1 / 57

Comperative Genomics

Comperative Genomics. מאת: סוניה ליברמן ניר לונדון. סמינריון גישות מחקר בביולוגיה חישובית 2005. מה נראה היום ?. גנומיקה השוואתית מהי השמר כאורגניזם מודל מחקר I – שמירות ואבולוציה ברצפים מקודדים מחקר II – שמירות ואבולוציה של אלמנטי בקרה סיכום ומסקנות. גנומיקה השוואתית.

xyla-dotson
Download Presentation

Comperative Genomics

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Comperative Genomics מאת:סוניה ליברמןניר לונדון סמינריון גישות מחקר בביולוגיה חישובית 2005.

  2. מה נראה היום ? • גנומיקה השוואתית מהי • השמר כאורגניזם מודל • מחקר I – שמירות ואבולוציה ברצפים מקודדים • מחקר II – שמירות ואבולוציה של אלמנטי בקרה • סיכום ומסקנות

  3. גנומיקה השוואתית • אנאליזה והשוואה של גנומים במינים שונים. • הכוח של גנומיקה השוואתית. • דרושים: • - זנים בעלי קרבה אבולציונית מספקת • - גנומים מרוצפים של זנים אלה. • הגנום האאוקריוטי הראשון. • שאלה:למה צריך יותר משני גנומים בכלל ?

  4. התפתחות יכולת הריצוף • מקטעים קצרים • פרוייקט הגנום האנושי • טכניקת ShotGun • ריצוף גנום שלם של שמר תוך מספר ימים

  5. ShotGun sequencing

  6. 14 מיני שמרים. ספריות המכסות 20-40% מכל הגנים. הנחה: גנים פונקציונאליים שמורים במינים קרובים אבולוציונית. גנומיקה השוואתית – ביטול 742 גנים. האתגר ניסיון ראשון (צרפת - מעבדות genolevures 00') ניסיון לבצע אנוטציה de novo של גנום • 14 מיני שמרים. ספריות המכסות 20-40% מכלל הגנום. • הנחה: גנים פונקציונאליים שמורים במינים קרובים אבולוציונית • גנומיקה השוואתית, ביטול 742 גנים.

  7. שאלה • מדוע אמינות התוצאות מוטלת בספק ?

  8. Sequencing and comparison of yeast species to identify genes and regulatory elements(*) • חוקר ראשי: Mannollis Kellis • ראש מעבדה: Eric s. Lander (*) Kellis M, et al. (2003) Sequencing and comparison of yeast species to identify genes and regulatory elements. Nature423: 241–254

  9. Kellis to the rescue • רוצפו שלושה גנומים של שמרים במלואם. • מטרות המחקר: • העמקת הבנת הגנום של S. cerevisiae • קביעת אסטרטגיה בבחירת גנומים הקרובים לאדם לקידום הבנת הגנום האנושי.

  10. Fungal phylogeny

  11. A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 Genome alignment algorithm • מציאת כל הגנים האורתולוגיים ע"י הרצת Blast • יצירת גרף דו"צ מכוון • הורדת צלעות לפי דמיון רצפי. • בניית בלוקים על פי synteny • BUS

  12. מסקנות מיישור הגנומים • לרוב התאמה של 1:1 • טלומרים – מגרש המשחקים של הגנום • שימור ניכר של סדר הגנים • שוני כולל מספק

  13. התוצאות Figure 2

  14. כרומוזום 14

  15. מדד להתפתחות אבולוציונית • הערכת קצב השינוי האבולוציוני. • גנים Vs. אינטרגניים. Figure 3

  16. זיהוי גנים • ביצענו alignment של הגנומים • נרצה לזהות גנים פונקציונלים ב-S.Cerevisiae • בעיה: ORFs אקראיים. • פתרון: התבוננות ברצף האורתולוגי בזן אחר.

  17. מבחן שימור מסגרת הקריאה (RFC) • לכל ORF נערכת הצבעה. • בקרה שלילית - 340 אזורים לא מקודדים. • 96% נדחו. • ¾ מהדחויים הם אכן ORF אמיתיים(!) • מסקנה: השיטה מדויקת ביותר.

  18. מבחן שימור מסגרת הקריאה (RFC) סווג כל ORF ב- S. Cerevisiae כבעל או חסר משמעות ביולוגית Figure 4

  19. מסקנות • בוטלו 503 גנים • נמצאו 43 גנים חדשים • קטלוג הגנים המעודכן - 5,726 ORF מקודדים • ריצוף זני שמרים נוספים ישיג דיוק גבוה אף יותר

  20. הגדרה מחדש של מבנה הגן • 210 ORF התחילו במיקום שונה. • מיקום שמור ביותר לתחילת התרגום. • 330 ORF הסתיימו במקום שונה. • קודוני סיום נוטים לשוני אבולוציוני גדול יותר.

  21. Figure 5

  22. שאלה עבור 18 גנים של S.Cerevisiae לא נמצאו אורתולוגים כיצד ניתן להסביר זאת?

  23. אבולוציה של גנים • גנים species specific • פערים בריצוף הגנום של הזנים האחרים • הסבר זה אינו עובד בכיוון השני – נמצאו 35 גנים בזנים אחרים שאינם מופיעים ב-S. Cerevisiae.

  24. זיהוי של אזורי בקרה בכלל הגנום • בעיה: זיהוי אזורי בקרה - קצרים יותר, שמורים פחות. • שיטות קודמות: • מוטציות נקודתיות בפרומוטורים – מייגע וארוך • אנאליזה של גנומים יחידים – לא חזק מספיק • דרושה שיטה לזיהוי de novo של אלמנטי בקרה

  25. מה השגנו ? • מה השגנו באמצעות 4 זנים בלבד (או – מה כוחה של הגנומיקה ההשוואתית): • זיהוי גנים חדשים • הגדרה מדוייקת יותר של מבנה הגנים • זיהוי אלמנטים של בקרה • הבהרה של התפתחויות אבולוציוניות

  26. הפסקה

  27. בעיה! • מאין כל המגוון הזה ? • דרוש מכניזם נוסף ! • מישהו יודע ? מישהו ניסה ?

  28. Conservation and Evolution of Cis-Regulatory Systems in Ascomycetes Fungi(*) • חוקרת ראשית: Dr. Audrey Gasch • ראש מעבדה: Prof. Michel Eisen (*) Gasch AP et al. (2004) Conservation and evolution of Cis-Regulatory systems in Ascomycete fungi. PloS Biol.2:e-398

  29. מוטיבציה • חקר אבולוציית מערכות הבקרה בשמרים • התמקדות ברצפים cis-רגולטורים

  30. אלמנטי בקרה • Cis-regulation elements • במינים קרובים - אבולוציית רצפי הבקרה איטית יותר • הקושי באנליזת רצפי בקרה: • הרצפים קצרים וואריאביליים • במינים מרוחקים: קושי בalignment של אזורים אינטרגניי • נשתמש בטכניקה של השוואת אורתולוגים

  31. צורת עבודה – קווים כלליים • מציאת גנים המתבטאים במשותף • הנחה: ביטוי משותף -> קו-רגולציה • מציאת קבוצות אורתולוגיות • חיפוש אלמנטי בקרה משותפים

  32. פרופ' שימחן היקר... • פרופ' שימחן היקר, • הנחה: קבוצות הגנים שעוברים קו-רגולציה ב-S. Cerevisiae, עוברים קו-רגולציה גם במינים האחרים. • האם הנחה זו נכונה ? • תודה מראש, • סוניה וניר. • סוניה וניר היקרים, • לדעתי הנחה זו צריכה להיבדק באופן ניסויי. • אפילו לפי המאמר של Kellis et al. נמצא דמיון של רק 60-80% ברצפים אינטרגניים. • ההנחה הולכת ונחלשת עבור זנים רחוקים יותר כמו S. Pombe • ברכותיי, גיורא

  33. המשך המחקר • 264 קבוצות גנים קו-רגולטיביים • בדיקת רמת העשרה של 80 רצפים ידועים • 41 רצפים ספציפיים לקבוצה • בקרת איכות

  34. רצפים משותפים • 597 אלמנטים משותפים • 42 אלמנטים הראו העשרה • 4 מתוכם – אלמנטים חדשים

  35. ב-13 המינים האחרים • נבדקה העשרה בכל מין בנפרד • שמירות = מספר המינים בהם נמצאה העשרה.

  36. שמירות vs. אבולוציה • כל האלמנטים זוהו ב 3 מתוך 4 המינים הקרובים • רוב האלמנטים זוהו באורתולוגים למעט מינים מרוחקים • שאלה: כיצד ניתן לפרש תוצאות אלה?

  37. תשובה • מרחק אבולוציוני = רמת שמירות האלמנטים • שאלה למתקדמים: האם יכולה להיות סיבה נוספת לקורלציה זו ?

  38. תשובה למתקדמים כן!

  39. ויותר בפירוט – חוסר דיוק • פחות דיוק בקביעת אורתולוגים • תשובת המאמר: איתור האלמנטים אינו רגיש לרעש

  40. Conservation of Cis sequence enrichment in specific gene groups. Figure 2 ונתחיל בשמירות

  41. אתרי קישור שמורים: • MCB – מבקר גנים המעורבים בשלב ה G1 • מבקר ביטוי גנים גם ב S.Pombe

  42. Gen4p – ביוסינתזה של ח. אמינו • GATA factors – מטאבוליזם של נתרן • מודל GATA • אורתולוגים של GATA factors במינים בהם הרצף שמור

  43. אלמנטים החסרים לS. Cerevisiae- • אלמנטים מסויימים חסרים ב-S. Cerevisiae • מדובר במערכות בקרה שמורות.

  44. שאלה • איזו תכונה נוספת של האלמנטים של הבקרה, יכולה להיות שמורה מלבד הדמיון הרצפי ? מיקום!

  45. שמירות בפיזור • פיזור לא רנדומאלי בגנים מאותה קבוצה • התפלגות דומה בכל המינים • מיקום מדויק אינו נשמר

  46. קרבה בין אלמנטים • אלמנטים מסויימים קרובים אחד לשני יותר מהצפוי • אינטראקציות קואופרטיביות של פקטורי שעתוק

  47. שמירות - סיכום • שמירות ברצף • שמירות במיקום • שמירות במרחק • הגנים התפתחו – הבקרה נשמרה

  48. אבולוציה ברמת הרצף • רצפים חדשים במערכות קיימות • רצפים משנים מיקום • כיצד זה מתרחש? • deletions & insertions • סחיפה גנטית

  49. קו-אבולוציה • רצפים ופקטורי שעתוק: קו-אבולוציה • Rpn4p – קושר רצף בקרה של גנים פרוטאוזומים • ב C.Albicans נמצאו רצפי בקרה נוספים • ב Rpn4n ב C.albicans יש דומיין קישור ל-DNA שונה

More Related