Dimensione Genoma (Mb) N. Geni approx

Presentazione sul tema: "Dimensione Genoma (Mb) N. Geni approx"— Transcript della presentazione:

1 Dimensione Genoma (Mb) N. Geni approx
Specie Dimensione Genoma (Mb) N. Geni approx Refer. Arabidopsis thaliana (2000) Caenorhabditis elegans (1998) Drosophila melanogaster (2000) Homo sapiens / (2001) S. Cerevisiae , (1996) Escherichia coli , (1987) M.tubercolosis , (1998) Archaeoglobus fulgidus 2, (1997) Methanococcus jannaschii 1, (1996)

2 densità genica match ESTs densità trasposoni

3 The Arabidopsis genome
II III IV V 60% genoma duplicato 60% genoma in forma 2X e non 3X Segmenti duplicati in orientamento diretto o invertito Centromeri in nero

4 Cromosomi 1 2 3 4 5 DNA Proteoma
Dimensione DNA N. geni Dimens.media geni Geni con EST % % % % % Esoni/gene Taglia Esoni bp Taglia Introni bp 1dominio TM % % % % % Proteoma Con signal peptide Pathway secrez % % % % % Cloroplasto % % % % % Mitocondrio % % % % %

5 Caratteristiche dei 3 genomi
di Arabidopsis nucleo/citoplasma plastidio mitocondrio Taglia 125Mb Kb Kb n.genoma/cellula Duplicaz.genica 60% % % n.geni x prot ordine genico variabile conservato variabile Densità(Kb/gene) Lung.genica media Trasposoni 14% % %

6 Functional GenOMICS 1996: Consorzio Internazionale
(AGI:Arabidopsis Genome Initiative) x il sequenziamento di Arabidopsis 2000: The genome has ben sequenced, The papers published, The champagne polished off, Now WHAT??? Functional GenOMICS

7 Arabidopsis Functional GenOMICS
Transcriptomics: analisi dei profili d’espressione, regolazione trascrizionale ORFeomics: analisi di cDNA, regolazione post-trascrizionale Proteomics: analisi dei profili proteici, 2° messaggeri, regolazione post-traduzionale Metabolomics: analisi dei metaboliti secondari

8 Functional Genomics Transcription Cell growth, division DNA synth.
Metabolism Cell death, ageing Cell rescue Signal transduction Protein destination Intracellular transport Cellular biogenesis Transport facilitation Energy Unclassified 30% Protein synthesis Ionic homeostasis

9 Categorie geniche x funzione
S.cerevisiae A..thaliana C.elegans Drosophila H.sapiens Numero di geni Trasporto Metabolismo Processi cellulari Folding proteine Degradazione Replicaz.DNA/Modif. Citoschel./struttur. Difesà e Immunità Funzioni miscellanee Segnali intracellulari Proteine multifunzion. Trascrizione/Traduzione Comunicazione cell-cell

10 Solo 8/23% TFs hanno geni correlati in yeast-human
Evoluzione indipendente dei TFs? In Arabidopsis 2-3X TFs rispetto a Drosophila, C. elegans Protein synthesis 48/60&% dei geni coinvolti nella sintesi proteica sono conservati rispetto agli altri genomi eucariotici, sottolineando funzioni geniche altamente conservate %proteine A.t. di una classe con BlastP+ Cell growth, DNA synth. division Energy Transport facilitation Metabolism Intracellular transport Transcription Cellular biogenesis Signal transduction Cell death, ageing Cell rescue Ionic homeostasis Unclassified 30% not yet clear-cut Protein destination

11 Multinational Arabidopsis Steering Committee
MASC Programma di 10 anni, iniziato nel 2001 Gli obiettivi: . Determinare la funzione di ogni gene di Arabidopsis . Ottenere una comprensione chiara e dettagliata dei processi molecolari che regolano lo sviluppo di Arabidopsis  le conoscenze ottenute su questo organismo modello serviranno come riferimento per lo studio di altre piante

12 Il programma presenta obiettivi a corto-medio e lungo termine
Di quelli short-term molti sono già stati realizzati: Le annotazioni sul genoma sono incredibilmente aumentate attraverso l’uso di informazioni sulle sequenze espresse Un ampio repertorio di mutanti sequenziati è stato creato ed è largamente utilizzato per la determinazione della funzione genica Collezioni largamente rappresentative di sonde gene-specifiche sono state create e sono utilizzate per analisi d’espressione Sequenze full-size di cDNA sono state definite per più del 60% di tutti i geni di Arabidopsis Metodi per studi di metabolomica sono stati stabiliti Le banche dati sono state largamente ampliate

13 Dei geni annotati, sono rappresentati da un full-size cDNA, e per (~80%) è stata studiata l’espressione. Le risorse per studi di genomica funzionale sono aumentate: le database per mutanti inserzionali attualmente coprono inserzioni per geni (~85% dei geni) che probabilmente corrispondono ad alleli KO per il 70% dei geni.

14 MASC 2004: update sulle funzioni geniche
Categorie:  Per geni che codificano una proteina attività della proteina/funzione molecolare Struttura terziaria Dati di modificazioni post-traduzionali Profilo di espressione proteico a livello cellulare/tissutale Localizzazione subcellulare Dati di interazione proteina/proteina Fenotipi di KO o alleli loss of function Processi biologici

15  Per geni che NON codificano una proteina
attività dell’RNA/prodotto genico Profilo di espressione genico a livello cellulare/tissutale Struttura dell’RNA/prodotto genico Localizzazione subcellulare dell’RNA/ prodotto genico Fenotipi di KO o alleli perdita di funzione (loss of function) Dati di interazione Il Gold Standard della caratterizzazione funzionale di un gene è raggiunto quando si hanno infos su tutti questi punti………….

16 13.000 26.207 20.901 Geni Identificati da dati Affy Geni identificati da MPSS o SAGE Geni con ESTs Geni con cDNA Full-length Dati d’espressione disponibili per circa l’80% di tutti i geni Espressione

17 ORFs Geni con cloni ORFs identificati Geni con cloni ORFs già noti
12.750 20.498 26.207 Geni con cloni ORFs identificati Geni con cloni ORFs già noti ORFs

18 Funzione Funzione dedotta da:………. Community Input di classe 3,2, & 1
1.000 9.614 26.207 Funzione dedotta da:………. Community Input di classe 3,2, & 1 Interazione fisica Fenotipo mutante Interazione genetica Assay diretto Funzione

19 No omologie di sequenza No espressione dell’ORF
1.976 26.207 Geni di cui: No omologie di sequenza No espressione dell’ORF No isolamento cDNA Solo predizione “We don’t know anything about it”

20 Testare geni di Arabidopsis in piante da raccolto……..
Il ruolo di Arabidopsis nel portare innovazione nella biologia vegetale applicata, non va sottovalutato Diversi geni di Arabidopsis, infatti, sono stati caratterizzati funzionalmente e ne è stata poi dimostrata conservazione funzionale in piante da raccolto mediante espressione eterologa  Gigantea (GI): coinvolto nel controllo del flowering mediante il fotoperiodo e nel controllo del ciclo circadiano. La fioritura precoce è un problema per il “radish”: espressione dell’antisenso di GI di Arabidopsis riduce i livelli di GI endogeno, causando un ritardo di fioritura. 

21 C-repeat/dehidration response element Binding Factor (CBF1): Fattore di trascrizione di Arabidopsis che conferisce tolleranza al freddo e allo stress ossidativo. Il pomodoro è una pianta molto sensibile al freddo, viene resa resistente a questo stress mediante espressione eterologa di CBF1.

22 Transfer di conoscenze da Arabidopsis a piante da raccolto……..
La luce del giorno è un importante input ambientale per segnalare le condizioni favorevoli per la fioritura: in Arabidopsis la fioritura è indotta da SD in riso la fioritura è indotta da LD La chiave di volta di ciò è l’attività del FT CONSTANS Il valore adattativo del controllo del tempo di fioritura rivela un tratto importante da un punto di vista agronomico La possibilità di modificare il tempo di fioritura è la caratteristica più importante che regola la distribuzione geografica delle piante da raccolto Lo studio genetico del fotoperiodo nella pianta modello Arabidopsis fornisce una conoscenza fondamentale anche per le possibili applicazioni su piante da raccolto

23 Zea mays Il genoma di mais è molto diverso da quello del suo antenato teosinte, e quindi è un interessante modello di evoluzione. 3 linee di ricerca indipendenti cercano di far luce sulle basi molecolari di questa spettacolare trasformazione: determinando la struttura del genoma di mais chiarendo il ruolo dei trasposoni nell’evoluzione di questo genoma investigando sulle basi molecolari delle differenze morfologiche fra mais e teosinte

24 Maize Genetics and Genomics Database
Finanziata nel ’98 GOALS: Identificazione dei geni di mais usando due approcci complementari: ESTs Sequencing le FS delle inserzioni del trasposone Mutator Obiettivo finale: Sequencing di segmenti di DNA genomico da inserzioni Mu Se il mais ha geni  probabilità 95% di sequenza ogni gene 1X<

25 Pianta modello per i cereali Di alto interesse agronomico
Oryza sativa Pianta modello per i cereali Di alto interesse agronomico IRGSP: International Rice Genome Sequencing Project Consorzio di laboratori di: Asia, Europa, Nord e Sud America Genoma completamente sequenziato nel 2002 Comparazione strutturale e funzionale con il genoma di mais

26 The Golden Rice Project
Negli anni ‘90 finanziato dalla Fondazione Rockefeller (Rockefeller Biotechnology Program) un progetto per “ingegnerizzare il pathway della provitamina-A nell’ endosperma di riso”. Il progetto fu giudicato a bassa probabilità di successo ma meritevole in quanto potenzialmente di grande utilità Il progetto è stato svolto e realizzato COMPLETAMENTE in strutture Accademiche: I. Potrykus, Inst. of Plant Sciences, Swiss Fed.Inst.of Technology, ETH-Zurich,Switz. P. Beyer, University of Freiburg, Germany This rice could save a million kids a year