Новый метод помогает картировать генетическое наследие видов

Исследователи из Университета Иллинойса и Техасского университета в Остине разработали усовершенствованный статистический метод для построения более точных филогенетических деревьев видов, которые описывают эволюционную историю и родственные связи между видами.

Метод, названный статистическим бинингом (statistical binning), был использован в рамках проекта Avian Phylogenetics Project, результаты которого представлены в специальном выпуске журнала Science.

Проблема построения деревьев видов

Существуют два основных подхода к построению дерева видов на основе геномных данных:

1. Конкатенация (concatenation): объединение всех генетических данных в одну большую матрицу и её анализ. Проблема в том, что отдельные гены часто имеют разные эволюционные истории, которые могут сильно расходиться друг с другом и с общим деревом вида.
2. Коалесцентный метод (coalescent-based method): построение отдельных деревьев для каждого гена с последующим их объединением. Хотя метод статистически обоснован, на практике он работает хуже ожидаемого из-за ошибок в оценке деревьев отдельных генов.

Как работает статистический бининг

Метод использует статистическую оптимизацию для сортировки генов в наборы или «бины». В один бин попадают гены, деревья которых не имеют статистически значимых различий.

• Данные генов внутри каждого бина объединяются в «супергенное» дерево.
• Затем эти супергенные деревья комбинируются в итоговое дерево вида.

«Статистический бининг сочетает в себе лучшие свойства двух доминирующих подходов... Он позволяет использовать все имеющиеся данные, ничего не отбрасывая», — пояснил первый автор статьи Сиаваш Мирараб.

Результаты и применение

Сравнение показало, что использование коалесцентного метода со статистическим бинингом даёт более точные деревья видов, чем каждый из традиционных методов по отдельности, для различных биологических классов (птицы, млекопитающие, дрожжи).

В рамках проекта по птицам метод позволил проанализировать более 14 000 генов — один из крупнейших подобных проектов — и построить подробное дерево, уточнив родственные связи. Например, выяснилось, что фламинго более близок к голубю.

Исследователи планируют продолжать совершенствовать метод, чтобы повысить точность подобных эволюционных исследований и сблизить позиции научных сообществ, использующих разные подходы.