Organización y Contenido del Genoma

Los genomas son mucho más que cadenas de genes: la secuencia codificante de proteínas es a menudo una pequeña fracción del total, intercalada entre elementos repetitivos, regiones reguladoras y vastas extensiones no codificantes cuyos roles aún se están dilucidando.

Definition

La organización y el contenido del genoma es la descripción de los tipos de secuencia que contiene un genoma y cómo están dispuestos, incluyendo genes codificantes, elementos repetitivos, regiones reguladoras y la gran proporción de ADN no codificante.

Scope

Este tema abarca el contenido génico y la densidad génica de los genomas, la estructura de los genes eucariotas con exones e intrones, la abundancia y los tipos de ADN repetitivo, incluidos los elementos transponibles y las repeticiones en tándem, el ADN no codificante y regulador, la organización de los cromosomas en eucromatina y heterocromatina, y la amplia variación en el tamaño del genoma entre organismos. Trata lo que contienen los genomas y cómo está organizado; cómo se secuencia ese contenido y cómo funciona se cubre en los temas adyacentes.

Core questions

• ¿Qué fracción de un genoma codifica típicamente proteínas y cómo varía la densidad génica?
• ¿Cuáles son las principales clases de ADN repetitivo y cómo los elementos transponibles dan forma a los genomas?
• ¿Por qué los tamaños de los genomas varían tan ampliamente sin correlacionarse con la complejidad del organismo?
• ¿Cómo se organiza la cromatina en regiones transcripcionalmente activas y silentes?

Key concepts

• Contenido génico, densidad génica y estructura exón-intrón
• ADN repetitivo y elementos transponibles
• ADN no codificante y regulador
• Eucromatina y heterocromatina
• Tamaño del genoma y la paradoja del valor C

Mechanisms

Los genomas eucariotas acumulan secuencias repetitivas en gran medida a través de la actividad de copia de los elementos transponibles, mientras que las regiones pobres en genes se condensan en heterocromatina; la arquitectura resultante, con exones codificantes de proteínas incrustados en intrones y rodeados de ADN regulador y repetitivo, refleja el equilibrio entre mutación, selección y la autopropagación de elementos móviles.

Clinical relevance

Conocer la organización del genoma es esencial para interpretar las variantes: muchos cambios asociados a enfermedades se encuentran en regiones reguladoras no codificantes, las expansiones de repeticiones en tándem causan trastornos como la enfermedad de Huntington, y las inserciones de elementos transponibles pueden alterar los genes.

History

El descubrimiento de McClintock de los elementos transponibles en el maíz reveló que los genomas son dinámicos, la paradoja del valor C de la década de 1970 mostró que el tamaño del genoma no se correlaciona con la complejidad, y la secuenciación del genoma humano y otros genomas a partir de 2001 cuantificó cuánto de los genomas grandes es repetitivo y no codificante.

Key figures

• Barbara McClintock
• Susumu Ohno
• Eric Lander

Seminal works

• lander2001
• brown2018

Frequently asked questions

¿Por qué el tamaño de un genoma no predice la complejidad de un organismo?

Gran parte de un genoma grande consiste en ADN repetitivo y no codificante en lugar de genes, por lo que el tamaño total refleja la acumulación de dicha secuencia más que el número de genes; esta discrepancia se conoce como la paradoja del valor C.

¿Qué son los elementos transponibles?

Son secuencias de ADN que pueden moverse o copiarse a nuevas ubicaciones en el genoma; a lo largo del tiempo evolutivo, su proliferación representa una gran parte de muchos genomas y puede tanto alterar como remodelar los genes.