27.02.2020
Университет ИТМО

Создан алгоритм для изучения эволюционной истории видов с полногеномными дупликациями

4.2

Международная группа ученых создала компьютерный алгоритм для изучения эволюционной истории живых организмов с дуплицированным геномом. Речь идет главным образом о дрожжах и растениях. Программа позволяет проанализировать генетическую информацию о видах и сделать вывод о том, как у них произошла полногеномная дупликация и почему она закрепилась в ходе эволюции.

Создан алгоритм для изучения эволюционной истории видов с полногеномными дупликациями / ©akspic.ru

Статья опубликована в журнале Oxford Bioinformatics, одном из лидирующих научных изданий по направлению Computer Science.

Как показывают исследования генетиков, некоторые растения и даже животные обладают полногеномными дупликациями, то есть некоторые их гены присутствуют в нескольких копиях, более или менее сходных друг с другом. Очевидно, что у организма-предка такой дупликации не было, однако в какой-то момент в ходе эволюции она произошла и закрепилась в популяции.

Чтобы понять процесс дупликации генома, необходимо построить так называемую эволюционную историю вида с этим эволюционным событием. Эта история позволяет проследить, что случалось с популяцией в прошлом, и обнаружить, где именно произошла дупликация и в каких условиях она закрепилась. Однако работа по воссозданию такой истории является сложной биоинформатической задачей.

Пытаясь построить эволюционную историю видов с полногеномными дупликациями, ученый сталкивается с целым рядом задач, похожих по своей цели, однако совершенно разных по своей математической структуре. Чтобы эффективно их решить, необходимо прибегнуть к оптимизации. Для этого международная группа ученых, куда вошли специалисты Университета ИТМО и Университета Джорджа Вашингтона в США, предложила использовать приемы целочисленного линейного программирования, основы которого заложил советский математик и экономист, нобелевский лауреат Леонид Витальевич Канторович.

Тандемная и полногеномная дупликации. Слева показана одна хромосома с дифференциальной окраской разных участков (один участок удваивается), справа — набор хромосом, который удваивается целиком / ©elementy.ru

«Есть класс близких по смыслу, но разных с точки зрения математики задач, — поясняет Никита Алексеев, соавтор исследования. — Для них мы разработали унифицированный подход, который сводится к целочисленному программированию. Это метод оптимизации, сводящий сложную проблему к набору линейных уравнений и неравенств, для решения которых существует ряд эффективных пакетов».

В результате ученые разработали программу, которая анализирует дуплицированные геномы и делает с высокой долей вероятности верное предположение о том, какой эволюционный путь прошел вид за свою историю, какое количество дупликаций генома произошло за это время, а также как менялись копии генов, возникшие в результате дупликации. Иногда в них самих появляются мутации, изменения определенных участков, так, что они уже не являются точными копиями друг друга. Также предложенный подход может быть применен и для дуплицированных участков генома у животных.

«Дупликации участков генома встречаются у многих видов и могут затрагивать не весь геном, а только какие-то отдельные его фрагменты, и наш инструмент можно адаптировать и к таким проблемам», — заключил Алексеев. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
Вчера, 12:32
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

Вчера, 13:37
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

Вчера, 13:46
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

20 октября
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: