Genomika porównawcza – to dział genomiki zajmujący się poszukiwaniem podobieństw i różnic między genomami różnych gatunków, co umożliwia: -wyjaśnienie zależności ewolucyjnych;

- rozbudowę wiedzy o genomie jednego gatunku w oparciu o wiedzę na temat genomu drugiego gatunku.

Technika porównawcza malowania chromosomów:

-jej istotą jest wykorzystanie sond specyficznych dla konkretnego chromosomu (tzw. sond malujących) jednego gatunku w procedurze fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) na preparatach cytogenetycznych pochodzących od innego gatunku.

Technika porównawcza malowana:

-FISH z sondą specyficzną dla konkretnego chromosomu jednego gatunku na preparacie chromosomowym reprezentującym inny gatunek.

Porównawcze malowanie chromosomów umożliwia identyfikację konserwatywnych fragmentów chromosomów w genomach różnych gatunków. 3 człowieka mają podobne sekwencje co do 16 i 19 konia.

Porównawcze malowanie chromosomów pozwala na:

-identyfikację rearanżacji chromosomowych, które zaszły w trakcie ewolucji genomów

-przewidywanie, jakie geny znajdują się we fragmentach chromosomowych badanego gatunku, które są „pomalowane” sondą chromosomu, którego sekwencja nukleotydowa i mapa genowa jest poznana.

Technika porównawczego malowania chromosomów ma jednak pewne ograniczenia:

-jej rozdzielczość jest na poziomie kilku milionów par zasad

-nie wykrywa rearanżacji wewnątrzchromosomowych (np. inwersji)

Sondy locus specyficzne :

-sondy pochodzące z klonowania molekularnego w wektorach: plazmidowych, kosmidowych, sztucznych chromosomach bakteryjnych

-sondy wyprodukowane techniką PCR

Sondy specyficzne dla chromosomów bądź ich fragmentów, utworzone na bazie DNA reprezentującym konkretny chromosom:

-sortowanie chromosomów w cytometrze przepływowowym

Sortowanie chromosomów:

-pozyskanie jednorodnej frakcji zawierającej jeden chromosom z zawiesiny pochodzącej z hodowli in vitro

-wykorzystanie cytometru przepływowego zintegrowanego z sorterem

-amplifikacja sekwencji unikalnych dla danego chromosomu PCR – przygotowanie sondy

Kariotyp „przepływowy” człowieka:

Określenie profilu DNA danego chromosomu pod względem:

-ilości DNA (długość cząsteczki) – wielkość chromosomu

-udział par AT i GC w DNA

Mikrodysekcja chromosomów:

-pozyskanie chromosomu za pomocą mikromanipulatora lub lasera z preparatu mikroskopowego

-amplifikacja (DOP-PCR) sekwencji unikalnych – przygotowanie sondy.

Porównawcze mapy genomowe u psowatych:

-sondy locus-specyficzne wyprowadzone z genomu psa wykorzystywane są do konstruowania map genomowych innych gatunków psowatych

-technika porównawczego mapowania sond pozwala na badanie ewolucji kariotypów

-lokalizacja fizyczna loci markerowych w genomach badanych gatunków umożliwia identyfikację wewnątrzchromosomowych rearanżacji.

Porównawcza lokalizacja sond pochodzących z biblioteki genomowej psa w chromosomach jenota chińskiego, psa i lisa pospolitego.

Technika porównawczej hybrydyzacji genomowej – wykorzystywana do identyfikacja regionów chromosomów, w których nastąpiła utrata (delecja) bądź amplifikacja genomowego DNA w komórkach nowotworowych.

Analiza porównawcza genomów na poziomie sekwencji nukleotydowych:

-poszczególne sekwencje są porównywane za pomocą algorytmów FASTA lub BALAST w celu znalezienia charakterystycznych regionów – motywów lub domen oraz rozpoznawania sekwencji homologicznych (od wspólnego przodka).

Analiza sekwencji nukleotydowych:

-umożliwia przeniesienie przypisanej funkcji lub innych informacji z jednej sekwencji na inną na bazie ich podobieństw

-porównywanie sekwencji z wielu genomów ułatwia wyznaczenie genu i określenie jego struktury (eksony i introny).

-umożliwia zidentyfikowanie nieznanych regionów regulatorowych, motywów i domen w sekwencjach.

Analiza porównawcza genomów na poziomie sekwencji aminokwasów:

-ułatwiają klasyfikowanie białek i ich struktur w różne grupy – rodziny, nadrodziny, ortologi i para logi.

Genomy są bardzo polimorficzne:

-wykorzystywanie w analizie genetycznej: sekwencji mikrosatelitarnych; -markery SNP

-niektóre polimorfizmy mogą mieć znaczenie funkcjonalne.

Identyfikacja milionów miejsc polimorficznych SNP umożliwia stworzenie nowego narzędzia badawczego – mikromacierze SNP.

Mikromacierz – procedura:

-izolacja genomowego DNA

-trawienie enzymem restrykcyjnym

-wiązanie z sekwencją adaptorową rozpoznającą 4-nukloetydowe lepkie końce

-amplifikacja PCR przy pomocy startera rozpoznającego sekwencje adaptera

-trawienie zamplifikowanych fragmentów DNA-za i dołączenie biotyny na końcu fragmentu

-hybrydyzacja na mikormacierzy

-skanowanie

-ustalenie genotypu.

Identyfikacja genów (polimorfizmów) odpowiedzialnych (lub sprzężonych) za daną cechę:

-analiza segregacji markerów genetycznych i alleli badanego genu w celu identyfikacji sprzężenia: marker – gen

-mikromacierze SNP – podstawowe narzędzie

GWAS – powszechnie stosowana procedura, wykorzystująca mikromacierze SNP:

-ustalenie genotypu w tysiącach SNP w dwóch grupach zwierząt: chorych i zdrowych

-porównanie częstości występowania wariantów markerów SNP

-osobniki chore są homozygotami w nieznanym sprawczym locus oraz w blisko leżących miejscach SNP.

Procedura GWAS jest również wykorzystywana do poszukiwania loci, których polimorfizm jest związany ze zmiennością cech ilościowych – np. otyłość ludzi.

Porównanie genu grup:

Osoby otyłe (BMI>30) wersus osoby z normalnym BMI (28 – 25).