13.5:

13.5: Secuencias conservadas en múltiples especies

Multi-species Conserved Sequences

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Molecular Biology

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Multi-species Conserved Sequences

13.4: Synteny and Evolution

13.6: Gene Duplication and Divergence

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02:51 min

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April 07, 2021

Overview

Next-generation sequencing technologies have created large genomic databases of a variety of animals and plants. Ever since the human genome project was completed, scientists studied the genome of primates, mammals, and other phylogenetically distant living beings. Such large-scale studies have provided new insights into the evolutionary relationship between organisms.

Although the genome of each species varies greatly from each other, a few sequences are highly conserved. Such conserved DNA sequences among two or more species are collectively known as “multi-species conserved sequences.” These sequences are less likely to mutate and remain mostly unchanged over a long time. For example, an exon and three intronic regions of the gene cystic fibrosis are highly conserved among humans and higher apes such as chimpanzees and orangutans.

Most multi-conserved sequences do not code for proteins; instead, they are transcribed into long non-coding RNAs or not transcribed at all. The RNA elements synthesized may be involved in epigenetic regulation of gene expression, pre-mRNA processing, alternate splicing, maturation, and stability. The non-transcribed sequences are called conserved non-genic sequences (CNG). Human-mouse genome comparison revealed approximately 327,000 CNGs in the human genome. Among them, 65% are intergenic regions, and 35% are in introns.

Ultraconserved sequences in the human genome

Ultraconserved sequences are DNA sequences that have undergone little to no change for millions of years. Many of the ultraconserved sequences are concentrated in clusters near transcription factors and developmental genes loci.

Besides, there are some universally conserved genes. These genes are so fundamental to life that they are conserved right from bacteria to mammals. Examples include RNA polymerase, Helicases, GTP-binding elongation factors, and ABC transporters.

Transcript

Las secuencias de nucleótidos que se conservan entre muchas especies diferentes se denominan secuencias conservadas de varias especies.

Por ejemplo, hay miles de segmentos de ADN entre humanos, ratas y ratones que han permanecido sin cambios desde la divergencia de estas tres especies de su ancestro mamífero común.

Si bien una pequeña proporción de estas secuencias conservadas codifican ARN o proteínas, la mayoría son secuencias de ADN no codificante, también llamadas secuencias no génicas conservadas o CNG. Por ejemplo, entre las secuencias conservadas del genoma humano y del ratón, solo un tercio de ellas producen una transcripción funcional, mientras que los dos tercios restantes son CNG.

Los CNG tienen aproximadamente 50 a 200 nucleótidos de longitud y se pueden encontrar en regiones intergénicas del genoma, intrones dentro de un gen o regiones no traducidas de la transcripción de ARN.

Algunas de estas secuencias están extremadamente conservadas a través de los linajes y, por lo tanto, se denominan secuencias ultraconservadas. Hay más de 5000 secuencias ultraconservadas entre genomas humanos, de ratas y ratones, cada una de alrededor de 100 bases de longitud.

La conservación de secuencias a lo largo de millones de años a través de linajes indica que las secuencias conservadas de múltiples especies deben ser críticas para la supervivencia. Sin embargo, dado que la mayoría de las secuencias conservadas no codifican una proteína, su función sigue siendo un misterio.

Se especula que tales secuencias conservadas tienen las siguientes funciones. En primer lugar, estas secuencias pueden actuar como potenciadores o silenciadores que se unen a la maquinaria de transcripción y controlan el nivel de expresión génica.

En segundo lugar, las secuencias conservadas pueden transcribirse en ARN largos no codificantes que regulan la maduración y la estabilidad del pre-ARNm.

En tercer lugar, estas secuencias podrían permitir la interacción funcional entre los cromosomas y ayudar a definir territorios cromosómicos con distintos patrones de expresión génica dentro del núcleo.
Las mutaciones raras en secuencias conservadas de múltiples especies suelen representar un paso crítico en la evolución de nuevas especies.

Por ejemplo, los genomas de los primates abarcan secuencias específicas altamente conservadas cerca de los genes del desarrollo neuronal. Hace unos 6 millones de años, estas secuencias conservadas sufrieron cambios de nucleótidos a tasas excepcionales que condujeron a la evolución del linaje humano.

Estas regiones, llamadas Regiones Aceleradas Humanas o HAR, están involucradas en etapas críticas del desarrollo del cerebro y en la mejora de las funciones cognitivas.

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