Relazioni evolutive attraverso confronti genomici

La classificazione tradizionale degli organismi di Linneo è chiamata cladistica, che si basa sulle differenze nelle caratteristiche fisiche dell'organismo, e gli scienziati hanno comunemente costruito alberi, chiamati dendrogrammi, per fornire rappresentazioni visive di queste divisioni e gruppi.

Tuttavia, con l'avvento della tecnologia moderna, il confronto del DNA è diventato un modo comune per costruire tali alberi. Se i dati di sequenza vengono esaminati in una singola specie, come gli esseri umani, c'è un grado molto alto di somiglianza nel codice genetico, circa il 99,9% perché il codice genetico di un organismo viene trasmesso dal genitore alla prole.

Gli esseri umani condividono anche gran parte di questo codice del DNA con altre specie, come scimpanzé e topi, ma il grado di somiglianza complessiva tra il DNA umano e il loro è significativamente diverso. Ciò significa che gli alberi possono essere creati per gruppi di specie in base alle somiglianze o alle differenze tra i loro codici genetici. Questo campo di analisi, che combina statistica, modellazione matematica e informatica, fa parte di un campo noto come bioinformatica.

I dati genetici utilizzati per creare questi alberi possono assumere molte forme. Ad esempio, nella filogenesi molecolare uno o due loci genetici chiave vengono sequenziati e poi confrontati tra le specie di interesse.

Tuttavia, poiché singoli geni o regioni genetiche possono evolversi a velocità molto diverse in specie diverse o addirittura essere scambiati tra specie diverse attraverso il trasferimento genico orizzontale, queste indagini genetiche su piccola scala potrebbero non fornire sempre filogenesi accurate.

Nelle filogenesi batteriche, viene spesso utilizzata una tecnica chiamata tipizzazione di sequenze multi-locus, o MLST. Questo metodo genera sequenze in più regioni genetiche, in genere geni di housekeeping che sono essenziali per la funzione cellulare e quindi sono conservati in tutte le specie.

Tuttavia, i geni di housekeeping possono evolversi lentamente, quindi con MLST è difficile ottenere una risoluzione a livello di ceppo.

Infine, il sequenziamento dell'intero genoma, o WGS, può essere utilizzato per chiarire le relazioni evolutive. Questo metodo prevede il sequenziamento dell'intero genoma di un organismo, compreso il DNA mitocondriale negli eucarioti e persino il DNA dei cloroplasti nelle piante.

WGS allinea l'intero genoma con risoluzione su scala fine ed è in grado di identificare mutazioni o marcatori specie-specifici, punti di ramificazione e persino ceppi o popolazioni di una singola specie. Tali dettagli possono essere persi in una sequenza più mirata.