La evolución, la evolutividad y la ingeniería del ADN regulador de genes

Área de la Ciencia:

• La genómica
• Biología evolutiva
• Biología de sistemas

Sus antecedentes:

• Las mutaciones en las secuencias reguladoras de ADN no codificantes tienen un impacto significativo en la expresión génica, los rasgos del organismo y la aptitud.
• El mapeo de secuencias de ADN a paisajes de aptitud es crucial para comprender la evolución, pero es un desafío debido a los vastos espacios de secuencia.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar modelos de secuencia a expresión para capturar paisajes de aptitud regulatoria.
• Para descifrar los principios que rigen la evolución de la regulación.
• Permitir el diseño de secuencias reguladoras para la ingeniería de la expresión.

Principales métodos:

• Utilizó millones de muestras aleatorias de secuencias de ADN promotor de levadura y sus niveles de expresión medidos.
• Desarrolló modelos de redes neuronales profundas para predecir la expresión génica a partir de la secuencia de ADN.
• Modelos aplicados para estudiar la divergencia de expresión bajo diferentes regímenes evolutivos (deriva, selección-mutación).

Principales resultados:

• Logró un excelente rendimiento de predicción con modelos de secuencia a expresión, lo que permite la generalización en vastos espacios de secuencia.
• La evolución de las normativas es rápida, sujeta a la disminución de los rendimientos y limitada por objetivos ambientales contradictorios.
• La selección estabilizadora modera la complejidad reguladora, y los tamaños del efecto de mutación reguladora siguen una ley de potencia.

Conclusiones:

• Los modelos desarrollados proporcionan un marco general para el diseño de secuencias reguladoras y la expresión génica de ingeniería.
• El estudio ofrece información sobre la dinámica de la evolución reguladora, la robustez mutacional y la capacidad de evolución.
• Se presentó un enfoque para detectar firmas de selección y descubrir la evolución reguladora convergente.