departament de genÈtica - ub · el departament de genètica de la ub es va crear el 1963, quan el...

1 Departament de Genètica

DEPARTAMENT de GENÈTICA


PRESENTACIÓ DEPARTAMENT

El Departament de Genètica és un dels Departaments més actius en recerca de la Universitat de Barcelona (UB) i un dels que acredita més qualitat docent. Actualment el componen 28 professors que, juntament amb investigadors postdoctorals, investigadors contractats, doctorands, estudiants de grau i de màster, personal tècnic i personal d’administració i serveis, conformen un grup de més de 130 persones.

El Departament de Genètica de la UB es va crear el 1963, quan el Dr. Antoni Prevosti, aleshores investigador científic del CSIC, guanyà la càtedra de genètica per oposició. Tant l’assignatura com la càtedra de Genètica foren les primeres en una universitat de l’Estat espanyol.

La recerca inicial del Departament va ser pionera en l’estudi de la variabilitat en poblacions naturals emprant Drosophila com a organisme model. Actualment, la recerca s’ha estès enormement, i fent servir eines

moleculars i aproximacions genòmiques de darrera generació, les línies d’investigació dels diferents grups del Departament adrecen molts dels reptes científics que tindran un major impacte en la Societat del segle XXI: la Biotecnologia, el Desenvolupament i la Regeneració, l’EVO-DEVO i els nous Models Animals, la Genètica i Genòmica Evolutiva, i la Genètica Molecular Humana.

La tasca docent inclou assignatures impartides als graus de Biologia, Ciències Biomèdiques, Bioquímica, Biotecnologia i Ciències Ambientals, i la participació en diversos Màsters, com els de Genètica i Genòmica, Biomedicina, Biodiversitat, i Biotecnologia Molecular. El Departament també és responsable del programa de doctorat en genètica, al qual se li ha atorgat la màxima menció de qualitat per part del Ministeri d’Educació.


BIOTECNOLOGIA

L’àrea de Biotecnologia del Departament de Genè-tica engloba dos grups de recerca que tenen per objectiu estudiar a nivell genètico- molecular (des de la Genòmica a la Proteòmica) els mecanismes mitjançant els quals els organismes responen i/o es defensen davant diverses situacions d’estrès, ja siguin biològic -infeccions per agents patògens-, com inorgànic - manca o excés d’ions metàl·lics. El coneixement d’aquests processos s’aplica posteriorment a estratègies biotecnològiques per a modular, millorar i optimitzar la resposta dels organismes en l’homeòstasi de metalls o les malalties de les plantes.

Quins gens de virulència empren els patògens per causar malalties en animals i plantes? Quin pa-per tenen les resistències a metalls pesants en la virulència? Quins gens codifiquen per proteïnes de resistència a metalls? Podem aconseguir conreus resistents a les malalties?


DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ

La BIOLOGIA DEL DESENVOLUPAMENT estudia com a partir d’una única cèl·lula es forma un organisme multicel·lular amb una sèrie de teixits, òrgans i siste-mes que s’organitzen en el temps i en l’espai per donar un animal complert i amb una morfologia específica. Alguns animals adults tenen la capacitat de REGENERAR alguns d’aquests òrgans i sistemes després de la pèrdua traumàtica dels mateixos.

Actualment la recerca en biologia del desenvolupament i regeneració se centra en les vies de senyalització, la mort cel·lular, l’organogènesi, l’epigenètica i les cèl·lu-les mare. Avui dia es sap que diverses vies de senya-lització conservades filogenèticament juguen funcions semblants en el desenvolupament, regeneració i la

Com es forma el patró durant el desenvolupament o la regeneració? Com es controla la plasticitat cel.lular: genoma versus epigenoma?

patogènesi del càncer en diversos models. El nostre interès rau en estudiar la funció d’aquestes vies en el desenvolupament i regeneració de dos models clàssics: les planàries i Drosophila. Els nostres estudis comprenen des de la formació del patró durant el desenvolupament i la regeneració, fins a l’estudi detallat de l’establiment de les connexions neuronals, passant pels mecanismes de control de la proliferació i diferenciació cel·lular.

La recerca en BIOLOGIA DEL DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ, a dia d’avui, és multidisciplinària. Utilitza tant les noves tecnologies genòmiques, les anàlisis computacionals, i eines genètiques, com la microscòpia més avançada.


EVO-DEVO i els NOUS MODELS

ANIMALS

L’EVO-DEVO va ser reconeguda al MILLENIUM issue de Nature (2000), com una de les 10 disciplines científi-ques amb més impacte futur per a la societat del Segle XXI. L’EVO-DEVO estudia els canvis genètics, molecu-lars, cel·lulars i morfogenètics produïts durant el desen-volupament embrionari responsables de l’extraordinària biodiversitat que s’ha generat al llarg dels prop de 1.000 milions d’anys d’evolució animal i vegetal.

L’EVO-DEVO tal i com avui la coneixem, neix de la intersecció entre la Genètica i Biologia Molecular del Desenvolupament, l’Evolució Molecular, i la Genòmica Comparada, i es nodreix de les noves tecnologies

Què tenim de semblant i què de diferent amb un ratolí, un peix o un cuc? Com els canvis genètics en el desenvolupament generen innovacions evolutives i creen biodiversitat?

“òmiques” (genòmica, transcriptòmica, proteòmica, epigenòmica) i de les tècniques moleculars d’enginyeria genètica, transgènesi i silenciament de l’expressió gènica.

L’EVO-DEVO, actualment, s’adreça a l’estudi compa-rat del desenvolupament emprant nous models animals triats ad hoc per ocupar posicions filogenètiques claus per il·luminar els canvis dels mecanismes genètics respon-sables de les grans innovacions morfològiques i funcio-nals que han afavorit les grans transicions en l’Evolució dels éssers vius en el nostre planeta.


GENÈTICA i GENÒMICA EVOLUTIVA

La genètica evolutiva estudia la base genètica i els mecanismes que determinen l’adaptació, els patrons d’evolució i la biodiversitat. Amb aquest objectiu general, al Departament de Genètica realitzem recerca dins les àrees de la genètica i genòmica de poblacions, filoge-ografia, filogenètica i genòmica comparada. Aquests estudis es realitzen en un ampli ventall de grups taxo-nòmics incloent tant espècies model com espècies no model. Per la recerca fem servir aproximacions experi-mentals basades en metodologies clàssiques de biologia molecular i en les noves tecnologies “òmiques” (trans-criptòmica i genòmica), i bioinformàtiques, incloent el desenvolupament d’eines computacionals i software.

La nostra recerca busca generar coneixement sobre qües-tions fonamentals en genètica evolutiva. En particular fem

recerca per determinar, a) la importància dels canvis genètics en regions codificadores i reguladores en l’evo-lució adaptativa; b) l’origen molecular de les inversions cromosòmiques, i el paper d’aquestes en l’especiació i l’adaptació; c) el paper de les famílies multigèniques i xarxes gèniques en l’origen de novetats evolutives; i d) els processos que expliquen l’estructura genètica poblacional i que determinen la història evolutiva de les espècies. Tots aquests estudis pretenen assolir una visió integradora sobre l’evolució de les poblacions naturals i de les espècies, l’adaptació, l’adquisició de novetats evolutives i l’origen i manteniment de la biodiversitat.

Quina és la base genètica i genòmica de l’adaptació i de les novetats evolutives? De quina manera els can-vis genètics han contribuït a la diversitat de la vida? Quin són els principals processos evolutius que han modelat els canvis genètics?


GENÈTICA MOLECULAR HUMANA

Aquests són les preguntes científiques que ens fem al grup de Genètica Molecular Humana del Dept. de Genètica, format per un grup nombrós d’investigadors que portem anys treballant per esbrinar les bases genètiques i moleculars de malalties monogèniques, des de les malalties lisosòmiques (Gaucher, Sanfilippo tipus B i C o Niemann-Pick tipus A/B i C ) fins a les pato-logies hereditàries de la visió degudes a la degeneració de la retina; i de les malalties complexes, més prevalents, com ara l’osteoporosi i trastorns neurològics (migranya, atàxia episòdica, deficiències de la neurotransmissió) i comportamentals (addiccions a drogues, TDAH, autisme i conductes agressives).

Ens proposem respondre quins gens causen aquestes patologies, quins processos es veuen alterats quan

aquests gens presenten mutacions, com podem diagnos-ticar genèticament els portadors en famílies, si podem abordar alguna teràpia gènica o cel·lular per pal·liar-ne els efectes o, fins i tot, si algun dia podríem arribar a curar els pacients. Per assolir aquests objectius, emprem un ventall de tècniques novedoses i molt precises de diagnòstic genètic (seqüenciació d’exomes, construc-ció de xips de diagnòstic genètic i cerca de nous gens candidats), i definim noves dianes terapèutiques mitjançant estudis bioquímics, genètics i cel·lulars que combinen la construcció de models animals (ratolí, peix zebra) i cel·lulars (cèl·lules transfectades, cultius primaris, cèl·lules iPS).

Quines són les bases genètiques de les malalties hereditàries? Com podem abordar la cerca de nous gens causants de malalties lisosòmiques, la ceguesa, l’oste-oporosi o la migranya? Com podem aprofundir en les causes moleculars de les patologies genètiques? Podem millorar-ne el diagnòstic i dissenyar teràpies efectives per aquestes malalties?

PROJECTES de RECERCA dins del PROGRAMA “ESTIUS DE RECERCA

a GENÈTICA”Biotecnologia Desenvolupament i

Regeneració

Genètica i Genòmica Evolutiva Genètica Molecular

Humana

EVO-DEVO i Nous Models AnimalsMarc Valls

Silvia Atrian Francesc Cebrià Marta Morey Florenci Serras

Emili Saló i Teresa AdellJosep F Abril

Julio RozasMontserrat Aguadé i Carme Segarra

Marta PascualMarta Riutort

Susana BalcellsDaniel GrinbergGemma Marfany

Pere MartínezCristian Cañestro i Ricard Albalat

Jordi Garcia Fernàndez


BIOTECNOLOGIARegulació dels gens de virulència del fitopatogen Ralstonia solanacearum

1

Responsable Responsable

Dirigit a: Dirigit a:Marc Valls ([email protected]) Silvia Atrian ([email protected])

Futurs estudiants de TFG o TFM Futurs estudiants de TFG o TFM

Els darrers anys, s’ha descrit quins gens dels bacteris patògens de plantes es trans-criuen en resposta al contacte amb l’hoste, però es desconeix a quina etapa de la infecció actuen. En aquesta estada, volem esbrinar els gens que expressa el bacteri R. solanacearum per poder colonitzar tomaqueres i produir-los la malatia del mar-ciment bacterià. Proposem una aproximació transversal, que utilitza tècniques de genètica molecular, biologia vegetal i microbiologia per entendre més bé com els bacteris causen malalties i intentar posar-hi remei.

Relacions metall-organismes: com i per a què?

Aproximadament la meitat de les proteïnes contenen un o més ions metàl·lics, es-sencials per a la seva estructura i/o funció, o bé tenen com a missió la unió de metalls en els organismes. La regulació dels gens/proteïnes que intervenen en el metabolisme dels metalls és molt desconeguda. En el nostre laboratori estudiem tres qüestions bàsiques referents a les relacions del organismes i els metalls; així com la seva aplicació biomèdica i biotecnològica: (i) com reconeix una proteïna el metall correcte que ha de coordinar (especificitat metàl·lica); (ii) com algunes proteïnes de coure determinen infectivitat i virulència de fongs patògens; i (iii) la funció en plantes d’algunes proteïnes de ferro.

2


Responsable Responsable

Dirigit a: Dirigit a:Francesc Cebrià ([email protected]) Marta Morey ([email protected])


Funció de vies de senyalització i el sistema nerviós en la

regeneració de les planàries

Per què alguns animals poden regenerar i altres no? Les planàries són uns cucs sor-prenents, si les tallem en 10-20 trossos al cap d’una setmana tenim 10-20 planàries senceres. Això ho fan gràcies a una població de cèl·lules mare adultes pluripotents. En el nostre laboratori estem estudiant, mitjançant RNAi, la funció de la via dels receptors dels factors de creixement epidèrmics (EGFR) i del sistema nerviós en la regulació de la proliferació i diferenciació de les cèl·lules mare, així com durant els processos de morfogènesi i formació del patró que porten a la regeneració completa d’un animal, inclòs el cervell.

3

DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓGenètica i genòmica de l’especificitat sinàptica

Com es cableja el cervell? Per poder assemblar circuits funcionals les neurones han d’establir connexions específiques amb les seves parelles sinàptiques. Al laboratori usem Drosophila per desxifrar els mecanismes moleculars que governen aquest procés. La nostra hipòtesi és que les diferències moleculars entre subtipus neuronals altament relacionats contribueix a la seva distinta connectivitat. Seguint una aproxi-mació multidisciplinària emprem: eines genòmiques (p.ex. RNAseq) per identificar diferències moleculars entre subtipus neuronals; eines genètiques per identificar bateries de gens que determinen l’especificitat sinàptica de cada subtipus neuronal; i l’estudi de regions cis-reguladores per entendre les estratègies transcripcionals responsables de l’establiment de patrons de connectivitat específics.

4


Responsable

Dirigit a:Florenci Serras ([email protected])

Futurs estudiants de TFG o TFM

DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓ Enginyeria genètica de la

regeneració epitelial

Entendre les bases moleculars de la regeneració epitelial és crucial per dissenyar tractaments per ferides a la pell, cremades i patologies epitelials. Utilitzant transac-tivadors de l’expressió gènica podem activar construccions específiques a diferents llocs de l’epiteli. Això ens permet examinar si les vies de senyalització JNK i Hippo són essencials per a la reconstrucció d’epitelis. L’objectiu principal serà usar cons-truccions que inhibeixen o incrementen l’activitat d’aquestes vies i investigar la seva funció. Els estudiants interessats utilitzaran eines d’enginyeria genètica, tècniques de biologia molecular i de bioimatges, en particular tecnologies de microscòpia confocal i tractament d’imatges.

5


Responsable

Dirigit a:Emili Saló ([email protected]) i Teresa Adell ([email protected])


DESENVOLUPAMENT i REGENERACIÓControl de la formació del patró i el

creixement durant la regeneració

Les planàries son cucs plans coneguts per la seva extraordinària capacitat de regenerar qualsevol part del seu cos. Des del segle XIX, molt abans del ‘boom’ de la medicina regenerativa, se sap que aquesta capacitat es deu a l’existència de cèl·lules mare totipotents adultes. Tanmateix, actualment sabem que per a regene-rar exitosament, la proliferació ha d’anar acompanyada de senyals que assegurin el creixement controlat i la correcta formació del patró dels òrgans perduts. En el nostre grup estudiem el paper de les vies de comunicació intercel·lular de Hippo i de Wnt, responsables de controlar la mida i el patró en embrions, durant la rege-neració de les planaries.

6

Xarxes de la Biologia de Sistemes per modelar la dinàmica transcripcional de les

planàries7

ResponsableJosep F Abril ([email protected])

Dirigit a:Futurs estudiants de TFG o TFM

La planària Schmidtea mediterranea és ben coneguda per les seves elevades capa-citats regeneratives gràcies a la presència de cèl.lules mare adultes, els neoblasts. Hem realitzat differents aproximacions “òmiques”, especialment proteòmica i trans-criptòmica, així com anàlisis d’expressió diferencial per tal d’identificar gens espe-cífics dels neoblasts. Hem començat a dibuixar un protocol per mapar els trànscrits de planària sobre rutes KEGG, però volem explorar altres bases de dades, tals com les d’interaccions proteïna-proteïna, xarxes de senyalització i regulació gèni-ca, i fer-ho més accessible a través d’una interfície dinàmica. La referència creuada d’aquesta informació sobre els navegadors genòmics o transcriptòmics pot esdeve-nir una eina molt útil a l’hora de planejar futurs experiments.


Responsable

Responsable

Dirigit a:Dirigit a:Pere Martinez ([email protected])

Cristian Cañestro ([email protected]) i Ricard Albalat ([email protected])

Futurs estudiants de TFM


EVO-DEVO i Nous Models AnimalsEvolució del sistema nerviós central

als animals bilaterals

El projecte que aquí es presenta té l’ objectiu d’ investigar els mecanismes que han fet sorgir els cervells centralitzats als animals bilaterals. Per això es farà un estudi sistemàtic de la neurogènesi en un grup d’ animals amb sistemes nerviosos “simples”, els Xenoacelomorpha. Recentment, en col·laboració amb altres laboratoris internacionals, hem seqüenciat el genoma de 5 especies de Xenoacelo-morfs. Aquestes seqüències ens han permès identificar una gran varietat de gens involucrats en la neurogènesi. Ara, i fent servir tècniques de detecció de proteïnes i mRNAs, volem esbrinar com aquests gens contribueixen a la formació d’ un sistema relativament simplificat.

9

Animals model per a l’anàlisi funcional de pèrdua de gens del desenvolupament

Sabies que perdre gens pot ser beneficiós? Sabies que la pèrdua de gens pot conferir resistència a la SIDA o la Malària, i pot produir innovacions evolutives com les que varen permetre l’origen dels tetràpodes o inclús dels humans? Si t’atreu la recerca en el camp de l’Enginyeria Genètica, la Transgènesis, la Genètica Molecular, la Bi-ologia del Desenvolupament, l’Evo-Devo i la Genòmica, i t’agradaria treballar amb nous models animals, et proposem investigar com les pèrdues gèniques han afectat als mecanismes del desenvolupament embrionari del cor, o com perdre gens pot ser important per adaptar-se al canvi climàtic. T’interessa?

8


EVO-DEVO i Nous Models Animals

Long non-coding RNAs i innovació en els vertebrats

10

ResponsableJordi Garcia-Fernàndez ([email protected])


El projecte es basarà en l’anàlisi transcriptòmic d’animals situats en punts clau del llinatge dels vertebrats, per a identificar lnRNAs reguladors. L’anàlisi genòmica comparada es completará amb l’estudi de l’expresió de lnRNAS seleccionats tant in silico com en durant l’embriogenesi i en organismes adults


Responsable Responsables

Dirigit a: Dirigit a:Julio Rozas ([email protected])

Montserrat Aguadé ([email protected]) i Carme Segarra ([email protected])


GENÈTICA I GENÒMICA EVOLUTIVAOrigen i evolució de les famílies

multigèniques del sistema quimioreceptor

La quimiorecepció és un procés biològic fonamental per a la supervivència on intervenen diverses famílies multigèniques amb un gran nombre de pèrdues i guanys de gens. En els artròpodes les principals famílies que participen en els sentits del gust i l’olfacte són las OBPs, CSPs i la superfamília dels quimioreceptors (ORs i GRs, principalment). En aquest projecte s’estudiaran diversos aspectes sobre l’origen evolutiu del sistema quimioreceptor, i del significat biològic de la destacada reno-vació dels gens. Per la recerca fem servir eines experimentals (RNA-Seq; genòmi-ques), bioinformàtiques i analítiques (principalment de la genòmica comparada).

11

Sensory neuron

Support cell

Dendrites

Pores

Sensillum lymph

Cuticle

OBP inactive

ENZIMATICDEGRADATION

SIGNAL TRANSDUCTION

OR

Chemical stimulus

External environment

Sensillum lymph

Heteromeric receptor

Sensory neuron

A B

OR83b

Cuticle

Dendriticmembrane

OBP active

Genòmica poblacional, evolució cro-mosòmica i adaptació

Les adaptacions són el resultat de la selecció natural que en actuar deixa una em-premta en les seqüències de DNA. Estem interessats en desvetllar aquesta emprem-ta tant a xarxes gèniques com a regions afectades per inversions cromosòmiques i així contribuir a identificar la base genètica de caràcters adaptatius. Estem també interessats en identificar com s’originen les inversions cromosòmiques i analitzar el seu impacte sobre la variació nucleotídica al genoma. Per respondre a les pregun-tes plantejades el grup utilitza aproximacions experimentals (moleculars i genòmi-ques), analítiques (de genètica evolutiva) i bioinformàtiques.

12


Responsable

Dirigit a:Marta Pascual ([email protected])


GENÈTICA I GENÒMICA EVOLUTIVA

Estructura genètica poblacional, adaptació i conservació

L’estudi de l’estructura genètica de les poblacions és fonamental per tal de poder aplicar mesures adequades de conservació. En el nostre grup estudiem la connec-tivitat entre poblacions de diferents espècies mitjançant l’ús de gens mitocondrials, loci microsatèl·lits i SNPs, i analitzem l’efecte de les discontinuïtats ambientals sobre el flux gènic. El projecte consistirà en analitzar, amb el gen COI, diferents poblaci-ons del cargol terrestre Xerocrassa montserratensis, espècie endèmica de Catalu-nya catalogada com a vulnerable, amb poblacions petites i aïllades principalment en codines de Montserrat i Sant Llorenç del Munt, per tal de poder utilitzar aquest coneixement per la seva conservació.

13

Anàlisi filogeogràfica i estudi d’un cas d’especiació simpàtrica a planaries

14

ResponsableMarta Riutort ([email protected])


El projecte consistirà en seqüenciar un gen mitocondrial i un nuclear de planàries procedents de Còrsega i Sardenya. En aquestes illes trobem dues espècies del gè-nere Dugesia (D. benazzii i D. hepta), que tan sols es distingeixen pel seu número cromosòmic.Totes dues espècies són molt properes genèticament i conviuen en varis rius. Per això volem fer una anàlisi molecular detallada per comprovar si l’especie D. hepta ha aparegut un sol cop a partir de D. benazzii, i si es tractaria realment d’un cas d’especiació simpàtrica degut a una reordenació cromosòmica. Per altre banda, les poblacions de D. benazzii procedents de Còrsega estan molt diferencia-des genèticament de les de Sardenya, el que podria indicar que en realitat es tracta d’una nova especie. Així doncs, realitzarem un estudi de delimitació d’espècies i en cas necessari la descripció de la nova especie. Les filogenies moleculars obtingudes ens permetran establir una comparació de l’història evolutiva d’aquestes especies amb l’historia geològica de les illes, que ens ha de permetre avaluar si aquesta pot haver estat, al menys en part, la responsable de les especiacions observades.


Responsable

Dirigit a:Susana Balcells ([email protected])


15


En busca del gen (o gens) implicat(s) en la síndrome d’Opitz C

La Síndrome Opitz C (o trigonocefàlia d’Opitz) és un trastorn genètic rar caracter-itzat per malformacions greus, retard mental i retard psicomotor, amb una alta taxa de mortalitat. La síndrome és molt poc freqüent (s’han descrit menys de 60 casos a tot el món) i el gen responsable encara es desconeix. Identificar el gen mitjançant l’anàlisi del exoma és el primer pas per entendre les bases de la malaltia i buscar teràpies. El projecte consistirà en participar en l’anàlisi dels exomes de 6 pacients. Aquelles variants trobades en la seqüenciació massiva de l’exoma s’hauran de verificar mitjançant seqüenciació pel mètode de Sanger.

OC9m OC9a OC9p OC9b OC9p OC9a OC9b OC9m

OC9a

OC9b

p.C489F/wt

p.C489F/ p.R2241X p.C489F/ p.R2241X

wt/ p.R2241X

Models cel·lulars i aproximacions terapèutiques per a malalties lisosòmiques

16

ResponsableDaniel Grinberg ([email protected])

Dirigit a:Futurs estudiants de TFM

Les malalties lisosòmiques són causades per l’acúmul de diferents substrats en els lisosomes. Aquestes malalties hereditàries són degudes a mutacions en gens que codifiquen per proteïnes lisosòmiques, i la major part d’aquests transtorns impli-quen organomegalia, anormalitats esquelètiques i disfunció del sistema nerviós central. El nostre grup actualment està centrat en la generació de models cel·lulars o animals per algunes d’aquestes malalties (Sanfilippo C, Gaucher, Niemann-Pick C) i en el desenvolupament d’estratègies terapèutiques sobre aquests models i/o cèl·lules de pacients.


Responsable

Dirigit a:Gemma Marfany ([email protected])


17

Les distròfies retinals (IRDs) són la causa principal de ceguesa hereditària en els adults. Mutacions en més de 300 gens causen IRD, però la funció precisa d’aquests gens en la retina és encara poc coneguda. El nostre grup de recerca aborda l’anàli-si funcional dels gens IRD mitjançant cultius cel·lulars i organotípics de retina de ra-tolí, i generant animals model a partir de knokdown de gens, emprant morfolinos, en embrions de peix zebra, i edició genòmica per CRISPR/Cas en ratolins.


De la mutació en el gen a la malaltia: per què certes mutacions gèniques causen

ceguesa?

departament de genÈtica - ub · el departament de genètica de la ub es va crear el 1963, quan el...

Documents