Sintenia

En genética , el término sintenia se refiere a dos conceptos relacionados:

• En genética clásica , la sintenia describe la colocalización física de loci genéticos en el mismo cromosoma dentro de un individuo o especie .
• En genómica , la sintenia se refiere más comúnmente a la colinealidad , es decir, la conservación de bloques de orden dentro de dos conjuntos de cromosomas que se comparan entre sí. Estos bloques se denominan bloques sinténicos .

La Encyclopædia Britannica ofrece la siguiente descripción de la sintenia, utilizando la definición moderna: ^{[ 2 ]}

La secuenciación y el mapeo genómico han permitido comparar las estructuras generales de los genomas de muchas especies diferentes. El hallazgo general es que los organismos con una divergencia relativamente reciente presentan bloques de genes similares en las mismas posiciones relativas del genoma. Esta situación se denomina sintenia, que se traduce aproximadamente como la posesión de secuencias cromosómicas comunes. Por ejemplo, muchos de los genes humanos son sinténicos con los de otros mamíferos, no solo simios, sino también vacas, ratones, etc. El estudio de la sintenia puede mostrar cómo el genoma se fragmenta y recombina a lo largo de la evolución.

Sintenia es un neologismo que significa "en la misma cinta"; del 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 se relaciona con el ligamiento genético : el ligamiento entre dos loci se establece mediante la observación de frecuencias de recombinación menores a las esperadas entre ellos. Por el contrario, cualquier locus en el mismo cromosoma es, por definición, sinténico, incluso si su frecuencia de recombinación no puede distinguirse de la de loci no ligados mediante experimentos prácticos. Así, en teoría, todos los loci ligados son sinténicos, pero no todos los loci sinténicos están necesariamente ligados. 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 de ADN , el recorrido genómico , la localización física o el mapeo de haplotipos .

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 ligamiento genético.

Actualmente (desde aproximadamente el año 2000), el término se usa más comúnmente para describir la preservación del orden preciso de los genes en un cromosoma transmitido desde un ancestro común, ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} a pesar de que los genetistas más "tradicionales" rechazan 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 fiables para establecer la ortología de las regiones genómicas en diferentes especies. Además, la sintenia excepcional puede reflejar importantes relaciones funcionales entre genes. Por ejemplo, el orden de los genes en el clúster Hox , que son determinantes clave del plan corporal animal e interactúan entre sí de forma crucial, se conserva esencialmente en todo el reino animal. ^{[ 11 ]}

La sintenia se utiliza ampliamente en el estudio de genomas complejos, ya que la genómica comparativa permite inferir la presencia y posible función de genes en un organismo modelo más simple para determinar su función en uno más complejo. Por ejemplo, el trigo posee un genoma muy grande y complejo, difícil de estudiar. En 1994, una investigación del Centro John Innes en Inglaterra y del Instituto Nacional de Investigación Agrobiológica en Japón demostró que el genoma del arroz, mucho más pequeño, presentaba una estructura y un orden genético similares a los del trigo. ^{[ 12 ]} Estudios posteriores revelaron que muchos cereales son sinténicos ^{[ 13 ]} , por lo que plantas como el arroz o la gramínea Brachypodium podrían utilizarse como modelo para identificar genes o marcadores genéticos de interés en el mejoramiento genético y la investigación del trigo. En este contexto, la sintenia también fue fundamental para identificar una región de gran importancia en el trigo: el locus Ph1, implicado en la estabilidad del genoma y la fertilidad, que se localizó utilizando información de regiones sinténicas del arroz y Brachypodium. ^{[ 14 ]}

La sintenia también se utiliza ampliamente en la genómica microbiana. En Hyphomicrobiales y Enterobacteriales , los genes sinténicos codifican un gran número de funciones celulares esenciales y representan un alto nivel de relaciones funcionales. ^{[ 15 ]}

Los patrones de sintenia compartida o de rupturas de sintenia también pueden utilizarse como caracteres para inferir las relaciones filogenéticas entre varias especies, e incluso para inferir la organización genómica de especies ancestrales extintas. A veces se establece una distinción cualitativa entre macrosintenia , que es la sintenia en grandes porciones de un cromosoma, y ​​microsintenia , que es la sintenia de solo unos pocos genes a la vez.

La sintenia compartida entre diferentes especies puede inferirse a partir de sus secuencias genómicas. Esto se suele hacer utilizando una versión del algoritmo MCScan, que encuentra bloques sinténicos entre especies comparando sus genes homólogos y buscando patrones comunes de colinealidad a escala cromosómica o de contigs . Las homologías se determinan generalmente en función de coincidencias BLAST con una alta puntuación de bits que se producen entre múltiples genomas. A partir de ahí, se utiliza programación dinámica para seleccionar la ruta con la mejor puntuación de genes homólogos compartidos entre especies, teniendo en cuenta la posible pérdida y ganancia de genes que puede haber ocurrido en la historia evolutiva de las especies. ^{[ 16 ]}

• Cresta (biología)
• Elemento ultraconservado
• Genómica comparativa

• ACT (Artemis Comparison Tool) : probablemente el programa informático de sintenia más utilizado en genómica comparativa.
• Mapas comparativos: Enlace de la Biblioteca Nacional de Medicina de los NIH (NCBI) a los recursos de homología genética y a los mapas cromosómicos comparativos del ser humano, el ratón y la rata.
• Página de investigación del grupo de Graham Moore - Genómica de cereales Más información sobre la sintenia y su uso en la genómica comparativa de cereales.
• Página principal de NCBI La Biblioteca Nacional de Medicina de los NIH, NCBI (Centro Nacional de Información Biotecnológica), ofrece enlaces a una gran cantidad de recursos.
• SimpleSynteny es una herramienta gratuita basada en el navegador para comparar y visualizar la microsintenia en múltiples genomas para un conjunto de genes.
• Servidor Synteny Servidor para la identificación de sintenia y el análisis de reordenamientos genómicos: identificación de sintenia y cálculo de distancias de inversión.
• PlantSyntenyViewer es una herramienta de visualización web que permite navegar por genomas y visualizar la conservación de la sintenia entre varios conjuntos de datos (cereales, dicotiledóneas, animales, uno basado en trigo...).