Genómica y Proteómica en plantas Biotecnología Vegetal 2008

* primer organismo vegetal con el genoma secuenciado Arabidopsis thaliana * seq por The Arabidopsis Genome Initiative Nature (2000) 408, 796-815. * primer organismo vegetal con el genoma secuenciado * aprox 25498 genes * codifica proteinas de 11000 familias Oryza sativa (Arroz) * seq por Syngenta & Myriad Genetics Science (2002) 296, 79-92 * aprox 55615 genes Desde 1995, mas de 180 organismos secuenciados 3 de plantas superiores (Phopulus trichicarpa, (Black Cottonwood) 2004 seq por DOE) http://www.genomenewsnetwork.org/resources/sequenced_genomes/

Características de los genomas vegetales TAMAÑO: es variable en diferentes especies de plantas

Características de los genomas vegetales SECUENCIAS DISPERSAS Y REPETITIVAS: Probablemente derivadas de transposones Presentes en otros genomas eucariotas Se dividen en 2 tipos Clase I: Retrotrasnsposones que replican a través de intermediario de RNA (alto numero en cada round de transposision) Clase II: Se mueven directamente como DNA, cambian de posición sin incremento en número A. thaliana ------ 10% de su genoma son elementos transponibles

Mayoría de las plantas son poliploides n>2 Múltiples genomas Mayoría de las plantas son poliploides n>2 Arabidopsis ---- diploide Trigo 6x Frutilla 10 x 2x, 4x o 6x Desventajas ---- a mayor carga genética, mayores problemas para mejoramiento genético

Identificación de genes por mutagénesis Importante conocer si los genes u ORF tienen alguna función 2 estrategias ---- introducción de un gen en un organismo KO por mutagénesis Estrategias más utilizadas en plantas ----- Mutagénesis insercional ----- TILLING (mutagenesis quimica + PCR) ----- RNAi

Mutagénesis insercional KO de genes ----- Se elimina la actividad de un gen o su producto En plantas metodologías mas comunes son inserción de T-DNA o transposón Tecnología T-DNA

Base de datos con 50.000 inserciones en Arabidopsis SIGnAL (Salk Institute Genomics Analysis Laboratory) http://signal.salk.edu/cgi-bin/tdnaexpress Otros sitios Arabidopsis Knockout Facility at the University of Wisconsin.

Generación de mutantes insercionales por T-DNA

Análisis de T-DNA mutants

Mutante nula con única inserción en el gen de interés

Perfil de Expresión - Genómica funcional Estudio de la expresión de genes EST sequencing Diferential Display cDNA microarrays

cDNA microarrays ----- Ventajas ---- se pueden monitorear la expresión de alto numero de genes chip de Arabidopsis con 2prox 26000 genes Chips pueden producirse a partir de cDNA a partir de oligos sintetizados También pueden ser de 1 o 2 colores de detección 2 colores 1 color

Proteómica Es el estudio en gran escala de proteínas: estructura, localización y función Constituye el paso siguiente luego de la genómica Es más complejo su estudio. El número de proteínas puede ser un orden superior al de genes Diversidad dada por ej por splicing alternativo, proteínas oligoméricas, diferencias de expresión en distintos tejidos, modificaciones postraduccionales de proteínas, etc

Esquema genereral de estudio de proteínas en gran escala

Parte de la proteómica estudia las interacciones entre proteínas Yeast o Bacterial two hybrid systems Co-inmunoprecipitación Cromatografía de afinidad Microarrays de proteínas

Protein Arrays Detect proteins monitoring protein expression levels Investigate protein interactions and functions make possible the parallel multiplex screening of thousands of interactions, protein-antibody, protein-protein, protein-ligand protein-drug, enzyme-substrate screening multianalyte diagnostic assays

2D-Blue Native gels

2D- DIGE (Differential gel electrophoresis)