Secuencias genómicas completas de seis especies de simios reveladas

Según un equipo internacional, las diferencias entre el ADN de siete especies de APE, incluidos los humanos, son mayores de lo que creía originalmente, dirigido por investigadores de Penn State, el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) y la Universidad de Washington. Revelaron los detalles genéticos con genomas de referencia «completos», que son secuencias estandarizadas de los genes de una especie y otras regiones cromosómicas.

Los genomas de referencia completos permiten una comparación entre especies, lo que permite a los investigadores buscar variaciones en el ADN que puedan afectar la salud y la supervivencia de una especie. El ensamblaje de secuencias de ADN completas de un extremo de cada cromosoma a otro anteriormente no era posible debido a limitaciones tecnológicas y algorítmicas.

El recomendacionespublicado en Naturalezaarrojar luz sobre la evolución de los primates y resaltar nuevos genes y genes específicos de especies con múltiples copias.

«Este trabajo descubrió nuevas firmas adaptativas en genes relacionados con la dieta, la respuesta inmune y la actividad celular, ofreciendo ideas precisas sobre las presiones evolutivas que dan forma a grandes genomas de simios», dijo Christian Huber, profesor asistente de biología en Penn State y coautor del estudio.

Las secuencias son más precisas y completas que los genomas de referencia anteriores y ofrecen una mayor visión de las funciones genéticas y los mecanismos de la enfermedad, incluida la identificación de genes y variantes que son significativas para la salud. Los estudios basados ​​en los nuevos genomas de referencia, dijo el equipo, podrían ayudar a avanzar en la genética de la conservación para especies en peligro de extinción, así como la comprensión de la evolución y la salud humana.

«Este es un hito para los estudios genómicos comparativos que nos permite apreciar la evolución del genoma con pleno detalle y complejidad, lo que no podíamos hacer antes porque estábamos trabajando con genomas incompletos», dijo Kateryna Makova, Verne M. Willaman Presidenta de Ciencias de la Vida, Profesor de Biología en el Estado de Penn y la autora-Corsenior del estudio. «Este trabajo debería servir como una línea de base definitiva para futuros estudios evolutivos de humanos y nuestros parientes de simios vivos más cercanos».

El genoma humano se secuenció por primera vez en 2001, y desde entonces, la secuencia de otros genomas APE ha sido un objetivo, dijo Makova, porque otros genomas APE pueden ayudar a explicar la historia evolutiva de los pares de bases que conforman el genoma humano. Los genomas de referencia también pueden ayudar en los esfuerzos para proteger las especies de simios en peligro de extinción. Al comprender la diversidad genética de los simios, los científicos pueden formular mejores estrategias de conservación para aumentar la población de estos animales.

Aquí, utilizando técnicas de secuenciación avanzada y algoritmos computacionales, el equipo decodificó el genoma para cada una de las seis especies de APE: Chimpanzee, Bonobo, Gorilla, orangután borneo, orangután de Sumatra y Siamang, y las comparó entre sí, así como con el genoma humano.

Los investigadores aplicaron tecnologías de secuenciación de lectura a largo plazo para descifrar el genoma, lo que permitió a los investigadores leer segmentos largos de ADN y reunirlas de un extremo de cada cromosoma a otro, sin ninguna brecha en secuencia. Como resultado, el equipo descubrió nuevos genes y familias de genes de copias múltiples que son específicas de una especie o un grupo de especies.

«Estos nuevos genes podrían ser en parte responsables de las diferencias que vemos entre las especies, incluidos los rasgos específicos de los humanos como la inteligencia», dijo Karol Pál, erudito postdoctoral en Penn State y coautor del estudio.

El equipo también identificó marcadores evolutivos, que permitirán a los investigadores comparar especies estrechamente relacionadas e interpretar regiones previamente inaccesibles del genoma. Descubrieron que estas regiones eran ricas en secuencias que forman ADN no canónico.

Los investigadores explicaron que el ADN no canónico son estructuras inusuales que no siguen la disposición típica de doble hélice de pares de bases de ADN y pueden desempeñar un papel en la regulación de los procesos celulares críticos, como la transcripción genética y la replicación del ADN.

Algunas de estas estructuras también se han relacionado con enfermedades como el cáncer. El mapeo de estas regiones permitirá a los investigadores estudiar aún más estas estructuras y potencialmente comprender cómo dan lugar a la salud o la enfermedad.

Las versiones anteriores de los genomas de referencia APE estaban incompletos y fragmentados porque los científicos estaban limitados por métodos experimentales que dificultaron el ensamblaje de genomas completos. Makova también señaló que los algoritmos computacionales anteriores eran inadecuados para analizar dicha información de secuenciación compleja, ralentizando el proceso.

«Imagine que está tratando de ensamblar un rompecabezas de 2,000 piezas sin una imagen de cómo debería ser. Es difícil ensamblar en el orden correcto», dijo Makova.

En los últimos años, la secuenciación de ADN y la tecnología de ensamblaje han avanzado. Los colaboradores de Penn State de NHGRI también mejoraron los algoritmos computacionales para trabajar mucho más rápido y con mayor precisión, lo que requiere poca intervención manual. El equipo utilizó técnicas similares para secuenciar el cromosoma Y humano completo y los genomas completos de los dos cromosomas sexuales de las especies vidas de grandes simios, ambos publicados en Naturaleza En los últimos dos años.

Los datos de los genomas de referencia están disponibles en línea al público.

En el futuro, el equipo dijo que esperan expandir este enfoque de secuenciación y ensamblaje de alta calidad para recopilar más datos sobre simios individuales dentro de las especies estudiadas en este documento, así como estudiar nuevas especies, como Gibbons.