Conèixer la relació entre la variació genètica i les característiques observables dels individus dʼuna espècie, com per exemple lʼalçada dʼuna persona o la manifestació dʼuna malaltia hereditària, és un dels grans reptes de la biologia actual. Fins ara, només una petita part de la variació dʼaquests trets —que els biòlegs anomenen fenotip— sʼha pogut atribuir a variants genètiques.
El descobriment és el resultat de la seqüenciació completa de 168 genomes
Per poder analitzar la relació entre gens i fenotip, sʼha obtingut la seqüència completa del genoma de 168 línies procedents dʼuna mateixa població de
Drosophila melanogaster. Tot científic interessat a estudiar la base genètica dʼun fenotip concret pot consultar aquestes línies. Es tracta dʼuna autèntica biblioteca
in vivo, mantinguda en condicions de laboratori, que facilita la detecció dels efectes genètics en el fenotip i permet conèixer lʼarquitectura genètica de malalties hereditàries. En aquest projecte internacional, un dels principals investigadors és el professor Antonio Barbadilla, responsable del Grup de Bioinformàtica de la Diversitat Genètica del
Departament de Genètica i Microbiologia de la UAB i de lʼInstitut de Biotecnologia i Biomedicina. També hi ha col·laborat el Grup de Genòmica Comparada i Bioinformàtica, dirigit per Julio Rozas, catedràtic del
Departament de Genètica de la UB i membre de
lʼInstitut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la UB.
Lʼanàlisi de la quantitat ingent de dades que contenen els 168 genomes complets, una tasca colossal que ha requerit un gran esforç dʼespecialistes en bioinformàtica i genètica de poblacions, està començant a donar els seus fruits. El primer, que es publica aquesta setmana a Nature, ha estat detectar la petjada de la selecció natural al llarg de tot el genoma, és a dir, la signatura molecular que ha deixat la selecció natural en els patrons de variació genètica a cada regió del genoma. Tota nova mutació que contribueix a adaptar un individu al medi sʼexpandeix ràpidament en el si de lʼespècie —aquest procés sʼanomena selecció adaptativa. Per contra, hi ha regions del genoma en què qualsevol mutació és perjudicial i acaba sent eliminada de la població —selecció purificadora—, amb la qual cosa la seqüència dʼaquestes regions es conserva inalterada en el temps. Els dos processos de selecció, lʼadaptatiu i el purificador, deixen signatures moleculars característiques en el genoma. Mitjançant la comparació dels genomes dʼun gran nombre dʼindividus de la mateixa espècie i dʼaltres espècies properes, els científics han aconseguit traçar el primer mapa dʼalta resolució de la selecció natural dʼun genoma, tant de les regions que codifiquen proteïnes com de les no codificadores.
Els investigadors han observat que la petjada de la selecció natural està present al llarg de tot el genoma, encara que la importància dels diferents règims de selecció depèn tant de les classes de llocs funcionals com de les regions del genoma que es prenguin en consideració. Per exemple, sʼha observat que la selecció és més intensa i efectiva en el cromosoma X que en la resta dels cromosomes, la qual cosa comporta una major velocitat dʼevolució del cromosoma sexual. Una altra observació important és que la taxa de recombinació genètica (variable al llarg del genoma) és fonamental en la capacitat que té la selecció de millorar adaptativament les diferents regions del genoma. La probabilitat que una regió genòmica respongui eficientment a la selecció natural depèn del seu context recombinacional. En una regió amb poca o nul·la recombinació, la selecció no pot evitar la degradació funcional de la regió.
Un avenç en lʼestudi de les malalties hereditàries
Per fer estimacions, emmagatzemar, manejar i visualitzar totes les dades de variació en els genomes, els investigadors de la UB i la UAB han dissenyat i implementat un navegador per a dades de genòmica de poblacions fins ara inexistent: The Population Drosophila Genome Browser (PopDrowser). El navegador representa gràficament tota la informació extreta de les seqüències genòmiques, incloent-hi les seqüències de DNA, les anotacions genòmiques, les estimacions de diversitat nucleotídica, i calcula diversos tests estadístics per determinar lʼefecte de la selecció natural a escala nucleotídica. El navegador PopDrowser es descriu en un article [http://popdrowser.uab.cat] publicat a la revista Bioinformatics.
Tal com explica Julio Rozas, catedràtic del Departament de Genètica de la UB i premi ICREA Acadèmia 2010, «el que ha fet aquest projecte és generar un conjunt ampli de recursos per a la comunitat científica. No només es presenten unes dades preliminars, sinó que qualsevol investigador pot analitzar tant la seqüència genòmica com demanar individus (vius) de cada una de les línies de Drosophila per fer-ne anàlisis posteriors». Julio Rozas, que és membre del Grup de Recerca Consolidat de Genètica Molecular Evolutiva, ha participat en recerques de projecció internacional sobre la seqüenciació de genomes de diversos organismes. Rozas, que signa lʼarticle de la revista Nature juntament amb el seu col·laborador Pablo Librado, va ser lʼautor principal del treball de recerca més citat a Espanya, amb 2.391 citacions, durant el període 2000-2010, segons dades de lʼEssential Science Indicators, que se centrava en un potent programari bioinformàtic per analitzar els polimorfismes del DNA. Així mateix, un altre article de Rozas i Librado va ser seleccionat el desembre del 2011 com a Emerging Research Front Paper en el camp de les ciències de la computació (Science Watch; Thomson Reuters).
Segons assegura professor de la UAB Antonio Barbadilla, un dels autors principals de lʼestudi, «disposar de 168 genomes dʼuna única població natural és una oportunitat única per dur a terme lʼestudi més complet a escala genòmica que sʼhagi fet mai en una espècie». «Per a tot genetista de poblacions és un somni fet realitat poder utilitzar un conjunt de dades del calibre dʼaquest projecte per poder posar a prova moltes hipòtesis que han estat en disputa durant dècades», afegeix Barbadilla.
