Synteny - Synteny

Синтения между хромосомами человека и мыши. Цвета указывают на гомологичные области. Например, последовательности, гомологичные хромосоме 1 мыши, находятся в первую очередь на хромосомах 1 и 2 человека, но также и в хромосомах 6, 8 и 18. Х-хромосома почти полностью синтенична у обоих видов.[1]

В классическая генетика, синтения описывает физическую совместную локализацию генетические локусы на том же хромосома внутри человека или разновидность. Однако сегодня биологи обычно называют синтению сохранением блоков порядка в двух наборах хромосом, которые сравниваются друг с другом. Эту концепцию также можно обозначить как общая синтения.

Классическая концепция связана с генетическая связь: Связь между двумя локусами устанавливается путем наблюдения за более низкими, чем ожидалось, рекомбинация частоты между ними. Напротив, любые локусы на одной и той же хромосоме по определению являются синтеническими, даже если их частоту рекомбинации невозможно отличить от несвязанных локусов с помощью практических экспериментов. Таким образом, теоретически все связанные локусы являются синтеническими, но не все синтенные локусы обязательно связаны. Аналогичным образом в геномика, генетические локусы на хромосоме являются синтеническими независимо от того, может ли эта взаимосвязь быть установлена ​​экспериментальными методами, такими как Секвенирование ДНК /сборка, геномная прогулка, физическая локализация или случайное отображение.

Студенты-генетики используют термин «синтения» для описания ситуации, в которой два генетических локуса были назначены одной и той же хромосоме, но все же могут быть разделены достаточно большим расстоянием в единицах карты, так что генетическая связь не была продемонстрирована.

Британская энциклопедия дает следующее описание синтении:[2]

Геномное секвенирование и картирование позволили сравнить общие структуры геномов многих различных видов. Общий вывод состоит в том, что организмы относительно недавней дивергенции обнаруживают похожие блоки генов в одинаковых относительных положениях в геноме. Эта ситуация называется синтенией, что примерно переводится как наличие общих хромосомных последовательностей. Например, многие гены человека синтеничны с генами других млекопитающих - не только обезьян, но также коров, мышей и так далее. Изучение синтении может показать, как геном разрезается и вставляется в процессе эволюции.

Этимология

Synteny это неологизм значение «на одной ленте»; Греческий: σύν, син = вместе с + ταινία, тайния = полоса, относящаяся к одному и тому же порядку генов на двух (гомологичных) цепочках ДНК (или хромосомах).

Общая синтения

Общая синтения (также известная как консервативная синтения) описывает сохраненную совместную локализацию генов на хромосомах разных видов. В течение эволюция, перестройки генома, такие как хромосомные транслокации может разделять два локуса, что приводит к потере синтении между ними. Напротив, транслокации могут также соединять две ранее отдельные части хромосом вместе, что приводит к усилению синтении между локусами. Более сильная, чем ожидалось, общая синтения может отражать выбор функциональных взаимоотношений между синтеническими генами, таких как комбинации аллелей, которые имеют преимущество при совместном наследовании, или общие регуляторные механизмы.[3]

Этот термин иногда также используется для описания сохранения точного порядка генов на хромосоме, переданных от общего предка,[4][5][6][7] хотя многие генетики отвергают такое использование термина.[8]

Анализ синтении в смысле порядка генов имеет несколько применений в геномике. Общая синтения - один из самых надежных критериев для установления ортология геномных областей у разных видов. Кроме того, исключительное сохранение синтении может отражать важные функциональные отношения между генами. Например, порядок генов в "Hox-кластер ", которые являются ключевыми факторами животное план тела и которые критически взаимодействуют друг с другом, по существу сохраняется во всем животном царстве.[9]

Синтения широко используется при изучении сложных геномов, так как сравнительная геномика позволяет сделать вывод о наличии и, возможно, функции генов в более простом модельном организме, а также в более сложном. Например, у пшеницы очень большой и сложный геном, который трудно изучать. В 1994 г. исследование Центр Джона Иннеса в Англии и Национальный институт агробиологических исследований в Японии продемонстрировали, что геном гораздо меньшего размера риса имеет аналогичную структуру и порядок генов, что и пшеница.[10] Дальнейшие исследования показали, что многие злаки являются синтеновыми. [11] и таким образом растения, такие как рис или трава Брахиподиум может использоваться в качестве модели для поиска интересующих генов или генетических маркеров, которые могут быть использованы в селекции и исследованиях пшеницы. В этом контексте синтения также была важна для идентификации очень важной области пшеницы, локуса Ph1, участвующего в стабильности и фертильности генома, который был локализован с использованием информации из синтенных областей в рисе и Brachypodium.[12]

Синтения также широко используется в микробной геномике. В Ризобиальные и Энтеробактерии, синтенические гены кодируют большое количество основных функций клетки и представляют собой высокий уровень функциональных взаимоотношений.[13]

Образцы общих синтений или разрывов синтении также могут использоваться в качестве символы сделать вывод о филогенетический отношения между несколькими видами, и даже сделать вывод об организации генома вымерших предковых видов. Иногда проводится качественное различие между макросинтения, сохранение синтении на больших участках хромосомы, и микросинтения, сохранение синтении только для нескольких генов одновременно.

Вычислительное обнаружение

Общая синтения между разными видами может быть выведена из их геномных последовательностей. Обычно это делается с использованием версии алгоритма MCScan, который находит синтенические блоки между видами путем сравнения их гомологичных генов и поиска общих паттернов коллинеарности на хромосомных или контиг шкала. Гомологии обычно определяются на основе высокого битового рейтинга. ВЗРЫВ совпадения, возникающие между несколькими геномами. Отсюда, динамическое программирование используется для выбора наилучшего пути оценки общих гомологичных генов между видами, принимая во внимание потенциальную потерю и усиление генов, которые могли иметь место в эволюционной истории вида.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Sinha, Amit U .; Меллер, Ярослав (2008-03-08). «Cinteny: гибкий анализ и визуализация синтении и перестройки генома у множества организмов». BMC Биоинформатика. 8: 82. Дои:10.1186/1471-2105-8-82. ISSN  1471-2105. ЧВК  1821339. PMID  17343765.
  2. ^ наследственность (генетика): микроэволюция - онлайн-энциклопедия Britannica
  3. ^ Морено-Хагельсиб Г., Тревиньо В., Перес-Руэда Э., Смит Т.Ф., Колладо-Видес Дж. (2001). "Сохранение единиц транскрипции в трех сферах жизни: взгляд с кишечная палочка". Тенденции в генетике. 17 (4): 175–177. Дои:10.1016 / S0168-9525 (01) 02241-7. PMID  11275307.
  4. ^ Энгстрём П.Г., Хо Суй С.Дж., Дривенес О., Беккер Т.С., Ленхард Б. (2007). «Геномные регуляторные блоки лежат в основе обширной консервации микросинтении у насекомых». Genome Res. 17 (12): 1898–908. Дои:10.1101 / гр.6669607. ЧВК  2099597. PMID  17989259.
  5. ^ Хегер А., Понтинг С. П. (2007). «Анализ скорости эволюции ортологов и паралогов из 12 геномов дрозофилы». Genome Res. 17 (12): 1837–49. Дои:10.1101 / гр.6249707. ЧВК  2099592. PMID  17989258.
  6. ^ Поятос Дж. Ф., Херст Л. Д. (2007). «Детерминанты сохранения порядка генов у дрожжей». Геном Биол. 8 (11): R233. Дои:10.1186 / gb-2007-8-11-r233. ЧВК  2258174. PMID  17983469.
  7. ^ Доусон Д.А., Акессон М., Берк Т., Пембертон Дж. М., Слейт Дж., Ханссон Б. (2007). «Порядок генов и скорость рекомбинации в областях гомологичных хромосом кур и воробьиных птиц». Мол. Биол. Evol. 24 (7): 1537–52. Дои:10.1093 / молбев / msm071. PMID  17434902.
  8. ^ Passarge E, Horsthemke B, Farber RA (декабрь 1999 г.). «Неправильное употребление термина« синтения ». Природа Генетика. 23 (4): 387. Дои:10.1038/70486. PMID  10581019. S2CID  31645103.
  9. ^ Amores A, Force A, Yan YL, Joly L, Amemiya C, Fritz A, Ho RK, Langeland J, Prince V, Wang YL, Westerfield M, Ekker M, Postlethwait JH (ноябрь 1998 г.). "Кластеры Hox рыбок данио и эволюция генома позвоночных". Наука. 282 (5394): 1711–4. Bibcode:1998Sci ... 282.1711A. Дои:10.1126 / science.282.5394.1711. PMID  9831563.
  10. ^ Курата Н., Мур Дж., Нагамура Ю., Фут Т., Яно М., Минобе И., Гейл М. (1994). «Сохранение структуры генома между рисом и пшеницей». Природа Биотехнологии. 12 (3): 276–278. Дои:10.1038 / nbt0394-276. S2CID  41626506.
  11. ^ Мур Г., Девос К.М., Ван З., Гейл, доктор медицины (июль 1995 г.). «Эволюция генома злаков. Травы выстраиваются в ряд и образуют круг». Текущая биология. 5 (7): 737–9. Дои:10.1016 / S0960-9822 (95) 00148-5. PMID  7583118. S2CID  11732225.
  12. ^ Griffiths S, Sharp R, Foote TN, Bertin I, Wanous M, Reader S, Colas I, Moore G (февраль 2006 г.). «Молекулярная характеристика Ph1 как основного локуса спаривания хромосом в полиплоидной пшенице». Природа. 439 (7077): 749–52. Bibcode:2006Натура 439..749Г. Дои:10.1038 / природа04434. PMID  16467840. S2CID  4407272.
  13. ^ Герреро, G; Перальта, Н; Агилар, А; Díaz, R; Вильялобос, Массачусетс; Медрано-Сото, А; Мора, Дж. (17 октября 2005 г.). «Эволюционные, структурные и функциональные взаимосвязи, выявленные сравнительным анализом синтенических генов у Rhizobiales». BMC Эволюционная биология. 5: 55. Дои:10.1186/1471-2148-5-55. ЧВК  1276791. PMID  16229745.
  14. ^ Ван, Y; Тан, H; Дебарри, JD; Tan, X; Ли, Дж; Ван, Х; Ли, TH; Джин, H; Марлер, Б; Guo, H; Киссинджер, JC; Патерсон, AH (апрель 2012 г.). «MCScanX: набор инструментов для обнаружения и эволюционного анализа синтении и коллинеарности генов». Исследования нуклеиновых кислот. 40 (7): e49. Дои:10.1093 / nar / gkr1293. ЧВК  3326336. PMID  22217600.

внешняя ссылка

  • ACT (инструмент сравнения Artemis) - Вероятно, наиболее часто используемая программа для синтений, используемая в сравнительной геномике.
  • Сравнительные карты Национальная медицинская библиотека NIH NCBI связывает с ресурсами по генетической гомологии и сравнительными картами хромосом человека, мыши и крысы.
  • Страница исследования группы Грэма Мура - геномика злаков Дополнительная информация о синтении и ее использовании в сравнительной геномике злаков.
  • Домашняя страница NCBI Национальная медицинская библиотека NIH NCBI (Национальный центр биотехнологической информации) связана с огромным количеством ресурсов.
  • SimpleSynteny Бесплатный инструмент на основе браузера для сравнения и визуализации микросинтении в нескольких геномах для набора генов.
  • Synteny сервер Сервер для идентификации синтении и анализа перестройки генома - идентификация синтении и расчет расстояний обращения.
  • ЗаводSyntenyViewer Веб-инструмент визуализации, позволяющий ориентироваться в геномах и визуализировать сохранение синтении среди нескольких наборов данных (злаки, двудольные, животные, один на основе пшеницы ...)