Na genômica comparativa, a análise de clusters de genes (ou grupos de genes) é essencial para a compreensão da relação entre a organização dos genomas e a evolução de características adaptivas complexas nos organismos [1].
A ordem dos genes é uma característica central que distingue os genomas dos organimos procariotos e eucariotos [3]. Os genes dos procariotos geralmente se organizam em operons e não estão distribuídos aleatoriamente no genoma [1, 2]. Os operons são grupos de genes que estão organizados em sequência e estão ligados transcricionalmente, sendo regulados por um mesmo promotor [1]. A maioria dos genes dos eucariotos está distribuída nos cromossomos e não está organizada em operons [3]. Entrentanto, estudos genômicos comparativos tem revelado que a distribuição dos genes não é aleatória e que existem clusters de genes funcionalmente relacionados que são compartilhados entre diferentes espécies de eucariotos [2, 3].
A presença de clusters de genes nos genomas procariotos e eucariotos significa que o agrupamento desses genes representa uma vantagem adaptativa para esses organismos e que existe algum mecanismo evolutivo reponsável por selecionar e manter a organização desses clusters [2]. Um dos possíveis mecanismos é a seleção natural atuando sobre a formação dos clusters para favorecer a expressão coordenada dos genes que os constituem. Essa coordenação é alcançada por meio do compartilhamento de promotores e outros elementos reguladores. [3] Outra possibilidade é o favorecimento da ligação genética entre genes que estão relacionados funcionalmente, fazendo que esses sejam herdados em clusters [2, 3]. Um terceiro mecanismo é a formação de clusters por meio da duplicação em tandem de genes [3].
Os genes organizados em clusters podem fazer parte de vias metabólicas comuns, redes de interação entre protéinas ou cascatas de sinalização celular [2]. Assim, a identificação de clusters de genes em genomas pode permitir identificar novas relações funcionais entre genes e auxiliar a descoberta de novas vias metabólicas [2, 3].
Referências:
[1] Liu Z, Cheema J, Vigouroux M, Hill L, Reed J, Paajanen P, Yant L, Osbourn A. Formation and diversification of a paradigm biosynthetic gene cluster in plants. Nat Commun. 2020 Oct 23;11(1):5354. doi: 10.1038/s41467-020-19153-6. PMID: 33097700; PMCID: PMC7584637.
[2] Yi G, Sze SH, Thon MR. Identifying clusters of functionally related genes in genomes. Bioinformatics. 2007 May 1;23(9):1053-60. doi: 10.1093/bioinformatics/btl673. Epub 2007 Jan 19. PMID: 17237058.
[3] Nützmann HW, Doerr D, Ramírez-Colmenero A, Sotelo-Fonseca JE, Wegel E, Di Stefano M, Wingett SW, Fraser P, Hurst L, Fernandez-Valverde SL, Osbourn A. Active and repressed biosynthetic gene clusters have spatially distinct chromosome states. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jun 16;117(24):13800-13809. doi: 10.1073/pnas.1920474117. Epub 2020 Jun 3. PMID: 32493747; PMCID: PMC7306824.
