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La storia evolutiva dei genomi

I dati genomici possono essere utili per capire come i tratti dell’organismo si siano plasmati fin dai tempi antichi. A causa delle storie frammentate dei geni, è tuttavia difficile creare modelli dell’evoluzione del genoma.
La storia evolutiva dei genomi
La definizione della storia delle specie e delle loro relazioni evolutive spesso dipende dalla filogenesi molecolare. L’analisi delle sequenze di DNA ereditario che codificano le complesse reti di vita moderna attraverso l’allineamento fornisce importanti informazioni sull’evoluzione dei geni e delle specie. Tuttavia, i geni si duplicano, si perdono o vengono trasferiti orizzontalmente, rendendo difficile il compito di ricostruire l’albero di geni.

Il progetto GENESTORY (Assembling genome history from gene stories: Phylogeny aware genome scale inference of ancestral traits and ancient environments), finanziato dall’UE, intendeva sfruttare i recenti progressi nella modellizzazione dell’evoluzione dei genomi. Ha analizzato dati sperimentali grezzi pubblicamente disponibili e ha generato nuove informazioni biologiche e dataset su larga scala. Inoltre, ha combinato modelli di ricostruzione di reti metaboliche con modelli di biodiversità antica.

Gli scienziati hanno eseguito la ricostruzione a scala genomica di repertori di geni ancestrali e hanno allineato le informazioni con modelli a livello di sistema di fenotipo, ambiente antico e diversità. Questo approccio ha consentito loro di studiare l’evoluzione dell’architettura delle reti e di capire come geni specifici si siano evoluti nel corso del tempo.

Gli archei sono tra i domini principali della vita cellulare e svolgono un ruolo importante nei cicli biogeochimici. Tenendo conto del loro contributo nell’origine delle cellule eucariote, è essenziale capirne l’origine e la storia evolutiva. Per affrontare la sfida dell’arco temporale, i ricercatori GENESTORY hanno adottato un nuovo approccio, che sfrutta le informazioni in schemi di evoluzione di famiglie di geni per trovare la radice dell’albero archeale e risolvere la questione del metabolismo delle primissime cellule archeali. Tale scelta ha condotto all’ipotesi che i primi archei fossero anaerobi che utilizzavano il biossido di carbonio e l’idrogeno. Questo approccio ha anche quantificato l’incidenza del trasferimento orizzontale sull’evoluzione dei genomi archeali.

Il trasferimento di genoma è anche evidente in vari gruppi eucarioti, tra cui metazoi, spugne e funghi. Gli scienziati hanno esaminato migliaia di famiglie di geni di funghi e cianobatteri, trovando prove persuasive del ruolo significativo del trasferimento di geni nell’evoluzione dei funghi paragonabili ai procarioti.

Nel complesso, la conclusione dello studio GENESTORY ha dimostrato come i metodi in grado di trattare dataset genomici possono ampliare le nostre conoscenze sull’evoluzione genomica.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Modellizzazione, evoluzione del genoma, GENESTORY, archei, funghi