Filogenómica
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La filogenómica es la intersección de los campos de la evolución y la genómica.[1] El término se ha utilizado de múltiples formas para referirse al análisis de datos genómicos y reconstrucciones evolutivas. Es un grupo de técnicas dentro de la filogenética y la genómica. La filogenómica extrae información comparando genomas completos, o al menos grandes porciones de genomas.[2] La filogenética compara y analiza las secuencias de genes individuales, o una pequeña cantidad de genes, así como muchos otros tipos de datos. Cuatro áreas principales caen bajo filogenómica:
- Predicción de genes funcionales
- Establecimiento y aclaración de relaciones evolutivas
- Evolución de familias de genes
- Predicción y rastreo de eventos de transferencia horizontal de genes.
Predicción de genes funcionales
Cuando Jonathan Eisen acuñó originalmente el término filogenómica, se aplicó a la predicción de la función genética. Antes de las técnicas filogenómicas, la función de los genes se predecía principalmente comparando sus secuencias con aquellas de genes cuya función ya era conocida. Cuando están involucrados varios genes con secuencias similares pero funciones diferentes, este método por sí solo es ineficaz para determinar la función. Un ejemplo específico se presenta en el artículo "Delicias gastronómicas: una fiesta móvil",[3] donde se utilizaron predicciones de genes basadas únicamente en similitud de secuencia para sugerir que Helicobacter pylori podía reparar ADN no emparejado.[4] Esta predicción se basó en el hecho de que este organismo tiene un gen cuya secuencia es muy similar a los genes de otras especies de la familia de genes MutS, muchos de los cuales están implicados en la reparación de errores de apareamiento. Sin embargo, Eisen señaló que H. pylori carece de otros genes considerados esenciales para esta función, en particular miembros de la familia MutL. Para resolver esta aparente discrepancia, Eisen analizó los árboles filogenéticos de los genes de la familia MutS y demostró que el gen presente en H. pylori no corresponde a la misma subfamilia que los que se sabía están involucrados en la reparación de errores de apareamiento. Además, propuso que este enfoque "filogenómico" podría usarse como método general para la predicción funcional de genes. Este método fue descrito formalmente en 1998.[5] Para revisiones de este aspecto de la filogenómica, véase a Brown D, Sjölander K. Clasificación funcional usando inferencia filogenómica.[6][7]
Predicción y seguimiento de la transferencia horizontal de genes
Las técnicas filogenéticas tradicionales tienen dificultades para establecer diferencias entre genes que son similares debido a la transferencia horizontal de genes y aquellos que son similares porque los organismos comparten un ancestro. Al comparar un gran número de genes o genomas completos entre muchas especies, es posible identificar genes transferidos, ya que estas secuencias muestran patrones evolutivos diferentes a los esperados según la taxonomía del organismo. Usando estos métodos, los investigadores han logrado identificar más de 2.000 enzimas metabólicas que diversos parásitos eucariotas adquirieron a través de la transferencia horizontal de genes.[8]
Evolución de la familia de genes
La comparación de conjuntos de genes completos para un grupo de organismos permite la identificación de eventos en la evolución de genes, como la duplicación o deleción de genes. A menudo, estos eventos son evolutivamente relevantes. Por ejemplo, múltiples duplicaciones de genes que codifican enzimas degradantes de ciertas familias son una adaptación común en microbios a nuevas fuentes de nutrientes. Por el contrario, la pérdida de genes es importante en la evolución reductiva, (hipótesis de la reina negra) como en los parásitos o simbiontes intracelulares. Los eventos de duplicación del genoma completo, que potencialmente duplican todos los genes de un genoma a la vez, son eventos evolutivos drásticos con gran relevancia en la evolución de muchos clados, y cuya señal se puede rastrear con métodos filogenómicos.
Establecimiento de relaciones evolutivas
Los estudios tradicionales de un solo gen son efectivos para establecer árboles filogenéticos entre organismos estrechamente relacionados, pero tienen inconvenientes cuando se comparan organismos o microorganismos relacionados más lejanamente. Esto se debe a la transferencia horizontal de genes, la convergencia y las diferentes tasas de evolución de diferentes genes. Al utilizar genomas completos en estas comparaciones, las anomalías creadas a partir de estos factores se ven superadas por el patrón de evolución indicado por la mayoría de los datos.[9][10][11] A través de la filogenómica, se ha descubierto que la mayoría de los eucariotas fotosintéticos están vinculados y posiblemente comparten un solo ancestro. Los investigadores compararon 135 genes de 65 especies diferentes de organismos fotosintéticos. Estos incluían plantas, alveolados, rizarios, haptofitos y criptomonas.[12] Esto ha sido denominado megagrupo Plantas + HC + SAR. Con este método, teóricamente es posible crear árboles filogenéticos completamente resueltos y las restricciones de tiempo se pueden recuperar con mayor precisión.[13][14] Sin embargo, en la práctica este no es siempre el caso. Debido a la insuficiencia de datos, a veces se pueden respaldar varios árboles con los mismos datos cuando se analizan con diferentes métodos.[15]
Bases de datos
Véase también
- Arqueoptérix
- Filogenia bacteriana
- Filogenética
- Supertree
