Genòmica i reconstrucció filogenètica molecular Sessió pràctica Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Genòmica Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Genòmica: és l’estudi de l’estructura, la funció i l’evolució dels genomes en la seva totalitat. Caracteritzar genomes sencers és important per aconseguir una comprensió fonamental dels principis que operen als organismes vius i pel descobriment de nous gens, com els que estan implicats en les malalties genètiques humanes. La seqüència de DNA del genoma és el punt de partida per un nou conjunt d’anàlisis enfocades a entendre l’estructura, la funció i l’evolució del genoma i dels seus components. Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Virus SARS-CoV, recordatori Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Virus SARS-CoV, recordatori Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Continguts de la sessió pràctica Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia El genoma del virus SARS-CoV Visualitzar-ne els ORFs Fer-hi una cerca de gens putatius Fer-hi una cerca de dominis proteics Estudi de genòmica comparativa mitjançant dot-plot Identificació de l’hoste Calcular les distàncies filogenètiques a partir de les seqüències proteiques Fer la reconstrucció filogenètica a partir de les seqüències proteiques L’epidèmia Identificar els canvis nucleotídics com a possibles mutacions clau que van fer possible la infecció del virus a l'espècie humana Analitzar la selecció natural sobre aquest gen Calcular les distàncies filogenètiques a partir de les seqüències nucleotídiques Fer la reconstrucció filogenètica a partir de les seqüències nucleotídiques Representar gràficament la distància genètica amb la data d’infecció Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Visualització dels ORFs Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia L’aproximació bàsica per elaborar un llistat de polipèptids o exons es cercar seqüències que tinguin característiques de gens o ORFs (Open Reading Frame). Aquestes seqüències hauran de: Tenir la mida d’un gen Estar formats per codons amb sentit (després d’eliminar els introns) Tenir un codó d’inici i un de finalització (o stop) Per trobar ORFs candidats, l’ordinador rastreja la seqüència de les dues cadenes del DNA per a cada possible “marc de lectura”. Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Visualització dels ORFs Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia 1 Recuperar la seqüència del genoma del virus SARS-CoV que van obtenir a la pràctica de Perl (feu servir l’arxiu amb el format .gb) 2 Obrir-la amb el programa Artemis 3 Visualitzar-ne els ORFs Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Visualització dels ORFs Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Quants reading frames hi ha? Quants fa servir el genoma del virus SARS-CoV? Què vol dir? Quina és la relació entre els ORFs i els CDS? Creieu que el genoma del SARS-CoV és compacte? Quins creieu que són els avantatges i els inconvenients de tenir un genoma compacte? Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Detecció de gens Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Hi ha diferents formes de detectar gens ab-initio o de novo. Hi ha molts programes per detectar gens i la precisió de cadascun d'ells dependrà entre d’altres del organismes per als quals estan dissenyats. Farem servir un programa sofisticat que cerca motius relacionats amb els llocs regulatoris per a la transcripció i traducció per virus, fags i plàsmids. Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Detecció de gens Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia 1 Recuperar la seqüència del genoma del virus SARS-CoV que vam obtenir a la pràctica de Perl (feu servir l’arxiu amb el format .fasta) 2 Obrir el programa GeneMarkS http://exon.biology.gatech.edu/GeneMark/genemarks.cgi 3 Fer una cerca de gens putatius amb el programa Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Detecció de gens Quants gens es detecten? Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Quants gens es detecten? Comprovar la precisió del programa per aquest cas comparant els resultats amb les posicions dels CDSs anotats i visualitzats amb el programa Artemis. Per quants gens s’ha fet una predicció correcta? Per quants no? Quins són els tipus d’errors? Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Cerca de dominis Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Les seqüències d’aminoàcids o plecs proteics conservats associats amb una funció particular es denominen dominis. Cada proteïna està formada per diferents dominis funcionals. La cerca de dominis funcionals ens pot donar pistes de la funció que realitza la proteïna. Exemple, domini d’unió al DNA Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Cerca de dominis Quants dominis es detecten? Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Quants dominis es detecten? Quina és la funció del domini Corona S2? Es pot interpretar la funció de Spike? Quina és? Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Cerca de dominis Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia 1 Seleccionar la seqüència corresponent a la proteïna Spike del virus SARS-CoV humà en format fasta 2 Obrir el programa InterProScan http://www.ebi.ac.uk/Tools/pfa/iprscan/ 3 Fer una cerca de dominis Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Proteïna Spike, recordatori Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Genòmica comparativa Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia La genòmica comparativa descriu les diferències i similituds als genomes de les diferents espècies. Una de les seves utilitats és la identificació de regions conservades al llarg de l’evolució. Una regió conservada entre espècies divergents possiblement tingui una funció necessària. La comparació dels genomes de les espècies pot desvetllar successos únics als llinatges que han pogut contribuir a les diferències en la fisiologia, el comportament o l’anatomia. Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Genòmica comparativa Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Una manera de comparar dos genomes és utilitzant el dot plot. Dot plot de seqüència curta Dot plot de seqüència llarga o genòmica   A T C G Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Genòmica comparativa 1 2 3 Bioinformàtica Genòmica i Filogènia Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia 1 Descarregar la seqüència de dos genomes de SARS-CoV del campus virtual (format fasta) Descarregar la seqüència del genoma de Coronavirus a Boví del campus virtual (format fasta) 2 Anar a la pàgina web PipMaker http://pipmaker.bx.psu.edu/cgi-bin/pipmaker?basic 3 Carregar les dues seqüències del genoma de SARS-CoV Carregar una de les seqüències de SARS-CoV i una de boví Bioinformàtica Genòmica i Filogènia

Genòmica comparativa Quin dels dos alineaments mostra més similitud? Introducció El genoma del virus SARS-CoV Identificació de l’hoste L’epidèmia Quin dels dos alineaments mostra més similitud? Quines regions del genoma estan més conservades? A l’alineament entre diferents seqüències del genoma de SARS-CoV, què representa la fractura de la línea? Bioinformàtica Genòmica i Filogènia