¿Cómo establecer relaciones?"

Herramientas

• Dendrogramas y árboles filogenéticos

• Alineamientos múltiples (CLUSTAL)

http://www.ebi.ac.uk/clustalw/

CLUSTAL"

Alineamientos!por parejas!

(Matriz de distancias)!

Sec1 1 –!Sec2 2 .17 –!Sec3 3 .59 .60 –!Sec4 4 .59 .59 .13 –!Sec5 5 .77 .77 .75 .75 –!Sec6 6 .81 .84 .73 .74 .80 –!Sec7 7 .87 .87 .86 .88 .93 .90! 1 2 3 4 5 6!

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

Árboles filogenéticos

• Resumen de porcentajes de similitud • Distancias

• 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.

AAA AGA Lys Arg UUU UGA

UGU

Phe Leu A - 5 1 5 C 5 - 5 1 G 1 5 - 5 T 5 1 5 -

A C G T

¿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"

480 2300

150

16000

Tam

año

(Mb)

Evolución de genomas"

Relación tamaño/edad

Genómica comparada"

Evolución de genomas"

Observación • Conservación de estructura exón-intrón en especies alejadas

144 48 48 72 156 104 91

8 156 104 72 96 48 48 91

140 85 104 79 98 119

323 2328 83 1036 95 117 97

AtRab1c

OsRab1c

Duplicaciones en Arabidopsis"

Duplicaciones en Arabidopsis"

A. lyrata!

A. th

alia

na!

Fragmentación y diploidización"

Genómica comparada"

Arabidopsis

Arabidopsis

Carica papaya

Genómica comparada"

Arabidopsis

Arabidopsis

Carica papaya

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