Syntenie - Synteny
In der klassischen Genetik , Syntenie beschreibt die physikalische Co-Lokalisation von genetischen Loci auf demselben Chromosom innerhalb eines Individuums oder Spezies . Heutzutage bezeichnen Biologen jedoch Syntenie normalerweise als die Erhaltung von Ordnungsblöcken innerhalb von zwei Chromosomensätzen, die miteinander verglichen werden. Dieses Konzept kann auch als Shared Synteny bezeichnet werden .
Das klassische Konzept bezieht sich auf die genetische Verknüpfung : Die Verknüpfung zwischen zwei Loci wird durch die Beobachtung von niedriger als erwarteten Rekombinationsfrequenzen zwischen ihnen hergestellt. Im Gegensatz dazu sind alle Loci auf demselben Chromosom per Definition syntenisch, auch wenn ihre Rekombinationsfrequenz durch praktische Experimente nicht von unverknüpften Loci unterschieden werden kann. Somit sind theoretisch alle verknüpften Loci syntenisch, aber nicht alle syntenischen Loci sind notwendigerweise verknüpft. In ähnlicher Weise sind in der Genomik die genetischen Loci auf einem Chromosom syntenisch, unabhängig davon, ob diese Beziehung durch experimentelle Methoden wie DNA-Sequenzierung /Assemblierung, Genom-Walking , physikalische Lokalisierung oder Hap-Mapping festgestellt werden kann .
Studenten der Genetik verwenden den Begriff Syntenie, um die Situation zu beschreiben, in der zwei genetische Loci dem gleichen Chromosom zugeordnet wurden, aber dennoch durch einen ausreichend großen Abstand in Karteneinheiten getrennt sein können, dass eine genetische Verknüpfung nicht nachgewiesen wurde.
Die Encyclopædia Britannica gibt die folgende Beschreibung der Syntenie:
Genomsequenzierung und -kartierung haben den Vergleich der allgemeinen Strukturen von Genomen vieler verschiedener Spezies ermöglicht. Die allgemeine Erkenntnis ist, dass Organismen mit relativ neuer Divergenz ähnliche Genblöcke an den gleichen relativen Positionen im Genom aufweisen. Diese Situation wird als Syntenie bezeichnet, grob übersetzt als Besitz gemeinsamer Chromosomensequenzen. Zum Beispiel sind viele der Gene des Menschen mit denen anderer Säugetiere syntenisch – nicht nur Affen, sondern auch Kühe, Mäuse und so weiter. Das Studium der Syntenie kann zeigen, wie das Genom im Laufe der Evolution geschnitten und eingefügt wird.
Etymologie
Syntenie ist ein Neologismus bedeutet „auf dem gleichen Band“; Griechisch : σύν , syn = zusammen mit + ταινία , tainiā = Band, bezieht sich auf die gleiche Reihenfolge von Genen auf zwei (homologen) DNA-Strängen (oder Chromosomen).
Shared Synteny (auch als konservierte Syntenie bekannt) beschreibt die konservierte Co-Lokalisierung von Genen auf Chromosomen verschiedener Spezies. Während der Evolution können Neuordnungen des Genoms wie Chromosomentranslokationen zwei Loci trennen, was zum Verlust der Syntenie zwischen ihnen führt. Umgekehrt können Translokationen auch zwei zuvor getrennte Chromosomenstücke miteinander verbinden, was zu einem Synteniegewinn zwischen den Loci führt. Eine stärker als erwartete gemeinsame Syntenie kann die Selektion auf funktionelle Beziehungen zwischen syntenischen Genen widerspiegeln, wie beispielsweise Kombinationen von Allelen, die bei gemeinsamer Vererbung vorteilhaft sind, oder gemeinsame Regulationsmechanismen.
Der Begriff wird manchmal auch verwendet, um die Erhaltung der genauen Reihenfolge der Gene auf einem Chromosom zu beschreiben, die von einem gemeinsamen Vorfahren weitergegeben wurden, obwohl viele Genetiker diese Verwendung des Begriffs ablehnen.
Die Analyse der Syntenie im Sinne der Genordnung hat mehrere Anwendungen in der Genomik. Die gemeinsame Syntenie ist eines der zuverlässigsten Kriterien für die Bestimmung der Orthologie genomischer Regionen verschiedener Arten. Darüber hinaus kann eine außergewöhnliche Konservierung der Syntenie wichtige funktionelle Beziehungen zwischen Genen widerspiegeln. So ist beispielsweise die Ordnung der Gene im „ Hox-Cluster “, die für den tierischen Körperbau entscheidende Determinanten sind und kritisch miteinander interagieren, im gesamten Tierreich im Wesentlichen erhalten.
Synteny wird häufig bei der Untersuchung komplexer Genome verwendet, da vergleichende Genomik das Vorhandensein und möglicherweise die Funktion von Genen in einem einfacheren Modellorganismus ermöglicht, um auf die in einem komplexeren zu schließen. Weizen hat beispielsweise ein sehr großes, komplexes Genom, das schwer zu untersuchen ist. 1994 zeigten Untersuchungen des John Innes Centers in England und des National Institute of Agrobiological Research in Japan, dass das viel kleinere Reisgenom eine ähnliche Struktur und Genordnung wie Weizen aufwies. Weitere Studien ergaben, dass viele Getreidearten syntenisch sind und daher Pflanzen wie Reis oder das Gras Brachypodium als Modell verwendet werden könnten, um Gene oder genetische Marker von Interesse zu finden, die in der Weizenzüchtung und -forschung verwendet werden könnten. In diesem Zusammenhang war Synteny auch für die Identifizierung einer sehr wichtigen Region im Weizen unerlässlich, des Ph1-Locus, der an der Genomstabilität und Fertilität beteiligt ist und anhand von Informationen aus syntenischen Regionen in Reis und Brachypodium lokalisiert wurde.
Synteny wird auch häufig in der mikrobiellen Genomik verwendet. Bei Hyphomicrobiales und Enterobacteriales kodieren syntenische Gene eine Vielzahl essentieller Zellfunktionen und repräsentieren ein hohes Maß an funktionellen Beziehungen.
Muster gemeinsamer Syntenie oder Synteniebrüche können auch als Merkmale verwendet werden, um auf die phylogenetischen Beziehungen zwischen mehreren Arten und sogar auf die Genomorganisation ausgestorbener Vorfahrenarten zu schließen. Eine qualitative Unterscheidung wird manchmal zwischen Makrosyntenie , der Erhaltung der Syntenie in großen Teilen eines Chromosoms, und Mikrosyntenie , der Erhaltung der Syntenie für nur wenige Gene gleichzeitig, getroffen.
Computergestützte Erkennung
Eine gemeinsame Syntenie zwischen verschiedenen Arten kann aus ihren genomischen Sequenzen abgeleitet werden. Dies geschieht typischerweise mit einer Version des MCScan-Algorithmus, der syntenische Blöcke zwischen Arten findet, indem sie ihre homologen Gene vergleicht und nach gemeinsamen Mustern der Kollinearität auf einer chromosomalen oder Contig- Skala sucht . Homologien werden normalerweise auf der Grundlage von BLAST- Treffern mit hohem Bit-Score bestimmt , die zwischen mehreren Genomen auftreten. Von hier aus wird dynamische Programmierung verwendet, um den besten Bewertungspfad für gemeinsame homologe Gene zwischen Arten auszuwählen, wobei potenzieller Genverlust und -gewinn berücksichtigt werden, der in der Evolutionsgeschichte der Art aufgetreten sein könnte.
Siehe auch
Verweise
Externe Links
- ACT (Artemis Comparison Tool) — Das wahrscheinlich am häufigsten verwendete Synteny-Softwareprogramm, das in der vergleichenden Genomik verwendet wird.
- Vergleichende Karten Die National Library of Medicine NCBI von NIH verlinkt zu Ressourcen zur Genhomologie und zu vergleichenden Chromosomenkarten von Mensch, Maus und Ratte.
- Forschungsseite der Graham Moore-Gruppe - Getreidegenomik Weitere Informationen über Syntenie und ihre Verwendung in der vergleichenden Getreidegenomik.
- NCBI-Homepage NIHs National Library of Medicine NCBI (National Center for Biotechnology Information) verlinkt auf eine enorme Anzahl von Ressourcen.
- SimpleSynteny Ein kostenloses browserbasiertes Tool zum Vergleichen und Visualisieren von Microsynteny über mehrere Genome für eine Reihe von Genen.
- Synteny-Server Server für die Synteny-Identifikation und Analyse der Genomumlagerung – die Identifikation von Synteny und die Berechnung von Umkehrdistanzen.
- PlantSyntenyViewer Ein webbasiertes Visualisierungstool, das es ermöglicht, durch Genome zu navigieren und die Synteny-Erhaltung zwischen mehreren Datensätzen (Getreide, Dikotyledonen, Tiere, ein auf Weizen basierender ...) zu visualisieren.