계통학

Phylogenomics

필로게노믹스는 진화와 유전체학 [1]분야의 교차점이다.이 용어는 게놈 데이터와 진화적 [2]재구성을 포함하는 분석을 지칭하기 위해 여러 가지 방법으로 사용되어 왔다.그것은 계통유전학과 유전체학이라는 더 큰 분야의 기술 집단이다.계통유전체학은 전체 게놈 또는 적어도 [3]게놈의 많은 부분을 비교함으로써 정보를 끌어낸다.계통유전학은 단일 유전자 또는 소수의 유전자와 많은 다른 종류의 데이터를 비교하고 분석한다.4개의 주요 영역이 계통학(phylgenomics)에 해당된다.

  • 유전자 기능 예측
  • 진화적 관계 확립 및 명확화
  • 유전자 패밀리 진화
  • 측방향 유전자 전달을 예측하고 추적합니다.

계통유전체학의 궁극적인 목표는 유전체를 통해 종의 진화사를 재구성하는 것이다.이러한 이력은 보통 게놈 진화 모델과 표준 통계 추론 방법(예: 베이지안 추론 또는 최대우도 추정)을 사용하여 일련의 게놈에서 추론된다.[4]

유전자 기능 예측

조나단 아이젠은 원래 계통유전학(phylogenomics)을 만들었을 때 유전자 기능 예측에 적용했다.계통 유전학 기술을 사용하기 전에, 유전자 기능을 예측하는 것은 주로 유전자 서열을 알려진 기능을 가진 유전자의 서열을 비교함으로써 이루어졌다.배열은 비슷하지만 기능이 다른 여러 유전자가 관여하는 경우, 이 방법만으로는 기능을 결정하는 데 효과적이지 않다.구체적인 예는 "Gastronomic Delights: A movable feast"[5]라는 논문에서 제시됩니다.헬리코박터균이 불일치 [6]DNA를 복구할 수 있다는 것을 예측하기 위해 배열 유사성에 기초한 유전자 예측이 사용되었다.이 예측은 이 유기체가 미스매치 수복에 관여하는 것으로 알려진 "Muts" 유전자 계열의 다른 종들의 유전자와 배열이 매우 유사한 유전자를 가지고 있다는 사실에 근거했다.하지만, 아이젠은 H. pylori가 이 기능에 필수적이라고 생각되는 다른 유전자(특히 MutL 계열의 구성원)가 부족하다고 지적했다.아이젠은 이러한 명백한 불일치에 대한 해결책을 제시했다. MutS 계열의 유전자 계통수는 H. pylori에서 발견된 유전자가 불일치 복구에 [5]관여하는 것으로 알려진 것과 같은 아군에 속하지 않는다는 것을 밝혔다.게다가, 그는 이 "유전학" 접근법이 유전자의 기능을 예측하는 일반적인 방법으로 사용될 수 있다고 제안했다.이 접근방식은 [7]1998년에 공식적으로 기술되었다.계통유전학의 이러한 측면에 대한 리뷰는 브라운 D, 셰란더 K를 참조한다.계통학적 [8][9]추론을 이용한 기능 분류.

측방향 유전자 전달 예측 및 역추적

전통적인 계통 발생 기술은 측면 유전자 전달 때문에 유사한 유전자와 조상을 공유하기 때문에 유사한 유전자의 차이를 규명하는 데 어려움이 있다.많은 종 중에서 많은 유전자 또는 전체 게놈을 비교함으로써, 이러한 배열이 유기체의 분류학에서 예상된 것과 다르게 행동하기 때문에 전달된 유전자를 식별하는 것이 가능하다.이러한 방법을 사용하여, 연구원들은 다양한 진핵생물 기생충에 의해 얻어지는 2,000개 이상의 대사 효소를 가로 유전자 이동으로부터 [10]확인할 수 있었다.

유전자 패밀리 진화

유기체 그룹에 대한 완전한 유전자 세트의 비교는 유전자 복제 또는 유전자 삭제와 같은 유전자 진화의 사건들을 식별할 수 있게 한다.종종, 그러한 사건들은 진화적으로 관련이 있다.예를 들어, 특정 과의 분해 효소를 코드하는 유전자의 다중 복제는 미생물이 새로운 영양소원에 적응하는 일반적인 방법이다.반대로, 유전자 손실은 세포 내 기생충이나 공생동물과 같은 환원 진화에 중요하다.게놈의 모든 유전자를 한 번에 복제할 가능성이 있는 전체 게놈 복제 사건은 많은 군락의 진화와 큰 관련이 있는 급격한 진화 사건이며, 그 신호는 계통 유전학적 방법으로 추적될 수 있다.

진화적 관계 구축

기존의 단일 유전자 연구는 밀접한 관련이 있는 유기체들 사이에서 계통수를 확립하는 데 효과적이지만, 보다 멀리 떨어져 있는 유기체나 미생물을 비교할 때 단점이 있다.이것은 가로 유전자 이동, 수렴, 그리고 다른 유전자에 대한 다양한 진화 속도 때문이다.이러한 비교에서 전체 게놈을 사용함으로써 이들 요인에서 생성된 이상 징후는 대부분의 [11][12][13]데이터에 의해 나타나는 진화 패턴에 의해 압도된다.계통학으로 광합성 진핵생물의 대부분은 연결되어 있고 아마도 하나의 조상을 공유하고 있는 것으로 밝혀졌다.연구원들은 65종의 광합성 유기체의 135개의 유전자를 비교했다.여기에는 식물, 치조류, 뿌리식물, 합토식물, 크립토모나드가 [14]포함되었다.이를 Plants+라고 부릅니다.HC+SAR 메가 그룹이 방법을 사용하면 이론적으로 완전히 분해된 계통수를 생성할 수 있으며, 타이밍 제약을 보다 [15][16]정확하게 복구할 수 있다.그러나 실제로는 항상 그런 것은 아닙니다.데이터가 부족하기 때문에 다른 [17]방법을 사용하여 분석할 때 동일한 데이터로 여러 트리를 지원할 수 있습니다.

데이터베이스

  1. PhylomeDB

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ BioMed Central 생성 타이틀 -->
  2. ^ Kumar S, Filipski AJ, Battistuzzi FU, Kosakovsky Pond SL, Tamura K (February 2012). "Statistics and truth in phylogenomics". Molecular Biology and Evolution. 29 (2): 457–472. doi:10.1093/molbev/msr202. PMC 3258035. PMID 21873298.
  3. ^ Pennisi E (June 2008). "Evolution. Building the tree of life, genome by genome". Science. 320 (5884): 1716–1717. doi:10.1126/science.320.5884.1716. PMID 18583591. S2CID 206580993.
  4. ^ Simion P, Delsuc F, Phillipe H (2020). "2.1 To What Extent Current Limits of Phylogenomics Can Be Overcome?". Phylogenetics in the Genomic Era. pp. 2.1.1–2.1.34.
  5. ^ a b Eisen JA, Kaiser D, Myers RM (October 1997). "Gastrogenomic delights: a movable feast". Nature Medicine. 3 (10): 1076–1078. doi:10.1038/nm1097-1076. PMC 3155951. PMID 9334711.
  6. ^ Tomb JF, White O, Kerlavage AR, Clayton RA, Sutton GG, Fleischmann RD, et al. (August 1997). "The complete genome sequence of the gastric pathogen Helicobacter pylori". Nature. 388 (6642): 539–547. doi:10.1038/41483. PMID 9252185.
  7. ^ Eisen JA (March 1998). "Phylogenomics: improving functional predictions for uncharacterized genes by evolutionary analysis". Genome Research. 8 (3): 163–167. doi:10.1101/gr.8.3.163. PMID 9521918.
  8. ^ Brown D, Sjölander K (June 2006). "Functional classification using phylogenomic inference". PLOS Computational Biology. 2 (6): e77. Bibcode:2006PLSCB...2...77B. doi:10.1371/journal.pcbi.0020077. PMC 1484587. PMID 16846248.
  9. ^ Sjölander K (January 2004). "Phylogenomic inference of protein molecular function: advances and challenges". Bioinformatics. 20 (2): 170–179. doi:10.1093/bioinformatics/bth021. PMID 14734307.
  10. ^ Whitaker JW, McConkey GA, Westhead DR (2009). "The transferome of metabolic genes explored: analysis of the horizontal transfer of enzyme encoding genes in unicellular eukaryotes". Genome Biology. 10 (4): R36. doi:10.1186/gb-2009-10-4-r36. PMC 2688927. PMID 19368726.
  11. ^ Delsuc F, Brinkmann H, Philippe H (May 2005). "Phylogenomics and the reconstruction of the tree of life". Nature Reviews. Genetics. 6 (5): 361–375. CiteSeerX 10.1.1.333.1615. doi:10.1038/nrg1603. PMID 15861208. S2CID 16379422.
  12. ^ Philippe H, Snell EA, Bapteste E, Lopez P, Holland PW, Casane D "진핵생물의 계통학: 결측 데이터가 대규모 정렬에 미치는 영향" Mol Biol Evol 2004 9월 21일 (9) 1740-52.
  13. ^ Jeffroy O, Brinkmann H, Delsuc F, Philippe H (April 2006). "Phylogenomics: the beginning of incongruence?" (PDF). Trends in Genetics. 22 (4): 225–231. doi:10.1016/j.tig.2006.02.003. PMID 16490279.
  14. ^ Burki F, Shalchian-Tabrizi K, Pawlowski J (August 2008). "Phylogenomics reveals a new 'megagroup' including most photosynthetic eukaryotes". Biology Letters. 4 (4): 366–369. doi:10.1098/rsbl.2008.0224. PMC 2610160. PMID 18522922.
  15. ^ dos Reis M, Inoue J, Hasegawa M, Asher RJ, Donoghue PC, Yang Z (September 2012). "Phylogenomic datasets provide both precision and accuracy in estimating the timescale of placental mammal phylogeny". Proceedings. Biological Sciences. 279 (1742): 3491–3500. doi:10.1098/rspb.2012.0683. PMC 3396900. PMID 22628470.
  16. ^ Kober KM, Bernardi G (April 2013). "Phylogenomics of strongylocentrotid sea urchins". BMC Evolutionary Biology. 13: 88. doi:10.1186/1471-2148-13-88. PMC 3637829. PMID 23617542.
  17. ^ Philippe, Herve'; Delsuc, Frederic; Brinkmann, Henner; Lartillot, Nicolas (2005). "Phylogenomics". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 36: 541–562. doi:10.1146/annurev.ecolsys.35.112202.130205.