El genoma es la secuencia total de ADN que posee un organismo en particular. El genoma en eucariontes comprende el ADN contenido en el núcleo celular, organizado en cromosomas, y el genoma de orgánulos celulares, como las mitocondrias y los plastos. En los seres procariotas comprende el ADN de su nucleoide.
En cuanto al genoma eucariota, se analiza en caso de que la célula vaya a someterse a un proceso de cariocinesis; si se trata de la interfase del ciclo celular, el grado de compactación de la cromatina es menor, lo que permite la replicación del material genético. Los organismos diploides tienen dos copias del genoma en sus células, debido a la presencia de pares de cromosomas homólogos. Los organismos o células haploides solo contienen una copia. También existen organismos poliploides, con grupos de cromosomas homólogos.
La secuenciación del genoma de una especie no analiza la diversidad genética o el polimorfismo de los genes. Para estudiar las variaciones de un gen se requiere la comparación entre individuos mediante el genotipado.
El término "genoma" fue creado en 1920 por Hans Winkler, profesor de botánica en la Universidad de Hamburgo, Alemania. Oxford Dictionary sugiere que el nombre es un acrónimo de las palabras 'gen' y 'cromosoma'. Ya existían algunas palabras relacionadas con el -oma, como bioma y rizoma, que formaban un vocabulario en el que genoma encajaba sistemáticamente.
Una secuencia genómica es la lista completa de los nucleótidos (A, C, G y T para los genomas de ADN) que componen todos los cromosomas de un individuo o una especie. Dentro de una especie, la gran mayoría de los nucleótidos son idénticos entre individuos, pero es necesario secuenciar varios individuos para comprender la diversidad genética.
En 1976, Walter Fiers, de la Universidad de Gante (Bélgica), fue el primero en establecer la secuencia de nucleótidos completa de un genoma de ARN viral (bacteriófago MS2). Al año siguiente, Fred Sanger completó la primera secuencia de ADN-genoma: el fago Φ-X174, de 5386 pares de bases. Las primeras secuencias genómicas completas entre los tres dominios de la vida se publicaron en un período corto a mediados de la década de 1990: el primer genoma bacteriano que se secuenció fue el de Haemophilus influenzae, completado por un equipo del Instituto de Investigación Genómica en 1995. Unos meses más tarde se completó el primer genoma eucariota, con las secuencias de los 16 cromosomas de la levadura en ciernes Saccharomyces cerevisiae publicadas como resultado de un esfuerzo liderado por Europa que comenzó a mediados de la década de 1980. La primera secuencia del genoma de una arquea, Methanococcus jannaschii, se completó en 1996, nuevamente por el Instituto de Investigación Genómica.
El desarrollo de nuevas tecnologías ha hecho que la secuenciación del genoma sea mucho más barata y sencilla, y el número de secuencias genómicas completas crece rápidamente. Los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos mantienen una de varias bases de datos integrales de información genómica. Entre los miles de proyectos completos de secuenciación del genoma se incluyen los del arroz, un ratón, la planta Arabidopsis thaliana, el pez globo y la bacteria Escherichia coli. En diciembre de 2013 los científicos secuenciaron por primera vez el genoma completo de un neandertal, una especie extinta de humano. El genoma fue extraído del hueso del dedo del pie de un neandertal de 130.000 años encontrado en una cueva siberiana.
Las nuevas tecnologías de secuenciación, como la secuenciación masiva en paralelo, también han abierto la perspectiva de la secuenciación del genoma personal como herramienta de diagnóstico, tal como lo ha iniciado Manteia Predictive Medicine. Un paso importante hacia ese objetivo fue la finalización en 2007 del genoma completo de James Watson, uno de los codescubridores de la estructura del ADN.
Mientras que una secuencia del genoma enumera el orden de cada base de ADN en un genoma, un mapa del genoma identifica los puntos de referencia. Un mapa del genoma es menos detallado que una secuencia del genoma y ayuda a navegar por el genoma. El Proyecto Genoma Humano fue organizado para mapear y secuenciar el genoma humano. Un paso fundamental en el proyecto fue la publicación de un mapa genómico detallado por parte de Jean Weissenbach y su equipo en el Genoscope de París.
Las secuencias y mapas del genoma de referencia continúan actualizándose, eliminando errores y aclarando regiones de alta complejidad alélica. El costo decreciente del mapeo genómico ha permitido que los sitios genealógicos lo ofrezcan como un servicio, en la medida en que uno puede enviar su genoma a esfuerzos científicos de colaboración colectiva como ADN LAND en el New York Genome Center, un ejemplo tanto de las economías de escala como de la ciencia ciudadana.
En filogenia y taxonomía el genoma también juega un papel importante en las clasificaciones biológicas, sobre todo para medir la distancia genética entre los diferentes taxones de seres vivos y construir los árboles filogenéticos de los diversos grupos.
Los genomas virales pueden estar compuestos de ARN o ADN. Los genomas de los virus pueden ser monocatenario o bicatenario, y pueden contener una o más moléculas de ARN o ADN separadas (segmentos: genoma monopartito o multipartito). La mayoría de los genomas de virus ADN se componen de una sola molécula lineal de ADN, pero algunos se componen de una molécula de ADN circular.
La envoltura viral es una capa externa de membrana que los genomas virales utilizan para ingresar a la célula huésped. Algunas de las clases de ADN y ARN viral consisten en una envoltura viral, mientras que otras no.
Tanto los procariotas como los eucariotas tienen genomas de ADN bicatenario. Las arqueas y la mayoría de las bacterias tienen un solo cromosoma circular, sin embargo, algunas especies bacterianas tienen cromosomas lineales o múltiples. Si el ADN se replica más rápido de lo que se dividen las células bacterianas, pueden estar presentes múltiples copias del cromosoma en una sola célula, y si las células se dividen más rápido de lo que se puede replicar el ADN, la replicación múltiple del cromosoma es iniciado antes de que ocurra la división, lo que permite que las células hijas hereden genomas completos y cromosomas ya parcialmente replicados. La mayoría de los procariotas tienen muy poco ADN repetitivo en sus genomas. Sin embargo, algunas bacterias simbióticas (por ejemplo, Serratia symbiotica) tienen genomas reducidos y una alta fracción de "pseudogenes": solo ~40% de su ADN codifica proteínas. Los procariotas también tienen material genético auxiliar, que se transporta en plásmidos.
Los genomas eucariotas están compuestos por uno o más cromosomas de ADN bicatenario lineal. El número de cromosomas varía ampliamente desde las hormigas y un nematodo asexual que cada uno tiene un solo par, hasta una especie de helecho que tiene 720 pares. Es sorprendente la cantidad de ADN que contienen los genomas eucariotas en comparación con otros genomas. La cantidad es incluso mayor de lo que es necesario para los genes codificantes y no codificantes de proteínas de ARN debido al hecho de que los genomas eucariotas muestran una variación de hasta 64.000 veces en sus tamaños. Sin embargo, esta característica especial es causada por la presencia de ADN repetitivo y transposones.
Una célula humana típica tiene dos copias de cada uno de los 22 autosomas, uno heredado de cada padre, más dos cromosomas sexuales, lo que la convierte en diploide. Los gametos, como los óvulos, los espermatozoides, las esporas y el polen, son haploides, lo que significa que solo tienen una copia de cada cromosoma.
Además de los cromosomas en el núcleo celular, los orgánulos como los cloroplastos y las mitocondrias tienen su propio ADN. Se dice que las mitocondrias tienen su propio genoma, denominado genoma mitocondrial. El ADN que se encuentra dentro del cloroplasto puede denominarse "plastoma". Al igual que las bacterias de las que se cree se originaron, las mitocondrias y los cloroplastos tienen un cromosoma circular.