En genética , el término sintenia hace referencia a dos conceptos relacionados:
La Encyclopædia Britannica ofrece la siguiente descripción de sintenia, utilizando la definición moderna: [2]
La secuenciación genómica y el mapeo han permitido comparar las estructuras generales de los genomas de muchas especies diferentes. El hallazgo general es que los organismos de divergencia relativamente reciente muestran bloques similares de genes en las mismas posiciones relativas en el genoma. Esta situación se llama sintenia, que se traduce aproximadamente como poseer secuencias cromosómicas comunes. Por ejemplo, muchos de los genes de los humanos son sinténicos con los de otros mamíferos (no sólo los simios sino también las vacas, los ratones, etc.). El estudio de la sintenia puede mostrar cómo se corta y pega el genoma en el curso de la evolución.
Synteny es un neologismo que significa "en la misma cinta"; Griego : σύν , syn "junto con" + ταινία , tainiā "banda". Esto puede interpretarse clásicamente como "en el mismo cromosoma", o en el sentido moderno de tener el mismo orden de genes en dos cadenas (homólogas) de ADN (o cromosomas).
El concepto clásico está relacionado con el vínculo genético : el vínculo entre dos loci se establece mediante la observación de frecuencias de recombinación entre ellos inferiores a las esperadas . Por el contrario, cualquier loci en el mismo cromosoma es por definición sinténico, incluso si su frecuencia de recombinación no puede distinguirse de los loci no vinculados mediante experimentos prácticos. Así, en teoría, todos los loci vinculados son sinténicos, pero no todos los loci sinténicos están necesariamente vinculados. De manera similar, en genómica , los loci genéticos en un cromosoma son sinténicos independientemente de si esta relación puede establecerse mediante métodos experimentales como la secuenciación /ensamblaje del ADN , el recorrido del genoma , la localización física o el mapeo hap .
Los estudiantes de genética (clásica) emplean el término sintenia para describir la situación en la que dos loci genéticos han sido asignados al mismo cromosoma pero aún pueden estar separados por una distancia lo suficientemente grande en unidades de mapa como para que no se haya demostrado el vínculo genético.
La sintenia compartida (también conocida como sintenia conservada) describe la co-localización preservada de genes en cromosomas de diferentes especies. Durante la evolución , los reordenamientos del genoma, como las translocaciones cromosómicas, pueden separar dos loci, lo que resulta en la pérdida de sintenia entre ellos. Por el contrario, las translocaciones también pueden unir dos piezas de cromosomas previamente separadas, lo que da como resultado una ganancia de sintenia entre loci. Una sintenia compartida más fuerte de lo esperado puede reflejar la selección de relaciones funcionales entre genes sinténicos, como combinaciones de alelos que son ventajosos cuando se heredan juntos, o mecanismos reguladores compartidos. [3]
A la luz del cambio más reciente en el significado de sintenia , esta conservación del contenido y enlace genético sin preservación del orden también se ha denominado mesosintenia . [4]
El término se usa actualmente (desde ~ 2000) más comúnmente para describir la preservación del orden preciso de los genes en un cromosoma transmitido de un ancestro común, [5] [6] [7] [8] a pesar de que hay más genetistas de la "vieja escuela". rechazando lo que perciben como una apropiación indebida del término, [9] prefiriendo en su lugar la colinealidad . [10]
El análisis de la sintenia en el sentido del orden de los genes tiene varias aplicaciones en genómica. La sintenia compartida es uno de los criterios más confiables para establecer la ortología de regiones genómicas en diferentes especies. Además, la conservación excepcional de la sintenia puede reflejar importantes relaciones funcionales entre genes. Por ejemplo, el orden de los genes del " grupo Hox ", que son determinantes clave del plan corporal animal y que interactúan entre sí de manera crítica, se conserva esencialmente en todo el reino animal. [11]
Synteny se usa ampliamente en el estudio de genomas complejos, ya que la genómica comparada permite la presencia y posiblemente la función de genes en un organismo modelo más simple para inferir aquellos en uno más complejo. Por ejemplo, el trigo tiene un genoma muy grande y complejo que es difícil de estudiar. En 1994, una investigación del Centro John Innes de Inglaterra y del Instituto Nacional de Investigación Agrobiológica de Japón demostró que el genoma del arroz, mucho más pequeño, tenía una estructura y un orden genético similares a los del trigo. [12] Un estudio adicional encontró que muchos cereales son sinténicos [13] y, por lo tanto, plantas como el arroz o la hierba Brachypodium podrían usarse como modelo para encontrar genes o marcadores genéticos de interés que podrían usarse en el mejoramiento y la investigación del trigo. En este contexto, la sintenia también fue esencial para identificar una región muy importante en el trigo, el locus Ph1 involucrado en la estabilidad del genoma y la fertilidad, que se ubicó utilizando información de regiones sinténicas en arroz y Brachypodium. [14]
Synteny también se utiliza ampliamente en genómica microbiana. En Hyphomicrobianes y Enterobacteriales , los genes sinténicos codifican una gran cantidad de funciones celulares esenciales y representan un alto nivel de relaciones funcionales. [15]
Los patrones de sintenia compartida o rupturas de sintenia también se pueden utilizar como caracteres para inferir las relaciones filogenéticas entre varias especies, e incluso para inferir la organización del genoma de especies ancestrales extintas. A veces se establece una distinción cualitativa entre macrosintonia , preservación de la sintenia en grandes porciones de un cromosoma, y microsintonia , preservación de la sintenia sólo para unos pocos genes a la vez.
La sintenia compartida entre diferentes especies se puede inferir a partir de sus secuencias genómicas. Esto generalmente se hace usando una versión del algoritmo MCScan, que encuentra bloques sinténicos entre especies comparando sus genes homólogos y buscando patrones comunes de colinealidad en una escala cromosómica o contig . Las homologías generalmente se determinan sobre la base de aciertos BLAST de alta puntuación de bits que ocurren entre múltiples genomas. A partir de aquí, se utiliza la programación dinámica para seleccionar la mejor ruta de puntuación de genes homólogos compartidos entre especies, teniendo en cuenta la posible pérdida y ganancia de genes que pueden haber ocurrido en las historias evolutivas de las especies. [dieciséis]