Resumen de Development and application of bioinformatic tools for the representation and analysis of genetic diversity
Sonia Casillas Viladerrams
La variació genètica és la pedra angular de l'evolució biològica. La descripció i explicació de les forces que controlen la variació genètica dins i entre poblacions és el principal objectiu de la genètica de poblacions. L'obtenció d'un número explosiu de seqüències nucleotídiques a diferents gens i espècies ha canviat radicalment les perspectives de la genètica de poblacions, transformant-la des d'una ciència empírica insuficient fins a un esforç interdisciplinari de gran abast, on els aparells de generació de noves seqüències a gran escala s'integren amb eines bioinformàtiques per a l'extracció i gestió de dades, juntament amb avançats models teòrics i estadístics per a la seva interpretació. Aquesta tesi és un projecte de bioinformàtica i genètica de poblacions complet, l'objectiu principal del qual és l'estudi de la diversitat genètica a les poblacions. S'ha dut a terme en tres passos seqüencials: (i) el desenvolupament d'eines per a l'extracció, processat, filtrat i control de qualitat de seqüències nucleotídiques, (ii) la generació de bases de dades de coneixement a partir de les dades obtingudes a la primera part i (iii) la prova d'hipòtesis que requereixen de dades de varies espècies i loci. A la primera part de la tesi hem desenvolupat PDA (Pipeline Diversity Analysis), una aplicació Web de codi obert que permet l'exploració del polimorfisme a grans conjunts de seqüències de DNA heterogènies. Aquesta eina es nodreix dels milions de seqüències haplotípiques d'estudis individuals que hi ha emmagatzemades a les principals bases de dades moleculars i genera dades de genètica de poblacions que poden ser utilitzades per a descriure patrons de variació nucleotídica a qualsevol espècie o gen. Totes les dades extretes i analitzades a la primera part de la tesi són utilitzades a la segona part per a crear un recurs via Web complet que proporciona col·leccions de seqüències polimòrfiques amb les seves mesures de diversitat associades en el gènere Drosophila (DPDB, Drosophila Polymorphism Database). Aquest recurs ha significat un repte ambiciós que ha permès posar a prova l'eficiència del sistema creat a la primera part.Finalment, s'inclouen dos estudis que utilitzen els mòduls d'extracció i anàlisi de dades desenvolupats a la primera part. En el primer, hem estudiat patrons de variació genètica per a inferir selecció negativa i positiva a seqüències conservades no codificadores a Drosophila. Per a aquest estudi hem utilitzat dades de re-seqüenciació a D. melanogaster junt amb dades genòmiques comparatives a d'altres espècies de Drosophila per a demostrar que les regions fredes de mutació no poden explicar aquests blocs conservats. Els resultats mostren que les seqüències conservades no codificadores són mantingudes per l'acció de la selecció purificadora. El segon estudi es centra en l'evolució codificant dels gens Hox, una classe de factors de transcripció essencials en el desenvolupament primerenc que estan involucrats en l'especificació de les regions al llarg de l'eix anteroposterior del cos. Hem mesurat les taxes de divergència nucleotídica i de fixació d'insercions i delecions a tres gens Hox, i les hem comparat amb les de tres gens derivats de Hox i un conjunt de gens no Hox per a provar la hipòtesi que els gens Hox evolucionen lentament. Els resultats mostren que tant el número de substitucions no sinònimes com el grau de constrenyiment funcional no són significativament diferents entre els gens Hox i els no Hox, i que els gens Hox i els derivats de Hox contenen significativament més insercions i delecions que els gens no Hox a les seves seqüències codificants. Per tant, els gens Hox evolucionen més ràpidament que altres gens essencials expressats al desenvolupament primerenc, amb patrons d'expressió complexos o amb introns llargs rics en elements cis-reguladors.Resumint, els treballs presentats a aquesta tesi tanquen un cicle complet de projecte bioinformàtic, incloent tots els passos necessaris des de l'extracció de dades fins a la generació de nou coneixement científic. És més, el resultat de cada pas és la llavor per a múltiples possibles estudis en el següent pas, i per tant aquesta tesi té moltes aplicacions per a la comunitat científica.
