Tema 4-5 Organización del genoma en procariotas PDF

Temas 4-5 TEMAS 4-5: ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS Generalidades Características básicas del genoma de procariotas: tamaño, organización y contenido genético Elementos transponibles en procariotas El concepto de especie en procariotas Evolución del genoma en procariotas: pap...

Temas 4-5 TEMAS 4-5: ORGANIZACIÓN DEL GENOMA EN PROCARIOTAS Generalidades Características básicas del genoma de procariotas: tamaño, organización y contenido genético Elementos transponibles en procariotas El concepto de especie en procariotas Evolución del genoma en procariotas: papel de la transferencia horizontal y evolución reductiva Arqueas: características específicas Comparación de arqueas con eucariotas y bacterias 1  Temas 4-5 1. Generalidades GENOMAS SECUENCIADOS https://gold.jgi.doe.gov/statistics Genomes OnLine Database (GOLD), 19-09-2023 ARQUEAS BACTERIAS https://gold.jgi.doe.gov/distribution Completos 2727 237360 2  Temas 4-5 1. Generalidades Relman 2011 3  Temas 4-5 1. Generalidades El análisis comparado de las secuencias completas de genomas bacterianos y de arqueas permite hacer algunas generalizaciones: 1. Estructura dinámica y diversa 2. Poca conservación del orden génico, excepto en algunos operones 3. Puede haber diferencias importantes en la organización y contenido del genoma entre individuos de la misma “especie” 4. El fenómeno de la transferencia génica horizontal es uno de los sucesos más relevantes en la evolución de los genomas de procariotas 5. Presencia de elementos transponibles En resumen: La adquisición de DNA extraño, las reordenaciones genómicas, sucesos de duplicación génica, además de la aparición de nuevas mutaciones, explican la capacidad de los organismos procariotas de explorar nuevos nichos 4  Temas 4-5 1. Generalidades  Genoma más relajado que en virus: - No son frecuentes los genes superpuestos aunque algunos pueden solapar ligeramente: * Codones de parada de un gen e inicio del siguiente (ATGA)  en operones * Promotor de un gen situado antes de la región terminadora de otro gen Ej: operón fumarato reductasa (frd) y gen β-lactamasa (ampC)  Genoma más compacto que en eucariotas: - Pocas regiones intergénicas (cortas) - Algunas secuencias repetidas: secuencias de inserción (IS1, IS186, etc.) y otros transposones - Pocos genes repetidos (p.e. genes rRNA) - No hay intrones (algunas excepciones: grupo I y II autocatalíticos) 5  2. Características básicas de los genomas procariotas: tamaño Temas 4-5 TAMAÑO DEL GENOMA  Genomas más grandes: especies de vida libre y/o con capacidades especiales  más genes (i.e. esporulación en B. subtilis o fijación de N en B. japonicum)  Genomas más pequeños: parásitos obligados y simbiontes  menos genes 6  Temas 4-5 2. Características básicas de los genomas procariotas: organización ORGANIZACIÓN DEL GENOMA Genoma típico: una molécula de DNA generalmente circular (cromosoma principal) y elementos extracromosómicos no esenciales (plásmidos autónomos), p.e. genoma de E. coli Pero: 1. Hay bacterias con dos o más cromosomas: genomas multipartitos o segmentados (Vibrio, Brucella, Rhizobium, Deinococcus, etc) 2. Algunos plásmidos son portadores de genes esenciales 7  Temas 4-5 2. Características básicas de los genomas procariotas: organización Por tanto, actualmente se distinguen 3 tipos de moléculas de DNA en procariotas: 1. cromosoma 2. crómido 3. plásmido 3. Hay procariotas con cromosomas lineales (Streptomyces, Borrelia, Agrobacterium) Contienen estructuras similares a telómeros Borrelia Streptomyces Terminal Protein Agrobacterium Huang et al. 2012 8  Temas 4-5 2. Características básicas de los genomas procariotas: contenido genético CONTENIDO GENÉTICO a) Genoma compacto b) Poca conservación del orden génico ( sintenia) * Grandes diferencias en la estructura genómica entre especies cercanas o incluso dentro de una misma especie * Reordenaciones asociadas a DNA repetitivo (recombinación) 9  Temas 4-5 2. Características básicas de los genomas procariotas: contenido genético c) Presencia de operones: * Conjunto de genes adyacentes en el genoma que contienen secuencias reguladoras comunes por lo que se expresan como una sola unidad Operón triptófano de E. coli * Frecuentes en los genomas procariotas (600 en E. coli, cada uno con dos o más genes) * El orden génico se mantiene en los operones * Un operón puede contener genes implicados en diversas funciones Recombinación Recombinación Síntesis de Operón en Aquifex aeolicus Síntesis de lípidos proteínas Movilidad Síntesis de nucleótidos 10  3. Elementos transponibles en procariotas Temas 4-5 o Son segmentos de DNA con capacidad para cambiar de posición en el genoma o Descubiertos por Barbara McClintock en los años 40 en plantas del maíz (elementos Ac/Ds), aunque actualmente se consideran ubicuos o Dos mecanismos de transposición: Transposición replicativa Transposición conservativa o Dos grandes grupos: Transposición vía RNA (Clase I. Retrotransposones)  solo en eucariotas (Tema 9) Transposición vía DNA (Clase II. Transposones de DNA)  en procariotas y eucariotas 11 3. Elementos transponibles en procariotas Temas 4-5 DNA transposons of prokaryotes. Four types are shown. Insertion sequences, composite transposons, Tn3-type transposons, and transposable phages are flanked by short (