Синтены

В генетике термин синтения относится к двум родственным понятиям:

В классической генетике синтения описывает физическую совместную локализацию генетических локусов на одной и той же хромосоме у индивидуума или вида .
В современной биологии синтения чаще относится к коллинеарности , то есть сохранению блоков порядка внутри двух наборов хромосом, которые сравниваются друг с другом. Эти блоки называются синтеническими блоками .

Британская энциклопедия дает следующее описание синтении, используя современное определение: ^{[ 2 ]}

Геномное секвенирование и картирование позволили сравнить общие структуры геномов многих различных видов. Общий вывод состоит в том, что организмы, дивергенция которых произошла сравнительно недавно, демонстрируют сходные блоки генов в одинаковых относительных положениях в геноме. Эта ситуация называется синтенией, что примерно переводится как наличие общих хромосомных последовательностей. Например, многие гены человека синтены с генами других млекопитающих — не только обезьян, но также коров, мышей и так далее. Изучение синтении может показать, как геном вырезается и вставляется в ходе эволюции.

Этимология

Синтены — неологизм , означающий «на одной ленте»; Греческий : σύν , Syn «вместе с» + ταινία , tainiā «группа». Это можно классически интерпретировать как «на одной и той же хромосоме» или в современном смысле как наличие одинакового порядка генов на двух (гомологичных) цепочках ДНК (или хромосомах).

Классическая концепция : колокализация на хромосоме.

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 синтенными, даже если их частота рекомбинации не может быть отличена от несвязанных локусов с помощью практических экспериментов. Таким образом, теоретически все сцепленные локусы являются синтенными, но не все синтенные локусы обязательно сцеплены. Точно так же в геномике генетические локусы на хромосоме являются синтенными независимо от того, могут ли эти отношения быть установлены экспериментальными методами, такими как секвенирование/сборка ДНК , прогулка по геному , физическая локализация или hap-картирование .

Студенты, изучающие (классическую) генетику, используют термин синтения для описания ситуации, в которой два генетических локуса были отнесены к одной и той же хромосоме, но все же могут быть разделены достаточно большим расстоянием в единицах карты, чтобы не было продемонстрировано генетическое сцепление.

В ходе эволюции: общая синтения

Общая синтения (также известная как консервативная синтения) описывает сохраненную совместную локализацию генов на хромосомах разных видов. В ходе эволюции перестройки генома, такие как хромосомные транслокации , могут привести к разделению двух локусов, что приведет к потере синтении между ними. И наоборот, транслокации могут также соединять вместе два ранее отдельных фрагмента хромосом, что приводит к усилению синтении между локусами. Более сильная, чем ожидалось, общая синтения может отражать отбор функциональных взаимоотношений между синтенными генами, например, комбинации аллелей, которые выгодны при совместном наследовании, или общие регуляторные механизмы. ^{[ 3 ]}

В свете недавнего изменения значения синтении , это сохранение содержания генов и связей без сохранения порядка также было названо мезосинтенией . ^{[ 4 ]}

Текущая концепция: сохранение порядка генов.

Этот термин в настоящее время (примерно с 2000 г.) чаще используется для описания сохранения точного порядка генов в хромосоме, передающегося от общего предка. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} несмотря на то, что все больше генетиков «старой школы» отвергают то, что они считают неправильным использованием этого термина, ^{[ 9 ]} вместо этого предпочитая коллинеарность . ^{[ 10 ]}

Анализ синтении в смысле порядка генов имеет несколько приложений в геномике. Общая синтения — один из наиболее надежных критериев установления ортологии геномных регионов у разных видов. Кроме того, исключительная консервативность синтении может отражать важные функциональные отношения между генами. Например, порядок генов в « кластере Хокса », которые являются ключевыми детерминантами животных строения тела и критически взаимодействуют друг с другом, по существу сохраняется во всем животном царстве. ^{[ 11 ]}

Synteny широко используется при изучении сложных геномов, поскольку сравнительная геномика позволяет по наличию и, возможно, функционированию генов в более простом модельном организме сделать вывод о наличии и, возможно, функционировании генов в более сложном организме. 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 показали, что гораздо меньший геном риса имеет структуру и порядок генов, аналогичные геному пшеницы. ^{[ 12 ]} Дальнейшие исследования показали, что многие злаки являются синтетическими. ^{[ 13 ]} и, таким образом, такие растения, как рис или трава Brachypodium, можно использовать в качестве модели для поиска генов или генетических маркеров, представляющих интерес, которые можно использовать в селекции и исследованиях пшеницы. В этом контексте синтения также была важна для идентификации очень важного региона пшеницы, локуса Ph1, участвующего в стабильности генома и плодородия, который был обнаружен с использованием информации из синтенных регионов риса и Brachypodium. ^{[ 14 ]}

Synteny также широко используется в микробной геномике. У Hyphomicrobiales и Enterobacteriales синтенные гены кодируют большое количество важных клеточных функций и представляют собой высокий уровень функциональных взаимоотношений. ^{[ 15 ]}

Паттерны общей синтении или разрывов синтении также можно использовать в качестве признаков для вывода о филогенетических отношениях между несколькими видами и даже для вывода об организации генома вымерших предковых видов. Качественное различие иногда проводят между макросинтенией (сохранением синтении в больших частях хромосомы) и микросинтениею (сохранением синтении только для нескольких генов одновременно).

Вычислительное обнаружение

Общую синтению между разными видами можно сделать на основе 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 закономерностей коллинеарности на хромосомном или контиговом масштабе. Гомологии обычно определяются на основе совпадений BLAST с высоким битовым рейтингом , которые происходят между несколькими геномами. Отсюда динамическое программирование используется для выбора наилучшего пути оценки общих гомологичных генов между видами с учетом потенциальной потери и приобретения генов, которые могли иметь место в эволюционной истории вида. ^{[ 16 ]}

См. также

Ссылки

^ Синха, Амит У.; Меллер, Ярослав (8 марта 2007 г.). «Cinteny: гибкий анализ и визуализация синтении и перестроек генома у нескольких организмов» . БМК Биоинформатика . 8:82 . дои : 10.1186/1471-2105-8-82 . ISSN 1471-2105 . ПМЦ 1821339 . ПМИД 17343765 .
^ наследственность (генетика): Микроэволюция - Интернет-энциклопедия Britannica
^ Морено-Хагельсиб Г., Тревиньо В., Перес-Руэда Э., Смит Т.Ф., Колладо-Видес Дж. (2001). «Сохранение единиц транскрипции в трех сферах жизни: взгляд на Escherichia coli ». Тенденции в генетике . 17 (4): 175–177. дои : 10.1016/S0168-9525(01)02241-7 . ПМИД 11275307 .
^ Хейн, Дж. К.; Руксель, Т; Хоулетт, Би Джей; Кема, GH; Гудвин, SB; Оливер, Р.П. (2011). «Новый способ хромосомной эволюции, свойственный нитчатым грибам-аскомицетам» . Геномная биология . 12 (5): 45 рандов. дои : 10.1186/gb-2011-12-5-r45 . ПМК 3219968 . ПМИД 21605470 .
^ Энгстрем П.Г., Хо Суй С.Дж., Драйнес О., Беккер Т.С., Ленхард Б. (2007). «Геномные регуляторные блоки лежат в основе обширного сохранения микросинтении у насекомых» . Геном Рез . 17 (12): 1898–908. дои : 10.1101/гр.6669607 . ПМК 2099597 . ПМИД 17989259 .
^ Хегер А., Понтинг CP (2007). «Анализ скорости эволюции ортологов и паралогов из 12 геномов дрозофилы» . Геном Рез . 17 (12): 1837–49. дои : 10.1101/гр.6249707 . ПМК 2099592 . ПМИД 17989258 .
^ Поятос Дж. Ф., Херст Л. Д. (2007). «Детерминанты сохранения порядка генов у дрожжей» . Геном Биол . 8 (11): Р233. дои : 10.1186/gb-2007-8-11-r233 . ПМК 2258174 . ПМИД 17983469 .
^ Доусон Д.А., Акессон М., Берк Т., Пембертон Дж.М., Слейт Дж., Ханссон Б. (2007). «Порядок генов и скорость рекомбинации в гомологичных участках хромосом курицы и воробьиной птицы» . Мол. Биол. Эвол . 24 (7): 1537–52. CiteSeerX 10.1.1.330.3005 . дои : 10.1093/molbev/msm071 . ПМИД 17434902 .
^ Пассарж Э., Хорстемке Б., Фарбер Р.А. (декабрь 1999 г.). «Неправильное употребление термина синтении» . Природная генетика . 23 (4): 387. дои : 10.1038/70486 . ПМИД 10581019 . S2CID 31645103 .
^ «Геномика и сравнительная геномика» . www.integratedbreeding.net .
^ Аморес А, Форс А, Ян ЮЛ, Джоли Л, Амемия С, Фриц А, Хо РК, Лангеланд Дж, Принс В, Ван ЮЛ, Вестерфилд М, Эккер М, Постлтуэйт Дж. Х. (ноябрь 1998 г.). «Кластеры Hox рыб данио и эволюция генома позвоночных». Наука . 282 (5394): 1711–4. Бибкод : 1998Sci...282.1711A . дои : 10.1126/science.282.5394.1711 . ПМИД 9831563 . S2CID 46098685 .
^ Курата Н., Мур Г., Нагамура Ю., Фут Т., Яно М., Минобе Ю., Гейл М. (1994). «Сохранение структуры генома риса и пшеницы». Природная биотехнология . 12 (3): 276–278. дои : 10.1038/nbt0394-276 . S2CID 41626506 .
^ Мур Дж., Девос К.М., Ван З., Гейл, доктор медицины (июль 1995 г.). «Эволюция генома зерновых. Травы выстраиваются в линию и образуют круг» . Современная биология . 5 (7): 737–9. дои : 10.1016/S0960-9822(95)00148-5 . ПМИД 7583118 . S2CID 11732225 .
^ Гриффитс С., Шарп Р., Фут Т.Н., Бертин И., Ванус М., Ридер С., Колас И., Мур Дж. (февраль 2006 г.). «Молекулярная характеристика Ph1 как основного локуса спаривания хромосом у полиплоидной пшеницы». Природа . 439 (7077): 749–52. Бибкод : 2006Natur.439..749G . дои : 10.1038/nature04434 . ПМИД 16467840 . S2CID 4407272 .
^ Герреро, Дж; Перальта, Х; Агилар, А; Диас, Р; Вильялобос, Массачусетс; Медрано-Сото, А; Мора, Дж. (17 октября 2005 г.). «Эволюционные, структурные и функциональные связи, выявленные при сравнительном анализе синтенных генов у Rhizobiales» . Эволюционная биология BMC . 5:55 . дои : 10.1186/1471-2148-5-55 . ПМЦ 1276791 . ПМИД 16229745 .
^ Ван, Ю; Тан, Х; Дебарри, доктор медицинских наук; Тан, Х; Ли, Дж; Ван, X; Ли, TH; Джин, Х; Марлер, Б; Го, Х; Киссинджер, Дж. К.; Патерсон, AH (апрель 2012 г.). «MCScanX: набор инструментов для обнаружения и эволюционного анализа синтении и коллинеарности генов» . Исследования нуклеиновых кислот . 40 (7): е49. дои : 10.1093/nar/gkr1293 . ПМЦ 3326336 . ПМИД 22217600 .

Внешние ссылки

ACT (Инструмент сравнения Artemis) — вероятно, наиболее часто используемая программа Synteny, используемая в сравнительной геномике.
Сравнительные карты Национальная медицинская библиотека Национального института здравоохранения (NIH) ссылается на ресурсы по гомологии генов и сравнительные карты хромосом человека, мыши и крысы.
Страница исследования группы Грэма Мура — геномика зерновых. Дополнительная информация о синтении и ее использовании в сравнительной геномике зерновых.
Домашняя страница NCBI Национальная медицинская библиотека NIH NCBI (Национальный центр биотехнологической информации) ссылается на огромное количество ресурсов.
SimpleSynteny Бесплатный браузерный инструмент для сравнения и визуализации микросинтении в нескольких геномах для набора генов.
Сервер Synteny Сервер для идентификации Synteny и анализа реаранжировки генома — идентификация Synteny и расчет реверсивных расстояний.
PlantSyntenyViewer Веб-инструмент визуализации, позволяющий перемещаться по геномам и визуализировать сохранение Synteny среди нескольких наборов данных (зерновые, двудольные, животные, пшеничный...)

[1] Синха, Амит У.; Меллер, Ярослав (8 марта 2007 г.). «Cinteny: гибкий анализ и визуализация синтении и перестроек генома у нескольких организмов» . БМК Биоинформатика . 8:82 . дои : 10.1186/1471-2105-8-82 . ISSN 1471-2105 . ПМЦ 1821339 . ПМИД 17343765 .

[2] наследственность (генетика): Микроэволюция - Интернет-энциклопедия Britannica

[3] Морено-Хагельсиб Г., Тревиньо В., Перес-Руэда Э., Смит Т.Ф., Колладо-Видес Дж. (2001). «Сохранение единиц транскрипции в трех сферах жизни: взгляд на Escherichia coli ». Тенденции в генетике . 17 (4): 175–177. дои : 10.1016/S0168-9525(01)02241-7 . ПМИД 11275307 .

[pmid21605470-4] Хейн, Дж. К.; Руксель, Т; Хоулетт, Би Джей; Кема, GH; Гудвин, SB; Оливер, Р.П. (2011). «Новый способ хромосомной эволюции, свойственный нитчатым грибам-аскомицетам» . Геномная биология . 12 (5): 45 рандов. дои : 10.1186/gb-2011-12-5-r45 . ПМК 3219968 . ПМИД 21605470 .

[5] Энгстрем П.Г., Хо Суй С.Дж., Драйнес О., Беккер Т.С., Ленхард Б. (2007). «Геномные регуляторные блоки лежат в основе обширного сохранения микросинтении у насекомых» . Геном Рез . 17 (12): 1898–908. дои : 10.1101/гр.6669607 . ПМК 2099597 . ПМИД 17989259 .

[pmid17989258-6] Хегер А., Понтинг CP (2007). «Анализ скорости эволюции ортологов и паралогов из 12 геномов дрозофилы» . Геном Рез . 17 (12): 1837–49. дои : 10.1101/гр.6249707 . ПМК 2099592 . ПМИД 17989258 .

[pmid17983469-7] Поятос Дж. Ф., Херст Л. Д. (2007). «Детерминанты сохранения порядка генов у дрожжей» . Геном Биол . 8 (11): Р233. дои : 10.1186/gb-2007-8-11-r233 . ПМК 2258174 . ПМИД 17983469 .

[pmid17434902-8] Доусон Д.А., Акессон М., Берк Т., Пембертон Дж.М., Слейт Дж., Ханссон Б. (2007). «Порядок генов и скорость рекомбинации в гомологичных участках хромосом курицы и воробьиной птицы» . Мол. Биол. Эвол . 24 (7): 1537–52. CiteSeerX 10.1.1.330.3005 . дои : 10.1093/molbev/msm071 . ПМИД 17434902 .

[pmid10581019-9] Пассарж Э., Хорстемке Б., Фарбер Р.А. (декабрь 1999 г.). «Неправильное употребление термина синтении» . Природная генетика . 23 (4): 387. дои : 10.1038/70486 . ПМИД 10581019 . S2CID 31645103 .

[10] «Геномика и сравнительная геномика» . www.integratedbreeding.net .

[pmid9831563-11] Аморес А, Форс А, Ян ЮЛ, Джоли Л, Амемия С, Фриц А, Хо РК, Лангеланд Дж, Принс В, Ван ЮЛ, Вестерфилд М, Эккер М, Постлтуэйт Дж. Х. (ноябрь 1998 г.). «Кластеры Hox рыб данио и эволюция генома позвоночных». Наука . 282 (5394): 1711–4. Бибкод : 1998Sci...282.1711A . дои : 10.1126/science.282.5394.1711 . ПМИД 9831563 . S2CID 46098685 .

[Kurata1994-12] Курата Н., Мур Г., Нагамура Ю., Фут Т., Яно М., Минобе Ю., Гейл М. (1994). «Сохранение структуры генома риса и пшеницы». Природная биотехнология . 12 (3): 276–278. дои : 10.1038/nbt0394-276 . S2CID 41626506 .

[pmid7583118-13] Мур Дж., Девос К.М., Ван З., Гейл, доктор медицины (июль 1995 г.). «Эволюция генома зерновых. Травы выстраиваются в линию и образуют круг» . Современная биология . 5 (7): 737–9. дои : 10.1016/S0960-9822(95)00148-5 . ПМИД 7583118 . S2CID 11732225 .

[pmid16467840-14] Гриффитс С., Шарп Р., Фут Т.Н., Бертин И., Ванус М., Ридер С., Колас И., Мур Дж. (февраль 2006 г.). «Молекулярная характеристика Ph1 как основного локуса спаривания хромосом у полиплоидной пшеницы». Природа . 439 (7077): 749–52. Бибкод : 2006Natur.439..749G . дои : 10.1038/nature04434 . ПМИД 16467840 . S2CID 4407272 .

[15] Герреро, Дж; Перальта, Х; Агилар, А; Диас, Р; Вильялобос, Массачусетс; Медрано-Сото, А; Мора, Дж. (17 октября 2005 г.). «Эволюционные, структурные и функциональные связи, выявленные при сравнительном анализе синтенных генов у Rhizobiales» . Эволюционная биология BMC . 5:55 . дои : 10.1186/1471-2148-5-55 . ПМЦ 1276791 . ПМИД 16229745 .

[16] Ван, Ю; Тан, Х; Дебарри, доктор медицинских наук; Тан, Х; Ли, Дж; Ван, X; Ли, TH; Джин, Х; Марлер, Б; Го, Х; Киссинджер, Дж. К.; Патерсон, AH (апрель 2012 г.). «MCScanX: набор инструментов для обнаружения и эволюционного анализа синтении и коллинеарности генов» . Исследования нуклеиновых кислот . 40 (7): е49. дои : 10.1093/nar/gkr1293 . ПМЦ 3326336 . ПМИД 22217600 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]