Создан алгоритм для изучения эволюционной истории видов с полногеномными дупликациями — Naked Science
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.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

6 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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: