Komparativna genetika
KOMPARATIVNA GENOMIKA I SAVREMENE METODE
SEKVENCIONIRANJA
G
enomika ima važan doprinos u poljoprivredi,biotehnologiji,humanoj genetici kao i u
razumevanju evolucije.Komparativna genomika žitarica se tokom 25 godina razvijala uporedo
sa molekularnom genetikom,što je omogućilo bolje razumevanje evolucije gajenih vrsta iz
familije trava,bolje razumevanje mnogih bioloških procesa i stvaranje alatki za iskorišćavanje
u selekciji i oplemenjivanju.Teorijske pretpostavke Darvina,a posebno Vavilovljevog zakona
homologih varijacija doživele su danas punu potvrdu.
Komparativna genomika služi za povezivanje informacija o genima,za razumevanje njihovih
funkcija,i evolucijskih mehanizama.To je nauka o odnosu genomske strukture i funkcije
unutar različitih bioloških vrsta ili sojeva.Naziv genomika nastao je dodavanjem sufiksa –
omika na reč gen.To je reč grčkog porekla i znači sve,svako,potpuno,kompletno.Genomika se
razvila na osnovu inicijalne težnje naučnika da dešifruju humani genom,odnosno izvrši
sekventovanje humane DNK KAO NOSIOCA GENETSKIH INFORMACIJA.Sekventovanje
DNK podrazumeva utvrdjivanje redosleda nukleotida u DNK molekulu.Do početka
2006.godine,publikovane su skvence 339 genoma.U okviru kompletno dešifrovanih genoma
najbrojniji su prokariotski,njih 273,slede eukariotski genomi sa 41 genomom,a u okviru
carstva Arachea dešifrovano je 25 genoma.Pored njih u toku je dešifrovanje 914 prokariotska
genoma i 588 eukariotskih genoma.
Na osnovu podataka o sekvencama od preko 1000 genoma,veliki broj institucija bavi se
uporedjivanjem genoma,evolutivno udaljenih vrsta.Jedna od prvih značajnih informacija
komparativne genomike bila je ta da genomi vrsta koje su evolutivno udaljene preko 400
miliona godina imaju približno isti broj nukleotida.Ovaj podatak se odnosi na žabu,miša i
čoveka.Genom miša sekventovan je 2002 god.Precizna analiza je pokazala da je mišja DNK
samo 14% manja od DNK čoveka,dok sekvence pokazuju 90% neke vrste homologije.Čovek
i miš imaju približno isti broj gena sa preko 80% sličnosti u proteinskim sekvencama.DNK
molekul miša rasporedjen je na 20 hromozoma.Na početku istraživanja,malo ko je verovao da
je sličnost Mini Maus i Monike Beluči tako velika.Zbog genetske sličnosti ,miš se u nauci
definiše kao ,,čovek u malom,, i postaje jedan od najčešćih modela sistema za savremena
istraživanja glavnih molekularno bioloških fenomena iprocesa kod eukariota.Bilo je potrebno
godinu dana da se izvrši selektovanje genoma šimpanze na osnovu uzoraka DNK dobijenih od
šest životinja koje nisu u srodstvu.Komparativna analiza genoma šimpanze i čoveka pokazala
je da je razlika u DNK sekvencama 1,24%.Tako je više od 98% DNK sekvence
22.hromozoma šimpanze identična je sekvenci 21.hromozoma čoveka.sekvence DNK čoveka
i šimpanze duge 100 kbp pokazuju razliku u dva nukleotida.Kolika je to sličnost govori i to da
je kod nekih evolutivno nižih vrsta medjupopulacijska razlika u DNK sekvencama veća od
2%.Pretpostavlja se da su razlike izmedju čoveka i šimpanze,kao što je moć govora,posledica
razlika tek u nekoliko regulatornih DNK sekvenci.
Kada su naučnici otkrili nove metode za sekvencioniranje molekula DNK,smanjili su
troškove sekvencioniranja,a količinski su uvećali mogućnost sekvencioniranja,što je zajedno
dalo rezultate i ubrzalo biološka istraživanja.Najveći pad cena nukleinskih baza zabeležen je
2007.godine i od tada cene stalno padaju po Morovom zakonu.Što se tiče komparativne
genomike žitarica,ovaj napredak u tehnologiji je omogućio sekvencioniranje većeg broja
manjih genoma kao što su proso,kukuruz.Treba isto tako reći da nakon sekvencioniranja bilo
kog genoma predstoji dugotrajni rad na anotaciji svih gena.Da bi se jaz prebrodio izmedju
genetičkih i bioloških istraživanja izmedju sekvencioniranih i nesekvencioniranih genoma
počelo se izradi GENOME ZIPPER-a tj.virtuelnog modela genoma vrsta koje su mnogo
manje karakterisani u odnosu na male sekvencionirane model genome.Tako su Mayer i
saradnici izradili virtuelnu hromozomsku mapu genoma ječma na osnovu analize tri anotirana
modela Brachypodiuma,pirinča i prosa ,,genom zipper,,ječma sadrži skoro 86% od ukupno
procenjenih 3200.Mayer i saradnica su u svom radu kombinovale dostupne podatke genomike
ječma kao što su genetička i hibridizacione mape ,fizički sortirane hromozome i NGS
dostupne genomske sekvence,u modelu komparativne genomike da odredila teoretski
raspored ječmenih gena na hromozomima.Tehnološki napredak u tehnologijama za
senkvencioniranje omogućio je dekodiranje genoma mnogih organizama ali i punu primenu
zakona komparativne genetike i genomike.
Glavni zaključak dosadašnjih istraživanja komparativne genomike je taj da veličine
eukariotskih genoma nisu proporcionalne broju gena i anatomsko morfološkim
karakteristikama organizama.Zbog te sličnosti izmedju genoma evolutivno udaljenih vrsta
pažnja nauke je usmerena na uporedjivanju sekvence u genomima srodnih vrsta.
Nakon dobijenih informacija o strukturi humane DNK,genomska era donosi i novu definiciju
gena.Danas se gen definiše kao kompletni segment hromozoma koji ima sposobnost stvaranja
funkcionalnog produkta.
Komparativna genomika će u budućnosti imati važnu ulogu a posebnu ulogu komparativna
genomika će imati u izolovanju važnih gena kod žitarica sa velikim genomima koji se nalaze
u blizini centromera.
