Introdução à Bioinformática Universidade Federal de Pelotas Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel...
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Introdução à Bioinformática
Universidade Federal de PelotasFaculdade de Agronomia Eliseu Maciel
Programa de Pós-Graduação em AgronomiaCENTRO DE GENOMICA E FITOMELHORAMENTO
Luciano C. da MaiaEngenheiro AgrônomoProfessor Dep. de FitotecniaFAEM/UFPel
Introdução – Parte 2
Competências gerais da Bioinformática
2) TÉCNOLOGIA – aplicação do conhecimento – produto -conhecer genes proteinas
> alvos para silenciamento, super-expressao (plantas)novos cultivares
> alvos para drogas (medicamentos/farmacos)saúde/doenças....
1) NÃO TECNOLOGICO - CIÊNCIA BÁSICA - natureza da biologia molecular-que informação está contida nos genomas -como se faz para sequencia-como se faz para montar um genoma/anotar-gerar conhecimento-responder perguntas de “ciência pura”-etc...
• Manutenção e gerenciamento das informações obtidas em seqüenciamentos
Qualidade das seqüências
Armazenamento das seqüências
Alinhamento/Montagem
Disponibilização
Análises
…
1) DURANTE O SEQUENCIAMENTO...
Bioinformática: Seqüenciamento...
– Montagem de fragmentos
– Predição de genes
– Anotação de genomas
– Análise de dados de expressão gênica
– Previsão de estruturas de proteínas
– Análise de interação entre genes
– Estudo do sistema de transdução de sinais (fatores trans- e/ou cis-)
2) PÓS seqüenciamento
1) Aplicação: GENOMA
Tratamento inicial de seqüências
base-calling / trimming / assembly
Aplicações da Bioinformática
1)PRIMEIRA GERAÇÃO: Grande Escala::: Base-callerPHRED
:: Vector sequence maskingCross-Match
:: AssemblerPHRAP, CAP3, TIGR Assembler
:: VisualizadoresCONSED, AutoFinish
:: DepósitosDataBase
2)NGS (Next-generation sequencing):: mesmas etapasNOVAS ESTRATÉGIAS
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
ASSEMBLY
2) Aplicação: GENOMA
Predição de genes / anotação
Aplicações da Bioinformática
PREDIÇÃO DE GENES - VISÃO GERAL
ACGGTTAA.........................................GCCTTAA1 200.000
QUAIS GENES ESTÃO AQUI??NÚMERO DE INTRONsNÚMERTO DE EXOsNÚMERO DE UTRsNÚMERO DE CDSs
?
Aplicações da Bioinformática
PREDIÇÃO DE GENES - VISÃO GERAL
Aplicações da Bioinformática
PREDIÇÃO DE GENES - VISÃO GERAL
ANOTAÇÃO DE GENOMAS - VISÃO GERAL
Aplicações da Bioinformática
3) Aplicação: TRANSCRIPTOMA
base-calling / trimming / assembly
Predição de genes / anotação
AssemblyCAP3/phrap
Biblioteca EST Redundant sequence
Aplicações da Bioinformática
>contig1
>contig2
>contig3
>contig4
>contig5
>contig6
>contig7
>singlet1
>singlet2
>singlet3
Uniquesnon-redundant sequence
Aplicações da Bioinformática
AssemblyCAP3/phrap
>contig1
CONTIG/CLUSTER de EST
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
ANOTAÇÃO
>contig1
>contig2
>contig3
>contig4
>contig5
>contig6
>contig7
>singlet1
>singlet2
>singlet3
non-redundant EST
estrutura Domínio/função
Pathway
Process GO:0017038 protein import Function GO:0005524 ATP binding Component GO:0016020 membrane
Annotation
4) Aplicação:
Genomica estrutural e comparativa
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
Schwartz et ali, Human–Mouse Alignments with BLASTZ Genome Research, Vol 13, Issue 1, 103-107, January 2003
Aplicações da Bioinformática
ORTÓLOGOS / PARÁLOGOS
Aplicações da Bioinformática
RiceFoxtail milletSorghum
MaizeTriticeae
Pearl millet
1.4
7.1
7.4L S
5.2
5.7
T
1pt
1. 1
1.2
1.3
1.4
B T
2.1
2.52.4
2.6B2pt
2pt
2pt
2pt1pt
T
3.1
3.2
B3pt
3pt
1pt
T
4.1
4.2
4.3
4pt
T
5.1 5pt
5.5
5.6B
5pt
5pt
4pt
4pt
T
B
B
T
7pt
7pt
6
5.2
5pt
8
3
10
2119
7
4
12
15 6
VIIIpt
IIIpt
VII
IIpt
VIII
I
IV
VI
IXpt
IIpt
IXpt
I
G
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A
D
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8pt
3
9pt
6pt
1pt 7pt
7pt
4
5pt
1pt
6
5pt5pt
2pt
2pt
5pt
3
5.1
5.3
5.4
5.5
2.1
2.2
2. 3
2.4
1.1
1.2
1.3
7.2
7.3
5.65.8
8pt
5pt
9pt
1pt
1pt
5pt
Cpt
Cpt
4
7pt
2pt
Fpt
10pt2pt
2pt
7pt
Fpt
10pt
6pt
9pt
1pt
5pt
B4.4
5.3
2.3
5.42.2
SS L S
L L
SS
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LSL
LS
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BT
B
B
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L
S
L
L
S
L
S
Shattering
Waxy
GA-insdwarfing
Ligule-less
Photoperiodsensitivity
Do Plants Have a One-Way Ticket to Genomic Obesity?Aplicações da Bioinformática
5) aplicação:
Ontologia
Promotores/Cis-elementos
Metabolismo
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
Aplicações da Bioinformática
6) aplicação:
Cristalográfia / Proteômica
Bioinformática estrutural(# de genômica estrutural)
Aplicações da Bioinformática
CRISTALOGRAFIA – desvendar as estruturas 3D
7) aplicação: MINERAÇÃO DE DADOS
utilização de informações disponíveisdata mining
genes candidatos
-idéia é associar variações alélicas em genes candidatos com variações do fenótipo
-idéia tornou-se palpável a partir do desenvolvimento da Genômica
marcadores moleculares – anônimos/randomicos
-RFLP, AFLP, RAPD, SSRS…-idéia é associar variações em regioes anonimas do genoma (genótipo) com as variações do fenótipo
USO DA BIOINFORMATICA PARA PROSPECÇÃO DE MARCADORES
Aplicações da Bioinformática
Genes candidatos! O que são?
Dormência, Viviparidade, Estresse biótico e abiótico
Aplicações da Bioinformática
Encontrar uma rota e buscar todosos diferentes trans-critos da rota numbanco de dados
>meu_gene_no_trigoGAATTCCGGTCGGGGTTCGCCCGGCGCAGTTGTTGAGAGGCAAGGCAAACTCAGGCGACTGAGCTAAAGA AGCCGCACTAGTATGGGGGTGACGAAGGCGGAGGCGGTTGCCGCGACGGGGAAGGTGGTGGACGACATCG AGGCGCTCGCCGATCTCAGAAAGGAGCCAGCATGGAAAAAGTTTTTGTCCCACATTGGACCAGGCTTTAT GGTCTGTTTGGCTTACCTCGATCCTGGAAATATGGAGACTGATCTACAAGCTGGTGCCAATCACAAATAT GAGCTTCTTTGGGTGATTTTGATTGGCCTGATCTTTGCACTGATTATACAATCATTATCGGCTAATCTTG GAGTGGTGACAGGGCGCCATCTTGCTGAGCTGTGCAAGACTGAATATCCAGTATGGGTGAAAACCTGCTT ATGGCTGCTAGCAGAACTAGCTGTGATTGCTTCCGATATTCCAGAAGTTATAGGTACAGGATTTGCTTTC AACCTTTTGTTCCACATACCAGTGTGGACCGGGGTTCTCATTGCTGGCTCTAGCACGCTTCTTCTTCTTG GACTGCAAAGATATGGGGTAAGGAAACTGGAGGTTGTGGTCGCGCTATTGGTGTTTGTCATGGCAGGGTG CTTCTTCGTGGAGATGAGCATAGTCAAGCCTCCGGTTAATGAGGTCCTTCAAGGATTATTCATCCCCAGG CTCAGTGGGCCCGGTGCCACAGGAGACTCCATTGCCCTTCTTGGGGCTCTTGTAATGCCGCACAATCTAT TCTTGCACTCTGCCCTGGTGCTGTCGAGGAATACACCCGCATCAGCAAAAGGAATGAAGGATGCCTGTAG GTTCTTCCTCTTTGAGAGTGGGATAGCTCTTTTCGTGGCTCTGCTTGTCAACATTGCAATCATCTCTGTC TCCGGCACTGTATGTAATGCAACCAACCTTTCACCAGAAGATGCTGTAAAATGCAGCGACCTTACATTGG
Primers
Validação
Aplicações da Bioinformática
Marcadormolecular
Transformação
MAPEAMENTOSELEÇÃO ASSISTIDA
TRANSGENIA
GANHO GENÉTICO
???!!!