Genomická fylostratigrafie - Genomic phylostratigraphy

Genomická fylostratigrafie je román genetický statistický metoda vyvinutá k datování původu konkrétních genů při pohledu na její homology přes druh. Poprvé byl vyvinut společností Institut Ruđera Boškoviće v Záhřeb, Chorvatsko.^[1] Systém spojuje geny s jejich zakladatel gen, což nám umožňuje určit jejich věk. To by nám zase mohlo pomoci lépe porozumět mnoha evolučním procesům.

Metoda

Příklad a fylogenetický strom s různými phylostraty. Vezmeme-li v úvahu velké šedé pruhy jako fylogenezi taxonů a tenké barevné čáry jako různé genové linie v nich, můžeme odvodit přítomnost dvou zakladatelských genů 1 a 2 přítomných v jejich příslušných phylostratách 1 a 2. Fylostrata pak bude obvykle se jmenuje nejmenší stanovitelný clade včetně všech přítomných taxonů.^[1]

Tato technika se opírá o předpoklad, že rozmanitost genom není jen kvůli genové duplikace ale také k častým častým rodům genů de novo. Tyto geny (nazývané „zakladatelské geny“) by vznikly z negenické DNA sekvence, jakož i ze změn ve čtecím rámci (nebo jiných způsobů vyplývajících z existujících genů), nebo dokonce z velmi rychlého vývoje protein to by pozměnilo sekvenci k nepoznání.^[2] Tyto nové geny by zpočátku měly vysoké evoluční rychlosti, které by se pak časem zpomalily, což by nám umožnilo rozpoznat jejich linii u jejich potomků.^[1] Zakládající geny pak mohou být vloženy do konkrétního phylostratum. The phylostratum je reprezentován jako clade, který zahrnuje všechny geny, které pocházejí ze stejného zakladatelského genu, což znamená, že tento gen byl vytvořen u společného předka této clade (např. Arthropoda, Mammalia, Metazoa atd.). Umístění těchto zakladatelských genů a jejich potomků na různé fylostraty nám může umožnit stárnout. To pak může být použito k analýze původu určitých funkcí proteinů a vývojových procesů v makroevolučním měřítku, a to také pozorováním spojení mezi určitými geny.

Původní metoda genomové fylostratigrafie zahrnuje použití a VÝBUCH hledání podobnosti sekvence s 10⁻³ E-hodnota oříznuta. Geny považované za dostatečně podobné v pořadí jsou shromážděny a clade zapletení všech taxony určeno těmito geny. Tato clade se pak stává phylostratem těchto genů. Stanovením společný předek této kladu můžeme tedy dát věk zakladatelskému genu a všem jeho potomkům. Aplikování procesu v celém genomovém měřítku nám pak umožní detekovat vzorce narození zakladatelských genů a odvodit roli určitých genů zapojených do vývojových procesů a fyziologických cest specifických pro clade a původ těchto znaků. Vývojáři metody uvedli v původním článku^[1] příklad, jak využít tento systém v praxi pomocí Drosophila. Shromáždili 13 000 genů, pro které určili zakladatelské geny, a přeskupili je do svých příslušných fylostrátů. Také oddělili rodiny genů podle toho, zda byly převážně exprimovány v jedné ze tří zárodečné vrstvy (endoderm, mezoderm, ektoderm ). Studiem frekvencí exprese genů v těchto různých fylostrátech dokázali hypoteticky přesně určit možnou původní tvorbu těchto zárodečných vrstev do konkrétních období a předků v evoluční historii. Tento výzkumný tým od svého objevu pravidelně používá genomovou fylostratigrafii^[3] stejně jako ostatní,^[4] zejména ve snaze určit původ geny rakoviny, zdánlivě vykazující silnou souvislost mezi vrcholem ve tvorbě genů pro rakovinu a přechodem na mnohobuněčné organismy, spojení, o kterém se dříve předpokládalo, a je proto dále podporováno fylostratigrafií. Jak se jeho použití rozrostlo, metoda byla mnohokrát posouzena a vylepšena a byly vyvinuty programy, které ji spouští automaticky a efektivněji.^[2]

Kritika

Ačkoli je nyní vědecká komunita často používána, genomická fylostratigrafie také získala určitou kritiku za to, že je příliš nepřesná na to, aby byla její měření důvěryhodná. Především podle některých autorů chybí přesnost předpokladů.^[5][6] Je mylné předpokládat například, že všechny druhy mimo zaostřovací organismus sdílejí stejnou rychlost evoluce bílkovin, což není pravda, protože se liší v závislosti na buněčný cyklus rychlosti, což vede k problémům při stanovení limitů chyby BLAST, aby se spojily všechny proteiny pocházející ze stejného genu zakladatele. Dalším bodem je, že vyhledávání BLAST předpokládá, že rychlosti evoluce proteinů jsou konstantní na všech jeho místech, což je také nepravdivé. Nakonec lze říci, že model nezohledňuje správně duplikace genů a ztráty genů: změny v evolučních rychlostech způsobené duplikacemi genů v důsledku nových funkčních změn by zvýšily míru chyb BLAST a ztráta genů v taxonomech vzdálených od ten, který byl studován, by mohl vést k velkému podcenění ve vypočítaném věku genů a fylostratu zakladatelských genů ve srovnání s jejich skutečnými hodnotami. Spíše než požadovat, aby se metoda jednoduše vzdala, se kritici snaží pracovat na jejím zdokonalení z původního stavu zavedením dalších potenciálních matematických vzorců nebo nástrojů pro vyhledávání sekvencí,^[7] přestože Institut Ruđera Boškoviće na takovou kritiku odpověděl tím, že tvrdil, že jejich původní přístup je platný a není třeba jej důkladně revidovat.^[8] Tato debata je také zahrnuta jako součást širší diskuse o důležitosti zrození genů de novo při vytváření genetické rozmanitosti, ve které genomová fylostratigrafie podporuje, že mají silný účinek, a to způsobem, který může být široce přijímán nebo vyvrácen pouze jednou druhé dilema bylo vyřešeno.

Reference