Автоматизированный инструмент для построения филогенетических деревьев видов
Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали инструмент ROADIES, который упрощает исследователям построение филогенетических деревьев видов (species trees) непосредственно из сырых геномных данных, снижая зависимость от экспертных знаний и вычислительных ресурсов.
Эти деревья критически важны для понимания эволюции видов, поиска функциональных областей генома (например, мишеней для лекарств), связи физических признаков с геномными изменениями, прогнозирования зоонозных вспышек и разработки стратегий сохранения биоразнообразия.
В статье, опубликованной 2 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи под руководством профессора Ятиша Турахии показали, что ROADIES строит деревья, сопоставимые по качеству с результатами современных исследований, но за доли времени и усилий. Работа была протестирована на четырёх группах: плацентарные млекопитающие, плодовые мушки, птицы и дрожжи, но инструмент применим к любым видам.
Ключевые инновации ROADIES
ROADIES (Reference-free, Orthology-free, Annotation-free, Discordance-aware Estimation of Species Trees) отличается полностью автоматизированным конвейером, дающим точные результаты.
Вместо использования предопределённых регионов генома (например, белков-кодирующих генов) ROADIES основан на случайной выборке локусов из входных геномов. Это устраняет необходимость предварительной аннотации генома.
2. Использование генов с множественными копиями
ROADIES может использовать гены, присутствующие в геноме в нескольких копиях, что характерно для многих видов. Инструмент интегрирует методы, разработанные в лаборатории профессора Сиаваша Мирараба, что позволяет обойтись без трудоёмкого определения ортологии (соответствия отдельных копий генов у разных видов).
Преимущества
- Автоматизация: Устраняет два сложных шага — аннотацию генома и определение ортологии.
- Скорость и масштабируемость: Требует значительно меньше вычислительных ресурсов, чем существующие инструменты, и масштабируется на наборы данных с сотнями геномов.
- Доступность: Делает построение видовых деревьев доступным для более широкого круга учёных.
Исследователи продолжают улучшать ROADIES, работая над возможностью добавления новых таксонов к существующим деревьям и использованием GPU для обработки десятков тысяч геномов и более. Цель — подготовить инструмент к масштабным инициативам по секвенированию тысяч, а в перспективе — всех существующих эукариотических видов на Земле.