Филогеномика
Филогеномика — это пересечение областей эволюции и геномики . [1] Этот термин использовался по-разному для обозначения анализа, включающего данные генома и эволюционные реконструкции. [2] Это группа методов в более крупных областях филогенетики и геномики. Филогеномика получает информацию путем сравнения целых геномов или, по крайней мере, больших частей геномов. [3] Филогенетика сравнивает и анализирует последовательности отдельных генов или небольшого количества генов, а также многие другие типы данных. Филогеномике подпадают четыре основные области:
- Прогнозирование функции гена
- Установление и выяснение эволюционных связей
- Эволюция семейства генов
- Прогнозирование и отслеживание латерального переноса генов .
Конечная цель филогеномики — восстановить эволюционную историю видов через их геномы. Эта история обычно выводится из серии геномов с использованием модели эволюции генома и стандартных методов статистического вывода (например, байесовского вывода или оценки максимального правдоподобия ). [4]
Прогнозирование функции гена
[ редактировать ]Когда Джонатан Эйзен впервые придумал филогеномику , она применялась к предсказанию функции генов. До использования филогеномных методов прогнозирование функции генов осуществлялось в первую очередь путем сравнения последовательности гена с последовательностями генов с известными функциями. Когда задействовано несколько генов со схожими последовательностями, но разными функциями, сам по себе этот метод неэффективен для определения функции. Конкретный пример представлен в статье «Гастрономические наслаждения: передвижной пир». [5] Предсказания генов, основанные только на сходстве последовательностей, использовались для предсказания того, что Helicobacter pylori может восстанавливать несовпадающую ДНК . [6] Это предсказание было основано на том факте, что у этого организма есть ген, последовательность которого очень похожа на гены других видов из семейства генов «MutS», многие из которых, как известно, участвуют в репарации ошибочных спариваний. Однако Эйзен отметил, что у H. pylori отсутствуют другие гены, которые, как считается, необходимы для этой функции (в частности, члены семейства MutL). Эйзен предложил решение этого очевидного несоответствия: филогенетические деревья генов семейства MutS показали, что ген, обнаруженный в H. pylori, не принадлежал к тому же подсемейству, что и те, которые, как известно, участвуют в репарации ошибочных спариваний. [5] Более того, он предположил, что этот «филогеномный» подход можно использовать в качестве общего метода прогнозирования функций генов. Этот подход был официально описан в 1998 году. [7] Обзоры этого аспекта филогеномики см. в книге Brown D, Sjölander K. Functional классификация с использованием филогеномного вывода. [8] [9]
Прогнозирование и отслеживание латерального переноса генов
[ редактировать ]Традиционным филогенетическим методам сложно установить различия между генами, сходными из-за латерального переноса генов, и генами, сходными из-за общего предка. Сравнивая большое количество генов или целые геномы многих видов, можно идентифицировать перенесенные гены, поскольку эти последовательности ведут себя иначе, чем ожидается, учитывая таксономию организма. Используя эти методы, исследователи смогли идентифицировать более 2000 метаболических ферментов, полученных различными эукариотическими паразитами в результате латерального переноса генов. [10]
Эволюция семейства генов
[ редактировать ]Сравнение полных наборов генов группы организмов позволяет идентифицировать события в эволюции генов, такие как дупликация или делеция генов . Часто такие события имеют эволюционное значение. Например, множественные дупликации генов, кодирующих деградационные ферменты определенных семейств, являются обычной адаптацией микробов к новым источникам питательных веществ. Напротив, потеря генов важна для редуктивной эволюции , например, у внутриклеточных паразитов или симбионтов. События дупликации всего генома , которые потенциально дублируют все гены в геноме одновременно, представляют собой радикальные эволюционные события, имеющие большое значение для эволюции многих клад, и сигнал которых можно отследить с помощью филогеномических методов.
Установление эволюционных связей
[ редактировать ]Традиционные исследования одного гена эффективны для создания филогенетических деревьев среди близкородственных организмов, но имеют недостатки при сравнении более отдаленно родственных организмов или микроорганизмов. Это происходит из-за латерального переноса генов , конвергенции и различной скорости эволюции разных генов. Используя в этих сравнениях целые геномы, аномалии, вызванные этими факторами, подавляются паттерном эволюции, указанным в большинстве данных. [11] [12] [13] С помощью филогеномики было обнаружено, что большинство фотосинтезирующих эукариот связаны между собой и, возможно, имеют одного предка. Исследователи сравнили 135 генов 65 различных видов фотосинтезирующих организмов. К ним относятся растения , альвеоляты , ризарии , гаптофиты и криптомонады . [14] Эту группу назвали мегагруппой Plants+HC+SAR . Используя этот метод, теоретически возможно создать полностью разрешенные филогенетические деревья, а временные ограничения можно восстановить более точно. [15] [16] Однако на практике это не всегда так. Из-за недостаточности данных несколько деревьев иногда могут быть подтверждены одними и теми же данными при анализе с использованием разных методов. [17]
Базы данных
[ редактировать ]См. также
[ редактировать ]- Археоптерикс (программное обеспечение для филогеномики)
- Микробная филогенетика
- Филогенетика
- Выравнивание последовательности
- Супердерево
Ссылки
[ редактировать ]- ^ БиоМед Центральный | FСгенерированный заголовок -->
- ^ Кумар С., Филипски А.Дж., Баттистуцци Ф.У., Косаковский пруд С.Л., Тамура К. (февраль 2012 г.). «Статистика и истина в филогеномике» . Молекулярная биология и эволюция . 29 (2): 457–472. дои : 10.1093/molbev/msr202 . ПМК 3258035 . ПМИД 21873298 .
- ^ Пенниси Э (июнь 2008 г.). «Эволюция. Построение древа жизни, геном за геномом». Наука . 320 (5884): 1716–1717. дои : 10.1126/science.320.5884.1716 . ПМИД 18583591 . S2CID 206580993 .
- ^ Симион П., Дельсук Ф., Филипп Х. (2020). «2.1 В какой степени можно преодолеть текущие ограничения филогеномики?». Филогенетика в эпоху генома . стр. 2.1.1–2.1.34.
- ^ Jump up to: а б Эйзен Дж. А., Кайзер Д., Майерс Р. М. (октябрь 1997 г.). «Гастрогеномные изыски: подвижный пир» . Природная медицина . 3 (10): 1076–1078. дои : 10.1038/нм1097-1076 . ПМК 3155951 . ПМИД 9334711 .
- ^ Могила Дж.Ф., Уайт О., Керлаваж А.Р., Клейтон Р.А., Саттон Г.Г., Флейшманн Р.Д. и др. (август 1997 г.). «Полная последовательность генома желудочного возбудителя Helicobacter pylori» . Природа . 388 (6642): 539–547. дои : 10.1038/41483 . ПМИД 9252185 .
- ^ Эйзен Дж. А. (март 1998 г.). «Филогеномика: улучшение функциональных прогнозов для неохарактеризованных генов посредством эволюционного анализа» . Геномные исследования . 8 (3): 163–167. дои : 10.1101/гр.8.3.163 . ПМИД 9521918 .
- ^ Браун Д., Шёландер К. (июнь 2006 г.). «Функциональная классификация с использованием филогеномного вывода» . PLOS Вычислительная биология . 2 (6): е77. Бибкод : 2006PLSCB...2...77B . дои : 10.1371/journal.pcbi.0020077 . ПМЦ 1484587 . ПМИД 16846248 .
- ^ Шёландер К. (январь 2004 г.). «Филогеномный вывод о молекулярной функции белка: достижения и проблемы» . Биоинформатика . 20 (2): 170–179. doi : 10.1093/биоинформатика/bth021 . ПМИД 14734307 .
- ^ Уитакер Дж.В., МакКонки Г.А., Вестхед Д.Р. (2009). «Исследован трансфером метаболических генов: анализ горизонтального переноса генов, кодирующих ферменты, у одноклеточных эукариот» . Геномная биология . 10 (4): Р36. дои : 10.1186/gb-2009-10-4-r36 . ПМЦ 2688927 . ПМИД 19368726 .
- ^ Дельсук Ф., Бринкманн Х., Филипп Х. (май 2005 г.). «Филогеномика и реконструкция древа жизни». Обзоры природы. Генетика . 6 (5): 361–375. CiteSeerX 10.1.1.333.1615 . дои : 10.1038/nrg1603 . ПМИД 15861208 . S2CID 16379422 .
- ^ Филипп Х, Снелл Э.А., Баптест Э, Лопес П., Холланд П.В., Казан Д. «Филогеномика эукариот: влияние недостающих данных на большие выравнивания Mol Biol Evol 2004, сентябрь; 21 (9): 1740-52. .
- ^ Джеффрой О, Бринкманн Х, Дельсук Ф, Филипп Х (апрель 2006 г.). «Филогеномика: начало несоответствия?» (PDF) . Тенденции в генетике . 22 (4): 225–231. дои : 10.1016/j.tig.2006.02.003 . ПМИД 16490279 .
- ^ Бурки Ф., Шалчиан-Тебризи К., Павловски Дж. (август 2008 г.). «Филогеномика открывает новую «мегагруппу», включающую большинство фотосинтезирующих эукариот» . Письма по биологии . 4 (4): 366–369. дои : 10.1098/rsbl.2008.0224 . ПМК 2610160 . ПМИД 18522922 .
- ^ Дос Рейс М., Иноуэ Дж., Хасегава М., Ашер Р.Дж., Донохью ПК, Ян З. (сентябрь 2012 г.). «Наборы филогеномических данных обеспечивают точность и аккуратность при оценке временных рамок филогении плацентарных млекопитающих» . Слушания. Биологические науки . 279 (1742): 3491–3500. дои : 10.1098/rspb.2012.0683 . ПМК 3396900 . ПМИД 22628470 .
- ^ Кобер К.М., Бернарди Дж. (апрель 2013 г.). «Филогеномика стронгилоцентротидных морских ежей» . Эволюционная биология BMC . 13:88 . дои : 10.1186/1471-2148-13-88 . ПМЦ 3637829 . ПМИД 23617542 .
- ^ Филипп, Эрве; Дельсук, Фредерик; Бринкманн, Хеннер; Лартильо, Николя (2005). «Филогеномика». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 36 : 541–562. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.35.112202.130205 .
| Соответствующие поля | ||
|---|---|---|
| Основные понятия | ||
| Методы вывода | ||
| Текущие темы | ||
| Групповые черты | ||
| Типы групп | ||
| Номенклатура | ||
