WikiDer > Геномная филостратиграфия

Genomic phylostratigraphy

Геномная филостратиграфия это роман генетический статистический метод, разработанный для того, чтобы датировать происхождение конкретных генов, глядя на их гомологи через виды. Впервые он был разработан Институт Руджера Бошковича в Загреб, Хорватия.[1] Система связывает гены с их ген-основатель, что позволяет нам определить их возраст. Это, в свою очередь, может помочь нам лучше понять многие эволюционные процессы.

Метод

Пример филогенетическое дерево с разными филослоями. Рассматривая большие серые полосы как филогенез таксонов, а тонкие цветные линии как различные генные линии внутри них, мы можем сделать вывод о присутствии двух генов-основателей 1 и 2, присутствующих в их соответствующих филостратах 1 и 2. Филостратия тогда будет обычно дают название наименьшей определяемой клады, включая все присутствующие таксоны.[1]

Этот метод основан на предположении, что разнообразие геном не только из-за дупликации генов но также и к постоянному частому рождению гена de novo. Эти гены (так называемые «гены-основатели») образовались бы из негенный Последовательности ДНК, а также из-за изменений в рамке считывания (или других путей, возникающих в рамках существующих генов), или даже из-за очень быстрой эволюции белок это изменило бы последовательность до неузнаваемости.[2] Эти новые гены сначала будут иметь высокие темпы эволюции, которые затем со временем замедлятся, что позволит нам распознать их происхождение от их потомков.[1] Затем гены-основатели могут быть помещены в конкретный филострат. В филострат представлен как клад, включающий все гены, происходящие от одного и того же гена-основателя, что означает, что этот ген был сформирован у общего предка этой клады (например, Arthropoda, Mammalia, Metazoa и т. д.). Размещение этих генов-основателей и их потомков на разных филостратах может позволить нам их состарить. Затем это можно использовать для анализа происхождения определенных функций белков и процессов развития в макроэволюционном масштабе, наблюдая также связи между определенными генами.

Оригинальный метод геномной филостратиграфии предполагает использование ВЗРЫВ поиск сходства последовательностей с 10−3 Значение E отключено. Гены, которые считаются достаточно похожими по последовательности, собираются, и клады захватывая все таксоны представлен этими генами. Затем эта клада становится филостратом этих генов. Определив общий предок этого клады, следовательно, мы можем дать возраст гену-основателю и всем его потомкам. Применение этого процесса в масштабе всего генома может затем позволить нам выявить закономерности рождения генов-основателей и сделать вывод о роли определенных генов, участвующих в специфических для клады процессах развития и физиологических путях, а также о происхождении этих черт. Разработчики метода привели в оригинальной статье[1] пример того, как использовать эту систему на практике, используя Дрозофила. Они собрали 13000 генов, для которых определили гены-основатели, перегруппировав их в соответствующие филостраты. Они также разделили семейства генов в зависимости от того, экспрессируются ли они в основном в одном из трех ростковые отростки (энтодерма, мезодерма, эктодерма). Изучая частоты экспрессии генов в этих различных филостратах, они смогли гипотетически определить возможное первоначальное формирование этих зародышевых листков в определенные периоды и предковые организмы в эволюционной истории. С момента своего изобретения эта исследовательская группа регулярно использовала геномную филостратиграфию.[3] а также другие,[4] в частности в попытке определить происхождение гены рака, по-видимому, демонстрируя сильную связь между пиком образования раковых генов и переходом к многоклеточные организмы, связь, которая была ранее выдвинута гипотезой и, следовательно, дополнительно подтверждается филостратиграфией. По мере роста его использования метод многократно оценивался и улучшался, и были разработаны программы, которые запускают его автоматически и более эффективно.[2]

Критика

Несмотря на то, что в настоящее время она часто используется научным сообществом, геномная филостратиграфия также подверглась некоторой критике за то, что она слишком неточна для того, чтобы ее измерения были достоверными. Во-первых, по мнению некоторых авторов, в допущениях не хватает точности.[5][6] Ошибочно предполагать, например, что все виды за пределами рассматриваемого организма имеют одинаковую скорость эволюции белка, что неверно, поскольку она варьируется в зависимости от клеточный цикл скорости, что приводит к проблемам с установкой пределов ошибки BLAST, чтобы все белки происходили из одного и того же гена-основателя. Другой момент заключается в том, что поиск BLAST предполагает, что скорость эволюции белка постоянна на всех его участках, что также неверно. Наконец, можно сказать, что модель неправильно учитывает дупликации генов, а также потери генов: изменения в темпах эволюции, вызванные дупликациями генов из-за новых функциональных изменений, увеличат частоту ошибок BLAST и потерю генов в таксонах, удаленных от изученный вариант может привести к значительному занижению расчетных значений возраста генов и филослоя генов-основателей по сравнению с их истинными значениями. Однако вместо того, чтобы требовать просто отказаться от метода, критики пытались уточнить его по сравнению с исходным состоянием, вводя другие возможные математические формулы или инструменты поиска последовательности,[7] хотя Институт Руджера Бошковича ответил на такую ​​критику, заявив, что их первоначальный подход действителен и не нуждается в серьезном пересмотре.[8] Эта дискуссия также включена в более широкую дискуссию о важности рождения генов de novo в создании генетического разнообразия, в которой геномная филостратиграфия подтверждает, что они действительно имеют сильный эффект, так что это может быть широко принято или опровергнуто только один раз. последняя дилемма решена.

использованная литература

  1. ^ а б c d Домазет-Лошо, Томислав; Брайкович, Йосип; Тауц, Дитхард (ноябрь 2007 г.). «Филостратиграфический подход для раскрытия геномной истории основных адаптаций в линиях многократных животных». Тенденции в генетике. 23 (11): 533–539. Дои:10.1016 / j.tig.2007.08.014. PMID 18029048.
  2. ^ а б Арендзее, Завулон; Ли, Цзин; Сингх, Урминдер; Ситхарам, Арун; Дорман, Карин; Вуртеле, Ева Сыркина (03.07.2018). «Филостратр: основа для филостратиграфии». bioRxiv. Дои:10.1101/360164.
  3. ^ Домазет-Лошо, Томислав; Тауц, Дитард (декабрь 2010 г.). «Филостратиграфическое отслеживание генов рака предполагает связь с появлением многоклеточности у многоклеточных животных». BMC Биология. 8 (1): 66. Дои:10.1186/1741-7007-8-66. ISSN 1741-7007. ЧВК 2880965. PMID 20492640.
  4. ^ Чжан, Луоянь; Тан, Йи; Fan, Shoujin; Чжан, Сюэцзе; Чжан, Чжэнь (декабрь 2019 г.). «Филостратиграфический анализ сети коэкспрессии генов показывает эволюцию функциональных модулей рака яичников». Научные отчеты. 9 (1): 2623. Дои:10.1038 / s41598-019-40023-9. ISSN 2045-2322. ЧВК 6384884. PMID 30796309.
  5. ^ Мойерс, Брайан А .; Чжан, Цзяньчжи (01.01.2015). «Филостратиграфическое смещение создает ложные паттерны эволюции генома». Молекулярная биология и эволюция. 32 (1): 258–267. Дои:10.1093 / молбев / мсу286. ISSN 0737-4038. ЧВК 4271527. PMID 25312911.
  6. ^ Казола, Клаудио (22.10.2018). «От de novo к« de nono »: большинство генов, кодирующих новые белки, идентифицированных с помощью филостратиграфии, являются старыми генами или недавними дубликатами». Геномная биология и эволюция. 10 (11): 2906–2918. Дои:10.1093 / gbe / evy231. ISSN 1759-6653. ЧВК 6239577. PMID 30346517.
  7. ^ Мойерс, Брайан А; Чжан, Цзяньчжи (2018-08-01). Мартин, Билл (ред.). «На пути к уменьшению филостратиграфических ошибок и систематических ошибок». Геномная биология и эволюция. 10 (8): 2037–2048. Дои:10.1093 / gbe / evy161. ISSN 1759-6653. ЧВК 6105108. PMID 30060201.
  8. ^ Домазет-Лошо, Томислав; Карвунис, Анн-Руксандра; Мар Альба, М .; Себастьян Шестак, Мартин; Бакарич, Роберт; Неме, Рафик; Тауц, Дитхард (12 января 2017). «Нет доказательств филостратиграфического смещения, влияющего на выводы о закономерностях возникновения и эволюции генов». Молекулярная биология и эволюция. 34 (4): 843–856. Дои:10.1093 / molbev / msw284. ISSN 0737-4038. ЧВК 5400388. PMID 28087778.