13.1:

13.1: Relações evolutivas por meio de comparações de genomas

Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

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Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

13.2: Genome Copying Errors

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02:54 min

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April 07, 2021

Overview

A comparação do genoma é uma das excelentes maneiras de interpretar as relações evolutivas entre os organismos. O princípio básico da comparação do genoma é que, se duas espécies compartilham uma característica comum, é provável que ela seja codificada pela sequência de DNA conservada entre as duas espécies. O advento das tecnologias de sequenciamento do genoma no final do século 20 permitiu que os cientistas entendessem o conceito de conservação de domínios entre espécies e os ajudou a deduzir relações evolutivas entre diversos organismos.

A comparação do genoma pode revelar três níveis de relações evolutivas. O primeiro nível fornece uma visão profunda das sequências e domínios de proteínas que são conservados em diversos grupos de organismos, como humanos e peixes. O segundo nível aumenta ainda mais a resolução para identificar os elementos de DNA únicos presentes nas espécies intimamente relacionadas, como humanos e chimpanzés. O terceiro nível, com resolução de dados ainda maior, distingue as diferenças genéticas dentro de uma espécie, como diferentes variantes e subtipos de um organismo. Essa resolução de alto nível pode identificar mutações específicas de cepas microbianas individuais ou grupos de casos infectados, ajudando a rastrear os surtos da doença.

Ferramentas de sequenciamento de DNA

Vários métodos podem ser usados para obter os dados de sequência de DNA necessários para deduzir relações evolutivas. Entre eles, o sequenciamento do genoma completo ou WGS é uma técnica amplamente utilizada. Ele fornece dados de alta resolução extremamente úteis para analisar mutações e sequências conservadas entre vários organismos. Ele também pode identificar a causa de distúrbios genéticos comparando a sequência de DNA de indivíduos afetados com as de outros indivíduos não afetados.

Ferramentas de análise de dados

Os dados obtidos por WGS ou métodos de sequenciamento semelhantes são analisados por ferramentas de software apropriadas para deduzir relações evolutivas. A Análise Genética Evolutiva Molecular (MEGA) é uma das ferramentas de software mais utilizadas. Os programas presentes no MEGA, como alinhamento de sequências de montagem, construção de árvores evolutivas, estimativa de distâncias genéticas e computação de árvores temporais evolutivas, permitem que os usuários façam a curadoria e interpretem os dados brutos obtidos a partir de técnicas de sequenciamento.

Transcript

A classificação tradicional de organismos de Linnaeus é chamada de cladística, que se baseia nas diferenças nas características físicas do organismo, e os cientistas geralmente construíram árvores, chamadas dendrogramas, para fornecer representações visuais dessas divisões e grupos.

No entanto, com o advento da tecnologia moderna, comparar o DNA tornou-se uma maneira comum de construir essas árvores. Se os dados de sequência forem examinados em uma única espécie, como os humanos, há um grau muito alto de semelhança no código genético, cerca de 99,9% porque o código genético de um organismo é passado de pais para filhos.

Os humanos também compartilham muito desse código de DNA com outras espécies, como chimpanzés e camundongos, mas o grau de semelhança geral entre o DNA humano e o deles é significativamente diferente. Isso significa que as árvores podem ser criadas para grupos de espécies com base nas semelhanças ou diferenças entre seus códigos genéticos. Este campo de análise, combinando estatística, modelagem matemática e ciência da computação, faz parte de um campo conhecido como bioinformática.

Os dados genéticos usados para criar essas árvores podem assumir várias formas. Por exemplo, na filogenia molecular, um ou dois loci genéticos principais são sequenciados e comparados entre as espécies de interesse.

No entanto, como genes individuais ou regiões genéticas podem evoluir em taxas muito diferentes em diferentes espécies ou até mesmo ser trocados entre diferentes espécies por meio da transferência horizontal de genes, esses levantamentos genéticos em pequena escala nem sempre fornecem filogenias precisas.

Em filogenias bacterianas, uma técnica chamada tipagem de sequência multilocus, ou MLST, é frequentemente usada. Este método gera sequências em várias regiões genéticas – normalmente genes de manutenção que são essenciais para a função celular e, portanto, são conservados entre as espécies.

No entanto, os genes de manutenção podem evoluir lentamente, portanto, com MLST é difícil obter resolução em nível de cepa.

Finalmente, o sequenciamento do genoma completo, ou WGS, pode ser usado para elucidar as relações evolutivas. Este método envolve o sequenciamento do genoma completo de um organismo, incluindo DNA mitocondrial em eucariotos e até DNA de cloroplasto em plantas.

O WGS alinha os genomas inteiros em resolução em escala fina e pode identificar mutações ou marcadores específicos de espécies, pontos de ramificação e até cepas ou populações de uma única espécie. Esses detalhes finos podem ser perdidos em um sequenciamento mais direcionado.

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Genome Comparison Evolutionary Relationships DNA Sequence Conservation Of Domains Genome Sequencing Technologies Diverse Organisms Protein Domains Unique DNA Elements Genetic Differences Variants And Subtypes High-resolution Data Whole-genome Sequencing (WGS)