Filogenómica
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La filogenómica es la intersección de los campos de la evolución y la genómica . [1] El término se ha utilizado de múltiples formas para referirse al análisis que involucra datos del genoma y reconstrucciones evolutivas. Es un grupo de técnicas dentro de los campos más amplios de la filogenética y la genómica. La filogenómica extrae información comparando genomas completos, o al menos grandes porciones de genomas. [2] La filogenética compara y analiza las secuencias de genes individuales, o una pequeña cantidad de genes, así como muchos otros tipos de datos. Cuatro áreas principales caen bajo filogenómica:

  • Predicción de la función genética
  • Establecimiento y clarificación de relaciones evolutivas.
  • Evolución de la familia de genes
  • Predicción y seguimiento de la transferencia lateral de genes .

Predicción de la función genética

Cuando Jonathan Eisen acuñó originalmente la filogenómica , se aplicó a la predicción de la función genética. Antes del uso de técnicas filogenómicas, la predicción de la función de los genes se hacía principalmente comparando la secuencia de genes con las secuencias de genes con funciones conocidas. Cuando están implicados varios genes con secuencias similares pero funciones diferentes, este método por sí solo es ineficaz para determinar la función. Un ejemplo específico se presenta en el artículo "Delicias gastronómicas: una fiesta móvil". [3] Las predicciones de genes basadas únicamente en la similitud de secuencia se habían utilizado para predecir que Helicobacter pylori puede reparar ADN no coincidente . [4]Esta predicción se basó en el hecho de que este organismo tiene un gen para el que la secuencia es muy similar a los genes de otras especies de la familia de genes "MutS", que incluía muchos que se sabe están implicados en la reparación de errores de apareamiento. Sin embargo, Eisen señaló que H. pylori carece de otros genes que se consideran esenciales para esta función (específicamente, miembros de la familia MutL). Eisen sugirió una solución a esta aparente discrepancia: los árboles filogenéticos de genes de la familia MutS revelaron que el gen que se encuentra en H. pylori no estaba en la misma subfamilia que los que se sabe están involucrados en la reparación de errores de apareamiento. [3] Además, sugirió que este enfoque "filogenómico" podría usarse como un método general para las funciones de predicción de los genes. Este enfoque fue descrito formalmente en 1998. [5] Para revisiones de este aspecto de la filogenómica, ver Brown D, Sjölander K. Clasificación funcional usando inferencia filogenómica. [6] [7]

Predicción y seguimiento de la transferencia lateral de genes

Las técnicas filogenéticas tradicionales tienen dificultades para establecer diferencias entre genes que son similares debido a la transferencia lateral de genes y aquellos que son similares porque los organismos comparten un ancestro. Al comparar un gran número de genes o genomas completos entre muchas especies, es posible identificar genes transferidos, ya que estas secuencias se comportan de manera diferente a lo esperado dada la taxonomía del organismo. Usando estos métodos, los investigadores pudieron identificar más de 2.000 enzimas metabólicas obtenidas por varios parásitos eucariotas a partir de la transferencia lateral de genes. [8]

Evolución de la familia de genes

La comparación de conjuntos de genes completos para un grupo de organismos permite la identificación de eventos en la evolución de genes, como la duplicación o deleción de genes . A menudo, estos eventos son evolutivamente relevantes. Por ejemplo, múltiples duplicaciones de genes que codifican enzimas degradantes de ciertas familias es una adaptación común en microbios a nuevas fuentes de nutrientes. Por el contrario, la pérdida de genes es importante en la evolución reductiva , como en los parásitos o simbiontes intracelulares. Los eventos de duplicación del genoma completo , que potencialmente duplican todos los genes de un genoma a la vez, son eventos evolutivos drásticos con gran relevancia en la evolución de muchos clados, y cuya señal se puede rastrear con métodos filogenómicos.

Establecimiento de relaciones evolutivas

Los estudios tradicionales de un solo gen son efectivos para establecer árboles filogenéticos entre organismos estrechamente relacionados, pero tienen inconvenientes cuando se comparan organismos o microorganismos relacionados más lejanamente. Esto se debe a la transferencia lateral de genes , la convergencia y las diferentes tasas de evolución de los diferentes genes. Al usar genomas completos en estas comparaciones, las anomalías creadas a partir de estos factores se ven superadas por el patrón de evolución indicado por la mayoría de los datos. [9] [10] [11] A través de la filogenómica , se ha descubierto que la mayoría de los eucariotas fotosintéticos están vinculados y posiblemente comparten un solo ancestro. Los investigadores compararon 135 genes de 65 especies diferentesde organismos fotosintéticos. Estos incluían plantas , alveolados , rizarios , haptófitos y criptomonas . [12] Esto se ha denominado megagrupo Plantas + HC + SAR . Con este método, teóricamente es posible crear árboles filogenéticos completamente resueltos y las limitaciones de tiempo se pueden recuperar con mayor precisión. [13] [14] Sin embargo, en la práctica, este no es siempre el caso. Debido a la insuficiencia de datos, a veces se pueden respaldar varios árboles con los mismos datos cuando se analizan con diferentes métodos. [15]

Bases de datos

  1. PhylomeDB

Ver también

Referencias

  1. ^ BioMed Central | Título generado ->
  2. ^ Pennisi, Elizabeth (27 de junio de 2008). "Construyendo el árbol de la vida, genoma por genoma". Ciencia . 320 (5884): 1716-1717. doi : 10.1126 / science.320.5884.1716 . PMID  18583591 .
  3. ↑ a b Eisen JA, Kaiser D, Myers RL (1997). "Delicias gastrogenómicas: una fiesta móvil" . Nat. Med . 3 (10): 1076–8. doi : 10,1038 / nm1097-1076 . PMC 3155951 . PMID 9334711 .  
  4. ^ Tumba JF, White O, Kerlavage AR, Clayton RA, Sutton GG, Fleischmann RD, Ketchum KA, Klenk HP, Gill S, Dougherty BA, Nelson K, Quackenbush J, Zhou L, Kirkness EF, Peterson S, Loftus B, Richardson D, Dodson R, Khalak HG, Glodek A, McKenney K, Fitzegerald LM, Lee N, Adams MD, Hickey EK, Berg DE, Gocayne JD, Utterback TR, Peterson JD, Kelley JM, Cotton MD, Weidman JM, Fujii C, Bowman C, Watthey L, Wallin E, Hayes WS, Borodovsky M, Karp PD, Smith HO, Fraser CM, Venter JC (1997). "La secuencia completa del genoma del patógeno gástrico Helicobacter pylori" . Naturaleza . 388 (6642): 539–47. doi : 10.1038 / 41483 . PMID 9252185 . 
  5. ^ Eisen JA (1998). "Filogenómica: mejora de las predicciones funcionales de genes no caracterizados por análisis evolutivo" . Genome Res . 8 (3): 163–7. doi : 10.1101 / gr.8.3.163 . PMID 9521918 . 
  6. ^ Brown D, Sjölander K (junio de 2006). "Clasificación funcional mediante inferencia filogenómica" . PLOS Comput. Biol . 2 (6): e77. doi : 10.1371 / journal.pcbi.0020077 . PMC 1484587 . PMID 16846248 .  
  7. ^ Sjölander K (enero de 2004). "Inferencia filogenómica de la función molecular de la proteína: avances y desafíos" (PDF) . Bioinformática . 20 (2): 170–9. doi : 10.1093 / bioinformatics / bth021 . PMID 14734307 .  
  8. ^ Whitaker JW, McConkey GA, Westhead DR (2009). "El transferoma de genes metabólicos explorado: análisis de la transferencia horizontal de genes que codifican enzimas en eucariotas unicelulares" . Biología del genoma . 10 (4): R36. doi : 10.1186 / gb-2009-10-4-r36 . PMC 2688927 . PMID 19368726 .  
  9. ^ Delsuc F, Brinkmann H, Philippe H (2005). "Filogenómica y reconstrucción del árbol de la vida". Nat Rev Genet . 6 (5): 361–75. CiteSeerX 10.1.1.333.1615 . doi : 10.1038 / nrg1603 . PMID 15861208 .  
  10. ^ Philippe H, Snell EA, Bapteste E, Lopez P, Holland PW, Casane D "Filogenómica de eucariotas: impacto de los datos faltantes en grandes alineaciones Mol Biol Evol 2004 Sep; 21 (9): 1740-52.
  11. ^ Jeffroy O, Brinkmann H, Delsuc F, Philippe H (abril de 2006). "Filogenómica: ¿el comienzo de la incongruencia?". Tendencias en Genética . 22 (4): 225–31. doi : 10.1016 / j.tig.2006.02.003 . PMID 16490279 . 
  12. ^ Burki, Fabien; Shalchian-Tabrizi, Kamran; Pawlowski, Jan (23 de agosto de 2008). "La filogenómica revela un nuevo 'megagrupo' que incluye a la mayoría de los eucariotas fotosintéticos" . Cartas de biología . 4 (4): 366–369. doi : 10.1098 / rsbl.2008.0224 . PMC 2610160 . PMID 18522922 .  
  13. ^ Dos Reis, M .; Inoue, J .; Hasegawa, M .; Asher, RJ; Donoghue, PCJ; Yang, Z. (2012). "Los conjuntos de datos filogenómicos proporcionan precisión y exactitud en la estimación de la escala de tiempo de la filogenia de los mamíferos placentarios" . Actas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 279 (1742): 3491–3500. doi : 10.1098 / rspb.2012.0683 . PMC 3396900 . PMID 22628470 .  
  14. ^ Kober, KM; Bernardi, G. (2013). "Filogenómica de erizos de mar estrongilocentrótidos" . Biología Evolutiva BMC . 13 : 88. doi : 10.1186 / 1471-2148-13-88 . PMC 3637829 . PMID 23617542 .  
  15. ^ Philippe, Herve '; Delsuc, Frederic; Brinkmann, Henner; Lartillot, Nicolas (2005). "Filogenómica". Revisión anual de ecología, evolución y sistemática . 36 : 541–562. doi : 10.1146 / annurev.ecolsys.35.112202.130205 .
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