Усовершенствование метода определения вероятных путей эволюции генов

Учёные из Университета Райса усовершенствовали свой метод определения наиболее вероятных путей эволюции генов как внутри видов, так и между ними.

Новая работа компьютерного биолога Луая Нахле, аспиранта Динцяо Вэня и постдока Юня Ю добавила компонент байесовского вывода в долгосрочный проект лаборатории Нахле по разработке программного пакета PhyloNet. Это открытое ПО определяет аспекты эволюции, которые не отображаются на стандартном эволюционном (филогенетическом) дереве, но видны в рамках сети. Исследование опубликовано в PLOS Genetics.

Обновлённая версия PhyloNet включает новую функцию и будет представлена в докладе и на учебной сессии группы Нахле на конференции Evolution 2016 (17–21 июня, Остин, Техас).

Байесовский вывод — это статистический метод оценки вероятностей на основе набора данных. Огромные объёмы геномных данных, полученные благодаря секвенированию, позволяют глубже изучить эволюционную историю жизни на Земле. Группа Нахле адаптирует PhyloNet, чтобы помочь биологам этим воспользоваться.

Методы лаборатории эволюционировали: от нестатистических (до 2004 года) к основанным на правдоподобии (последние ~5 лет), а теперь — к байесовской вероятности.

Этот подход позволяет исследователям формально задавать априорные знания о моделях, которые выводятся для связей через гибридизацию или горизонтальный перенос генов (так называемая ретикулярная эволюция). Эти процессы обходят передачу генов от родителя к потомку как способ распространения полезных признаков.

«Мы не даём биологам один единственный ответ. Мы не говорим: "Вот ваша оптимальная эволюционная история". Мы говорим: "Вот выборка эволюционных историй, которые метод нашёл, исследуя пространство возможных эволюционных историй"», — пояснил Нахле.

Для проверки метода команда:

1. Протестировала его на синтетических данных для подтверждения точности.
2. Применила к известным геномным наборам пшеницы, комаров и домовых мышей.

Выбор данных был прагматичным — это были доступные недавние наборы из литературы. В случае с пшеницей и комарами анализировались данные нескольких видов, а в случае с мышами — разных особей одного вида. Для каждого набора PhyloNet предоставил набор правдоподобных связей в филогенетической истории видов.

Пшеница была естественным выбором, так как растения часто гибридизируются естественным путём и в результате селекции (например, плуот — гибрид сливы и абрикоса).

PhyloNet, который Нахле называет «свидетельством качества студентов Райса», получает широкое признание в сообществе эволюционных биологов. Это основное ПО для анализа таких эволюционных взаимосвязей, и с первого дня оно было публично доступно как открытый исходный код.