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Genómica Comparada
Asignatura de Genómica Vegetal
Máster del IBMCPCurso 2012-2013"
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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).!
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Genómica comparada"
Relaciones entre genes
Relaciones entre genomas
• Comparaciones de secuencias
• Implicaciones evolutivas
• Asignación de funciones
• Comparación de organizaciones
• Confirmación de funciones
• Implicaciones evolutivas
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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
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Ortólogos vs. parálogos"
Parálogos Ortólogos
Especiación
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Homología: estructura y función"
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¿Cómo establecer relaciones?"
Herramientas
• Dendrogramas y árboles filogenéticos
• Alineamientos múltiples (CLUSTAL)
http://www.ebi.ac.uk/clustalw/
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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!
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CLUSTAL"
Problemas
• Mínimo local (errores en los primeros alineamientos no pueden corregirse)
• Elección de parámetros (Matriz de sustitución de aminoácidos, y GAP/GEP)
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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/
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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
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¿Qué hemos aprendido?"
Grandes familias
• Algunas son únicas de plantas • Animales y plantas han reclutado familias distintas para determinadas funciones
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Evolución de genomas"
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Evolución de genomas"
480 2300
150
16000
Tam
año
(Mb)
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Evolución de genomas"
Relación tamaño/edad
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Genómica comparada"
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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
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Duplicaciones en Arabidopsis"
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Duplicaciones en Arabidopsis"
A. lyrata!
A. th
alia
na!
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Fragmentación y diploidización"
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Genómica comparada"
Arabidopsis
Arabidopsis
Carica papaya
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Genómica comparada"
Arabidopsis
Arabidopsis
Carica papaya
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Duplicaciones en Brassica / Arabidopsis"
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Colinearidad en leguminosas"
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Duplicaciones en géneros distantes"
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Genómica comparada"
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Aplicaciones de la sintenia"
• Clonación en especies relacionadas Arroz: (http://probe.nalusda.gov:8300) • Ayuda en la asignación de funciones
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Asignación de funciones usando sintenia"
At1g67720 At2g37050
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Asignación de funciones usando sintenia"
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Asignación de funciones usando sintenia"
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Asignación de funciones usando sintenia"
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Asignación de funciones usando sintenia"
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Predicción de genes usando sintenia"
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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