Создан алгоритм для изучения эволюционной истории видов с полногеномными дупликациями — Naked Science
5 минут
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, 12:00
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

Вчера, 18:35
4 минуты
Ольга Иванова

NASA смоделировало ситуацию, при которой нашей планете угрожает крупное небесное тело, и выяснило, как много времени понадобится землянам, чтобы предотвратить катастрофу. Спойлер: мы все умрем.

2 часа назад
6 минут
Василий Парфенов

Вопрос разработки способов запасания электричества в XXI веке встал невероятно остро — ученые со всего мира ломают голову над тем, как сделать батареи более емкими. Армейская исследовательская лаборатория США добилась успехов в создании тончайших антисегнетоэлектрических пленок из гафната свинца. Это сложное в получении соединение обладает большим потенциалом к применению в аккумуляторах и электрических вентилях.

11 мая
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

12 мая
7 минут
Мария Азарова

Исследователи впервые показали присутствие коронавируса в ткани полового члена спустя как минимум полгода с момента заражения. Судя по всему, распространенная у пациентов с Covid-19 дисфункция эндотелиальных клеток может приводить и к развитию импотенции.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: