Análises moleculares de ADN: Diferenzas entre revisións
Contido eliminado Contido engadido
Sen resumo de edición |
m Arranxos varios +cda |
||
Liña 1:
[[Ficheiro:Estructura del ADN.jpg|miniatura|Estrutura do ADN.]]
O termo '''sistemática molecular''' é utilizado para referirse á sistemática macromolecular: o uso do ADN e do ARN para inferir relacións de parentesco entre os organismos (tamén chamados, para evitar confusións, '''análises moleculares de ADN''', que implican análise de secuencias de ADN entre outros métodos). Aínda que tecnicamente, os métodos que implican o uso de [[isozima]]s e [[flavonoide]]s tamén son moleculares, xeralmente son tratados en apartados diferentes.
A aplicación da información sobre os ácidos nucleicos á Bioloxía Sistemática tivo un desenvolvemento espectacular a partir da década dos 90. Os datos moleculares revolucionaron a forma en que a Sistemática establece relacións de parentesco, aínda que non polas razóns suxeridas nun primeiro momento.
== Introdución ao ADN ==
O ADN está presente en todas as células e é o responsable de codificar a información xenética do organismo, dunha forma similar a que nos libros está codificada a información que conteñen en forma de letras e palabras. A estrutura do ADN é dunha molécula lineal que se adoita representar con forma de escaleira de caracol, sendo os lados da escaleira cadeas lineais de '''[[nucleótido]]s''' (cada un deles contén unha '''base nucleotídica'''), cada nucleótido está unido a un nucleótido do outro lado da escaleira por '''[[ponte de hidróxeno|pontes de hidróxeno]]''', que adoitan ser representados polos banzos da escaleira.
Para "ler" a información contida no ADN adóitase tomar unha soa das febras da escaleira, e ler a súa [[secuencia de nucleótidos]]. Só hai 4 posibles nucleótidos, normalmente representados pola súa inicial en maiúscula: A (adenina), T (timina), C (citosina) e G (guanina). Para formar os "banzos da escaleira", a adenina só pode estar unida á timina, e viceversa, e a citosina só pode estar unida á guanina, e viceversa. Por iso cando se leu unha soa das febras do ADN, xa se ten tamén a información da [[complementariedade (bioloxía molecular)|complementaria]].
Liña 12:
=== As mutacións do ADN ===
As '''[[mutacións]]''' ás que está suxeito o ADN son: as mutacións que substitúen unha base por outra (por exemplo unha adenina por unha guanina debido ao efecto "'''túnel do protón'''" onde por acción da luz UV fórmase temporalmente unha terceira ligazón e se a duplicación do ADN ocorre antes que a súa [[reparación do ADN|reparación]] o cambio de base convértese en permanente), as mutacións en que desaparece un anaco de ADN ("delecións"), as mutacións en que un anaco de ADN escíndese e vólvese a unir ao resto noutro lugar diferente ("traslocacións"), as mutacións en que se duplica unha porción do ADN, entre outras. Tamén hai mutacións en que un anaco de ADN doutra especie é traído por vectores (polo xeral virus) e integrado ao ADN da especie estudada, as chamadas "[[transferencia horizontal de xenes|transferencias horizontais de ADN]]".
Algunhas circunstancias fan que a '''taxa de mutacións''' sexa máis alta nalgúns organismos que noutros (por factores ambientais, por exemplo exposición a axentes [[mutáxeno]]s; ou por factores xenéticos, por exemplo unha ineficiencia nos mecanismos de [[reparación do ADN]]).
Liña 32:
== Introdución á Bioloxía Sistemática ==
A Bioloxía Sistemática é a rama da Bioloxía que se ocupa de establecer as relacións de parentesco entre os [[taxón|taxons]] de organismos, tamén chamada filoxenia dos organismos. Para iso a Bioloxía Sistemática asume nun principio que todos os organismos do planeta temos un antecesor común, e que os organismos máis emparentados terán máis similitudes entre si que as que terán os organismos máis lonxanamente emparentados. Para saber canto similares son dous organismos entre si a Sistemática válese de '''caracteres''': establécese un carácter que pode ter diferentes estados, e obsérvase nos diferentes organismos, que estados do carácter están presentes (por exemplo flores vermellas/flores brancas).
Para que un carácter sexa útil en Bioloxía Sistemática, é fundamental que exista variación dese carácter nos diferentes organismos estudados (dito doutra forma, que teña "diferentes estados do carácter"). Por iso o interese da Sistemática Molecular céntrase nas mutacións, que dan como resultado caracteres que son compartidos por algúns taxóns pero non por outros, e por tanto atopar un mesmo carácter en dous taxóns diferentes pode ser indicador de que nalgún momento eses taxóns pertencían á mesma especie.
Liña 49:
=== Mapeo de sitios de restrición ===
Os primeiros estudos moleculares consistiron de mapeos de sitios de restrición. Para iso extraíase o ADN e logo mesturáballo con [[encima de restrición|encimas de restrición]], que o cortaban en secuencias específicas (por exemplo a encima ''Bam''HI corta o ADN en todos os sitios en que a secuencia sexa GGATCC). Logo utilízanse métodos para separar os pedaciños de ADN segundo o seu tamaño, e esa información dada por varias encimas de restrición utilizábase para reconstruír a secuencia de ADN por laboriosos métodos.
O mapeo de sitios de restrición segue sendo común para estudar a variación no xenoma do cloroplasto e o ARN ribosómico, particularmente entre especies conxenéricas e ás veces dentro de cada especie tamén.
Liña 55:
=== Secuenciación de ADN ===
{{Artigo principal|Secuenciación de ADN}}
A [[secuenciación de ADN|secuenciación]] de xenes, partes de xenes, ou mesmo de rexións non codificantes é moi utilizada hoxe en día en sistemática. A secuenciación é a determinación da orde precisa en que se atopan os nucleótidos (Adenina, Timina, Citosina ou Guanina) nun anaco de ADN dado. A dificultade máis grande da secuenciación é a de obter unha cantidade suficiente de ADN para traballar. Primeiro utilizáronse librarías de xenes, onde as bacterias replicaban os fragmentos de ADN cortados con encimas de restrición, este laborioso método agora foi substituído polo uso da técnica da [[Reacción en cadea da polimerase|PCR]]. Unha desvantaxe da PCR é que ás veces introduce erros na secuencia, o que pode afectar a estimación da filoxenia, particularmente se as secuencias a comparar son moi similares. Unha forma de diminuír estes erros é secuenciar as dúas cadeas de ADN, e algunhas revistas científicas non aceptan traballos realizados sobre unha soa das cadeas.
A secuenciación directa por PCR pode non distinguir entre múltiples copias dun mesmo xene, ou entre diferentes alelos dun xene (o que si poden facer as librarías de ADN).
Liña 62:
Por razóns históricas a maior cantidade de caracteres do ADN pertencen ao [[ADN do cloroplasto]] e ao ADN que codifica para o ARN ribosomal. Isto foi así porque estes anacos de ADN son abundantes na célula das plantas, facendo a súa detección por [[Southern blot]]s fácil. Outro tipo de caracteres utilizado foron os reordenamentos de ADN.
* ''Sitios de restrición do ADN do cloroplasto'' tomado por métodos de mapeo de sitios de restrición. Foi moi utilizado nos '80 e segue sendo un bo método para especies que diverxiron recentemente. Para taxóns máis distantes o método faise máis difícil, xa que se acumulan moitas mutacións. A variación dos sitios de restrición é maior entre especies que dentro de una mesma especie, pero dentro das especies xa hai variación, polo que tamén é útil para documentar historia das poboacións nunha especie.
* ''Xene cloroplastídico'' ''rbcL''. Moitos sistemáticos de plantas fixeron un esforzo comunitario para xerar unha gran base de datos de secuencias do xene do cloroplasto chamado ''rbcL''. Este xene codifica para a subunidade grande da encima [[RuBisCO]], que é o aceptor de carbono máis importante en todos os eucariotas fotosintéticos e nas cianobacterias. É coñecida a estrutura secundaria do xene, polo que cada aminoácido da subunidade pode ser asignado á súa correspondente secuencia de ADN do xene. O xene foi elixido porque é practicamente universal en todo o reino das plantas (exceptuando só as plantas parasitas), é o suficientemente longo (1428 pares de bases), non presenta problemas de aliñación, e como é parte do cloroplasto está presente en moitas copias en cada célula. O entusiasmo por secuenciar ao ''rbcL'' recibiu un empuxe coa xenerosidade de Gerard Zurawski, que deseñou un set de [[cebador|primers]] de PCR que distribuíu gratuitamente a calquera que llo pedise. As [[árbore filoxenética|árbores filoxenéticas]] feitas con estas secuencias de ''rbcL'' tiveron unha enorme influencia na nosa visión das relacións dentro das anxiospermas, e os sistemas de clasificación actuais como o APG, [[APG II]] e o APW fan referencia a eles continuamente. En particular faise moita referencia ao traballo de Chase ''et ao.'' publicado en 1993 no ''Annals of the Missouri Botanical Garden'', que xerou unha filoxenia para todas as plantas con semente usando 499 secuencias de ''rbcL''. As árbores filoxenéticos publicados non eran os máis curtos posibles, algunhas secuencias terminaron sendo en realidade pseudoxenes, e familias enteiras foron representadas por unha soa secuencia, entre outros problemas. Análises subseguintes desta base de datos de 499 taxóns atopou numerosas árbores filoxenéticos distintos igualmente curtos, moitos deles moi diferentes dos presentados nesa publicación (Rice ''et al.'' 1997). Noutras palabras, os resultados deben ser interpretados con precaución, punto que os autores da publicación orixinal recoñeceron. Aínda así a árbore filoxenético de Chase ''et al.'' é moi citado e foi tomado como punto de partida por moitos proxectos de investigación.
▲* ''Xene cloroplastídico'' ''rbcL''. Moitos sistemáticos de plantas fixeron un esforzo comunitario para xerar unha gran base de datos de secuencias do xene do cloroplasto chamado ''rbcL''. Este xene codifica para a subunidade grande da encima [[RuBisCO]], que é o aceptor de carbono máis importante en todos os eucariotas fotosintéticos e nas cianobacterias. É coñecida a estrutura secundaria do xene, polo que cada aminoácido da subunidade pode ser asignado á súa correspondente secuencia de ADN do xene. O xene foi elixido porque é practicamente universal en todo o reino das plantas (exceptuando só as plantas parasitas), é o suficientemente longo (1428 pares de bases), non presenta problemas de aliñación, e como é parte do cloroplasto está presente en moitas copias en cada célula. O entusiasmo por secuenciar ao ''rbcL'' recibiu un empuxe coa xenerosidade de Gerard Zurawski, que deseñou un set de [[cebador|primers]] de PCR que distribuíu gratuitamente a calquera que llo pedise. As [[árbore filoxenética|árbores filoxenéticas]] feitas con estas secuencias de ''rbcL'' tiveron unha enorme influencia na nosa visión das relacións dentro das anxiospermas, e os sistemas de clasificación actuais como o APG, [[APG II]] e o APW fan referencia a eles continuamente. En particular faise moita referencia ao traballo de Chase ''et ao.'' publicado en 1993 no ''Annals of the Missouri Botanical Garden'', que xerou unha filoxenia para todas as plantas con semente usando 499 secuencias de ''rbcL''. As árbores filoxenéticos publicados non eran os máis curtos posibles, algunhas secuencias terminaron sendo en realidade pseudoxenes, e familias enteiras foron representadas por unha soa secuencia, entre outros problemas. Análises subseguintes desta base de datos de 499 taxóns atopou numerosas árbores filoxenéticos distintos igualmente curtos, moitos deles moi diferentes dos presentados nesa publicación (Rice ''et al.'' 1997). Noutras palabras, os resultados deben ser interpretados con precaución, punto que os autores da publicación orixinal recoñeceron. Aínda así a árbore filoxenético de Chase ''et al.'' é moi citado e foi tomado como punto de partida por moitos proxectos de investigación.
Unha das limitacións do ''rbcL'' como marcador filoxenético é a súa taxa de mutacións baixa. A proteína que codifica é moi definida ao nivel dos aminoácidos que codifica, e as mutacións non adoitan sobrevivir. Por tanto o xene ''rbcL'' non é útil para inferir relacións filoxenéticas entre xéneros moi emparentados. Para iso utilizáronse outros xenes cloroplastídicos.
* ''ndhF''. Ao ter unha taxa de mutacións máis alta que o ''rbcL'', este xene cloroplastídico foi utilzado para inferir relacións entre xéneros moi emparentados. O xene codifica a pequena rexión de copia única da subunidade F da encima NADP deshidroxenase.
* ''rpoA'' e ''rpoC2''. Codifican respectivamente para a rexión longa de copia única da subunidade alfa e a beta dobre curmá da [[ARN polimerase II]]. Tamén son xenes cloroplastídicos con taxa de mutacións máis alta que o ''rbcL''.
▲* ''rpoA'' e ''rpoC2''. Codifican respectivamente para a rexión longa de copia única da subunidade alfa e a beta dobre curmá da [[ARN polimerase II]]. Tamén son xenes cloroplastídicos con taxa de mutacións máis alta que o ''rbcL''.
* ''matK''. Previamente coñecido como ORF (por "open reading frame"), é un xene dunha maturase que está no intrón que separa as rexións codificantes do ''trnK''. Tamén é un xene cloroplastídico con taxa de mutacións máis alta que o ''rbcL''.
Todos os xenes citados até agora son parte do mesmo xenoma non recombinante que o ''rbcL'', polo que seguen o rastro da mesma historia familiar (polo xeral materna, ao ser xenes cloroplastídicos).
* ''atpB''. É o xene que codifica para a subunidade beta do ATP sintase. Parece evolucionar máis ou menos á mesma velocidade que o ''rbcL'' polo que prové caracteres adicionais para a reconstrución da filoxenia. Os datos do ''atpB'' foron combinados cos do ''rbcL'' para refinar a árbore filoxenético das anxiospermas (Qiu ''et al.'' 1999, Soltis ''et al.'' 1999).
* ''atp1, atpA''. Son xenes mitocondriais, non cloroplastídicos, que codifican para subunidades da APT sintase. Foron utilizados por menos estudos e en xeral os xenes mitocondriais evolucionan máis lentamente que os cloroplastídicos, polo que dan luz sobre eventos máis ancestrais que os cloroplastídicos. Foron útiles para determinar relacións filoxenéticas nas orixes das anxiospermas (Qiu ''et al.'' 1999).
▲* ''atp1, atpA''. Son xenes mitocondriais, non cloroplastídicos, que codifican para subunidades da APT sintase. Foron utilizados por menos estudos e en xeral os xenes mitocondriais evolucionan máis lentamente que os cloroplastídicos, polo que dan luz sobre eventos máis ancestrais que os cloroplastídicos. Foron útiles para determinar relacións filoxenéticas nas orixes das anxiospermas (Qiu ''et al.'' 1999).
* ''matR''. Codifica para unha maturase, tamén é un xene mitocondrial que evuluciona máis lentamente que os cloroplastídicos e foi pouco utilizado en relación aos cloroplastídicos.
* ''ADN que codifica para ARN ribosomal'' ou "ARNr". O ARN ribosomal primeiro foi secuenciado directamente, sen referencia aos xenes que o codificaban, debido ao alto número de copias presente en cada célula, o que facía fácil a súa extracción e secuenciación. Ao principio foron os únicos xenes do núcleo da célula cun número de copias o suficientemente alto como para extraelo e secuencialo. Estes xenes son moi variables aínda ao nivel da poboación. Foron útiles en estudos de estruturas das poboacións e patróns de hibridación.
Liña 87 ⟶ 81:
=== Bibliografía ===
* Judd, W. S. Campbell, C. S. Kellogg, E. A. Stevens, P.F. Donoghue, M. J. 2007. ''Plant systematics: a phylogenetic approach, Third Edition.'' Sinauer Axxoc, USA.
{{Control de autoridades}}
[[Categoría:Filoxenia]]
| |||