В классической генетике , синтения описывает физическую совместную локализацию генетических локусов на одной и ту же хромосому в пределах одного или видов . Однако сегодня биологи обычно называют синтению сохранением блоков порядка в двух наборах хромосом, которые сравниваются друг с другом. Эту концепцию также можно назвать общей синтенией .
Классическая концепция связана с генетической связью : связь между двумя локусами устанавливается путем наблюдения более низких, чем ожидалось, частот рекомбинации 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 сцепленные локусы являются синтеническими, но не все синтенные локусы обязательно связаны. Точно так же в геномике генетические локусы на хромосоме синтеничны, независимо от того, может ли эта взаимосвязь быть установлена экспериментальными методами, такими как секвенирование / сборка ДНК , ходьба генома , физическая локализация или гап-картирование .
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 недавнего расхождения показывают 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
Синтения - это неологизм, означающий «на одной ленте»; Греческий : σύν , syn = вместе с + ταινία , tainiā = группа, относящийся к одному и тому же порядку генов на двух (гомологичных) цепочках ДНК (или хромосомах).
Общая синтения (также известная как консервативная синтения) описывает сохраненную совместную локализацию генов на хромосомах разных видов. Во время эволюции перестройки генома, такие как транслокации хромосом, могут 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 ортологии геномных регионов у разных видов. Кроме того, исключительное сохранение синтении может отражать важные функциональные отношения между генами. Например, порядок генов в « Hox-кластере », которые являются ключевыми детерминантами строения тела животных и которые критически взаимодействуют друг с другом, по существу сохраняется во всем животном царстве. [9]
Синтения широко используется при изучении сложных геномов, поскольку сравнительная геномика позволяет сделать вывод о наличии и, возможно, функции генов в более простом модельном организме, чтобы сделать вывод о генах в более сложном. Например, пшеница имеет очень большой и сложный геном, который трудно изучать. В 1994 году исследования Центра Джона Иннеса в Англии и Национального института агробиологических исследований в Японии продемонстрировали, что геном гораздо меньшего размера риса имел аналогичную структуру и порядок генов, что и пшеница. [10] Дальнейшее исследование показало, что многие злаки являются синтеническими [11], и поэтому такие растения, как рис или трава Brachypodium, можно использовать в качестве модели для поиска генов или генетических маркеров, представляющих интерес, 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 генома и фертильности, который был локализован с использованием информации из синтенных областей у риса и Brachypodium. [12]
Синтения также широко используется в микробной геномике. У Hyphomicrobiales и Enterobacteriales синтенные гены кодируют большое количество основных функций клетки и представляют собой высокий уровень функциональных взаимоотношений. [13]
Паттерны общей синтении или разрывов синтении также можно использовать в качестве признаков для вывода филогенетических отношений между несколькими видами и даже для вывода об организации генома вымерших предковых видов. Иногда проводится качественное различие между макросинтенией , сохранением синтении в больших частях хромосомы, и микросинтенией , сохранением 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 синтенные блоки между видами путем сравнения их гомологичных генов и поиска общих паттернов коллинеарности по хромосомной шкале или шкале контигов . Гомологии обычно определяются на основе совпадений BLAST с высоким битовым счетом, которые возникают 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 истории эволюции вида. [14]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Sinha, Amit U .; Меллер, Ярослав (2007-03-08). «Cinteny: гибкий анализ и визуализация синтении и перестройки генома у множества организмов» . BMC Bioinformatics . 8 : 82. DOI : 10,1186 / 1471-2105-8-82 . ISSN 1471-2105 . PMC 1821339 . PMID 17343765 .
- ^ наследственность (генетика): Микроэволюция - Интернет-энциклопедия Britannica
- ^ Морено-Хагельсиб Г., Тревиньо В., Перес-Руэда Э., Смит Т.Ф., Колладо-Видес Дж. (2001). «Сохранение единицы транскрипции в трех сферах жизни: взгляд из Escherichia coli ». Тенденции в генетике . 17 (4): 175–177. DOI : 10.1016 / S0168-9525 (01) 02241-7 . PMID 11275307 .
- ^ Энгстрём П.Г., Хо Суй С.Дж., Драйвенес О., Беккер Т.С., Ленхард Б. (2007). «Геномные регуляторные блоки лежат обширные сохранения microsynteny у насекомых» . Genome Res . 17 (12): 1898–908. DOI : 10.1101 / gr.6669607 . PMC 2099597 . PMID 17989259 .
- ^ Хегер А., Понтинг С. П. (2007). «Анализ скорости эволюции ортологов и паралогов из 12 геномов дрозофилы» . Genome Res . 17 (12): 1837–49. DOI : 10.1101 / gr.6249707 . PMC 2099592 . PMID 17989258 .
- ^ Поятос Дж. Ф., Херст Л. Д. (2007). «Детерминанты сохранения порядка генов у дрожжей» . Genome Biol . 8 (11): R233. DOI : 10.1186 / GB-2007-8-11-r233 . PMC 2258174 . PMID 17983469 .
- ^ Доусон Д.А., Акессон М., Берк Т., Пембертон Дж. М., Слейт Дж., Ханссон Б. (2007). «Порядок генов и скорость рекомбинации в областях гомологичных хромосом курицы и воробьиных птиц» . Мол. Биол. Evol . 24 (7): 1537–52. DOI : 10.1093 / molbev / msm071 . PMID 17434902 .
- ^ Passarge E, Horsthemke B, Farber RA (декабрь 1999 г.). «Неправильное употребление термина синтения». Генетика природы . 23 (4): 387. DOI : 10.1038 / 70486 . PMID 10581019 . S2CID 31645103 .
- ^ 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 . DOI : 10.1126 / science.282.5394.1711 . PMID 9831563 .
- ^ Курата Н., Мур Г., Нагамура И., Фут Т., Яно М., Минобе И., Гейл М. (1994). «Сохранение структуры генома между рисом и пшеницей». Природа Биотехнологии . 12 (3): 276–278. DOI : 10.1038 / nbt0394-276 . S2CID 41626506 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (95) 00148-5 . PMID 7583118 . S2CID 11732225 .
- ^ 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 : 2006Natur.439..749G . DOI : 10,1038 / природа04434 . PMID 16467840 . S2CID 4407272 .
- ^ 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 синтенных генов у Rhizobiales» . BMC Evolutionary Biology . 5 : 55. DOI : 10.1186 / 1471-2148-5-55 . PMC 1276791 . PMID 16229745 .
- ^ 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. DOI : 10.1093 / NAR / gkr1293 . PMC 3326336 . PMID 22217600 .
Внешние ссылки
- ACT (Artemis Comparison Tool) - вероятно, наиболее часто используемая программа для синтении, используемая в сравнительной геномике.
- Сравнительные карты Национальная медицинская библиотека NIH NCBI ссылается на ресурсы по генетической гомологии и сравнительные карты 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) ссылается на огромное количество ресурсов.
- SimpleSynteny Бесплатный инструмент на основе браузера для сравнения и визуализации микросинтении в нескольких геномах для набора генов.
- Сервер Synteny Сервер для идентификации синтении и анализа перестройки генома - идентификация синтении и вычисление обратных расстояний.
- PlantSyntenyViewer Веб-инструмент визуализации, позволяющий ориентироваться в геномах и визуализировать сохранение Synteny среди нескольких наборов данных (зерновые, двудольные, животные, на основе пшеницы ...)