GENOMAS

Prof. Dr. Marcelo Ricardo Vicari

Definições:

• Genoma: Conjunto completo de genes e dassequências de DNA de um organismo

• Transcriptoma: Conjunto completo de genesexpressos sob certas condições

• Proteoma: Conjunto completo de proteínas

Definições:

• Reads

• fragmentos

• Contigs

• Scaffold

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Os tamanhos dos genomas variam / número de genes

Os tamanhos dos genomas variam / número de genes

O número total de genes é conhecido para algumas espécies

Em eucariotos parece não existir uma relação entre o tamanho do genoma e o nº de genes dos organismos.

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O número de diferentes tipos de genes de um organismo em geral é menor que o número total de

genes deste organismoGrande parte dos genes são agrupados em famílias,

de acordo com a sequência de seus exons.

Espécies mais complexas evoluem pela adição de novos genes

?

✓ A comparação da sequência do genoma humano com as sequênciasencontradas em outras espécies, revela características do processo evolutivo.

Metabolismo básico, replicação, transcrição e tradução

Organelas, componentes do citoesqueleto

Diferenciação dos tecidos

Poucos codificam para enzimas –origem ancestral

Organização do genoma dos

procariotos

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Características

E. coli

CaracterísticasCromossomo único → dsDNA circular

Replicon

Exceções Lineares

Streptomyces lividans Rhodococcus fasciens

Parasitas intracelulares obrigatórios: genoma de até 1,5 Mb

Redução do nº de genes (metabolismo e regulação da expressão)

Mycoplasma genitalium - ~ 470 genes 580Kb

O tamanho do genoma é proporcional ao número de genes.

Características

Características

Dupla fita circular

Autoduplicação > replicon

Genoma compacto (estrutura quase que exclusivamente composta por genes)

Ausência de introns (exceções)

Presença de cromossomos acessórios > plasmídeos

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Características

Colinearidade > 3 nt = 1 aác

Características

Superposição de genes

Características

Diferentes Fases de Leituras (ORFs)

Características

• Co-orientação da transcrição e da replicação dos genes

(as unidades transcricionais mais ativas estãoorientadas em relação à origem de replicação)

• Replicação bidirecional → sítio de terminação

• Presença de genes cópia simples• Presença de unidades policistrônicas (operons)

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▪ Ausência de

complemento

diploide.

▪ Quase todo genoma → codificação e

regulação.

Genoma

E. coli

▪ Praticamente

sem sequências

redundantes.

▪ Sequências codificantes em

ambas as fitas.

• Colinearidade

entre genes e

produtos

proteicos.• Unidades

genéticas

acessórias.

Características

Plasmídeos

• Cópias de DNA extra-cromossomais, duplas fitas autônomos.

• Sequência com pouca homologia ao cromossomo principal.

• Podem Conferir vantagens:

• Resistência a antibióticos

• Produção de toxinas

• Produção de adesinas

• Importantes na biotecnologia

• Etc;

Características

Transposons

• Unidades genéticas móveis, conhecidos como “DNAs saltatórios” nosgenomas.

• São sequências de DNA que possuem ORF para a transposase.

• Transposase = enzima capaz de catalisar a retirada e inserção dotransposon em um novo local no genoma.

• A presença dos transposons conferem uma alta plasticidade aogenoma (capaz de alterar expressão de genes, sítios derecombinação, etc).

Características

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Transposons

• São classificados em:

Transposons simples (IS)→ carregamapenas a informação genéticaessencial para a transposição.

Transposons complexos → carregam,também, informações nãorelacionadas a transposição(resistência a antibióticos, capacidadede movimentação entre bactérias).

Obs. Ver aula de elementostransponíveis

Características

Presença ausência de introns (introns early x introns late

Características

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Archaea: genoma 1,5 – 3 Mb (1.500 – 2.700 genes)

Bactérias de vida livre: 1,5 < 8 Mb

Aquifex aeolicus – 1,5 Mb – 1512 genes

S. meliloti - ~ 7 Mb - ~ 6000 genes

Existe variação entre linhagens:

E. coli – 4,6 Mb (4249 genes) até 5,5 Mb (5361 genes).

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A origem dos introns

- Teoria para a origem dos introns

Cenancestral (Fitch e Upper, 1987);

LUCA (Last Universal Common Ancestral) Lazcano e Forterre,

1999.

LUCA (homologias bacteria e archea);

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16S rRNA

Ancestral Universal (DNA, códons, RNA, proteínas, etc.)

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LUCA (divergências bacteria e archea);

RNA polimerase: 3 subnidades em bacteria e 6 em archea e

eucarya;

Introns???

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Organização dos genomas

organelares

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• Herança não mendeliana

• ds DNA

• Formado, geralmente, por moléculas

circulares de DNA

• uma organela apresenta várias cópias de

seu genoma

• Genomas de cloroplastos são

relativamente grandes

Genomas de organelas

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• mitocôndrias mostram tamanhos variados de genoma

– o número de genes codificadores de proteínas é pequeno

– a maior parte é codificadora de componentes das subunidades dos complexos da respiração I-IV

– genes codificadores de RNA

• Genoma mitocondrial apresenta introns, exceto nos mamíferos

• lembrar das heranças mitocondriais em humanos

• Homoplasmia x heteroplasmia

Genomas mitocondriais

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– não há introns e alguns

genes se sobrepõem

– as proteínas estão

envolvidas na respiração

• mtDNA de levedura é 5x

maior do que o animal devido

à presença de longos introns

– ocorre maior dispersão de

loci

Organização do DNA mitocondrial é variável

• DNA mitocondrial de células animais é compacto e codifica 13 proteínas, 2 rRNAs e 22 tRNAs

Região controle – D-loop: 1122 pb, sendo a mesma dividida em regiões

hipervariáveis I, II e III (HV I, II e III). Esta é responsável pela

regulação da replicação e transcrição de todo o mtDNA.

Útil em genética forense e marcadores moleculares;

Mecanismo de recombinação intramolecular

• Em plantas, as regiões invertidas podem recombinar e formar duas moléculas menores ou vice-versa.

Modificações do código genético em mitocôndrias

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Edição do RNA

• Alguns nucleotídeos podem ser mudados após o transcrito ser sintetizado

• Modificação de C > U, ocasionalmente U > C

• Acredita-se que a edição iniciou com plantas que invadiram o ambiente terrestre como um mecanismo de adaptação.

• A EDIÇÃO ocorre com auxílio de um RNA pequeno guia (Small Guide RNA) gRNA

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Mecanismo de trans-splicing

• Cloroplastos apresentam DNA com tamanho variado: 120-190 kb;

• codifica todos os rRNAs e tRNAs necessários para a síntese proteica, e aproximadamente 50 proteínas;

• os genes da organela podem ser transcritos e traduzidos pelo aparato da mesma

Genomas dos cloroplastos

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Herança materna

VARIEGAÇÃO – segregação de tipos diferentes de

cloroplasto