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Nova ferramenta de alinhamento de genoma permite estudos em larga escala da evolução de vertebrados – ScienceDaily


Três artigos publicados em 11 de novembro em Natureza apresentam avanços importantes no entendimento da evolução de aves e mamíferos, possibilitados por novos métodos de comparação de genomas de centenas de espécies.

A genômica comparativa usa dados genômicos para estudar relações evolutivas entre espécies e para identificar sequências de DNA com funções essenciais conservadas em muitas espécies. Esta abordagem requer um alinhamento das sequências do genoma para poder comparar as posições correspondentes em diferentes genomas, mas isso se torna cada vez mais difícil à medida que o número de genomas aumenta.

Pesquisadores do Instituto de Genômica da UC Santa Cruz desenvolveram um novo método poderoso de alinhamento do genoma que possibilitou novos estudos, incluindo o maior alinhamento genômico já alcançado com mais de 600 genomas de vertebrados. Os resultados fornecem uma visão detalhada de como as espécies estão relacionadas entre si no nível genético.

“Estamos literalmente alinhando as sequências de DNA para ver as posições correspondentes em cada genoma, para que você possa olhar para os elementos individuais do genoma e ver em grande detalhe o que mudou e o que permaneceu o mesmo ao longo do tempo evolutivo”, explicou Benedict Paten. , professor associado de engenharia biomolecular na UC Santa Cruz e autor correspondente de dois dos novos artigos.

Identificar as sequências de DNA que são preservadas, que permanecem inalteradas ao longo de milhões de anos de evolução, permite aos cientistas identificar elementos do genoma que controlam funções importantes em uma ampla gama de espécies. “Diz a você que algo é importante ali, não mudou porque não pode, e agora podemos ver isso com uma resolução mais alta do que nunca”, explicou Paten.

A geração anterior de ferramentas de alinhamento dependia da comparação de tudo com um único genoma de referência, resultando em um problema denominado “viés de referência”. Paten e o co-autor Glenn Hickey desenvolveram originalmente um programa de alinhamento sem referência chamado Cactus, que era o que há de mais moderno na época, mas operava apenas em pequena escala. O estudante de graduação da UCSC Joel Armstrong (agora no Google) o estendeu para criar um novo programa poderoso chamado Cactus Progressivo, que pode funcionar para centenas e até milhares de genomas.

“A maioria dos métodos de alinhamento anteriores eram limitados por viés de referência, então, se o humano é a referência, eles poderiam dizer muito sobre a relação do genoma humano com o genoma do camundongo e muito sobre a relação do genoma humano com o genoma do cão, mas não muito sobre a relação do genoma do camundongo com o genoma do cão “, explicou Armstrong. “O que fizemos com o Progressive Cactus foi descobrir como evitar a limitação do preconceito da linha de base e, ao mesmo tempo, ser eficiente e preciso o suficiente para lidar com a escala maciça dos atuais projetos de sequenciamento do genoma.”

Armstrong é o autor principal de todos os três artigos e o primeiro autor do artigo que descreve o Cactus Progressivo e apresenta os resultados de um alinhamento de 605 genomas representando centenas de milhões de anos de evolução dos vertebrados. Este alinhamento sem precedentes combina dois alinhamentos menores, um para 242 mamíferos placentários e outro para 363 pássaros. Os outros dois artigos enfocam separadamente os alinhamentos do genoma dos mamíferos e das aves.

Este esforço colaborativo internacional foi coordenado por um grupo organizador liderado pelos co-autores Guojie Zhang na Universidade de Copenhagen e China National GeneBank, Elinor Karlsson no Broad Institute de Harvard e MIT, e Paten na UCSC. Os dados genômicos usados ​​nessas análises foram gerados por dois grandes consórcios: o projeto 10,000 Bird Genomes (B10K) para genomas de pássaros e o projeto Zoonomia para genomas de mamíferos.

Os cientistas vêm fazendo planos há anos para sequenciar e analisar os genomas de dezenas de milhares de animais. O co-autor David Haussler, diretor do UCSC Genomics Institute, ajudou a iniciar o projeto Genome 10K em 2009. Esforços relacionados incluem o Vertebrate Genome Project e o Earth Biogenome Project, e todos esses projetos estão agora ganhando força.

“Estes são artigos com visão de futuro, porque os métodos que desenvolvemos serão escalonados para alinhamentos de milhares de genomas”, disse Paten. “À medida que a tecnologia de sequenciamento se torna mais barata e rápida, as pessoas sequenciam centenas de novas espécies, e isso abre novas possibilidades para a compreensão das relações evolutivas e dos fundamentos genéticos da biologia. Há uma quantidade colossal de informações nesses genomas “.

Fonte da história:

materiais fornecido por Universidade da Califórnia – Santa Cruz. Original escrito por Tim Stephens. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Traduzido de Science Daily

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