科學家開發(fā)了用于研究具有全基因組重復的物種進化史的算法

來自ITMO大學和美國喬治華盛頓大學的國際科學家團隊創(chuàng)建了一種算法，用于研究具有全基因組重復的物種(主要是酵母和植物)的進化歷史。

該程序可用于分析有關這些物種的遺傳信息，并得出有關全基因組復制是如何發(fā)生的以及為什么它在進化過程中占據(jù)立足點的結(jié)論。該文章發(fā)表在《生物信息學》上。

根據(jù)遺傳科學家的研究，某些植物甚至哺乳動物都具有全基因組重復，即它們的某些基因存在多個拷貝，彼此之間或多或少相似。祖先基因組沒有這樣的重復，但是重復發(fā)生在其進化歷史的某個時刻，并在種群中立足。

為了了解基因組復制的過程，研究人員必須創(chuàng)建具有這種進化事件的物種的所謂進化史。這段歷史使他們能夠追蹤過去人口發(fā)生的情況，并確定重復發(fā)生的確切時間以及立足點。

嘗試創(chuàng)建具有全基因組重復的進化史時，科學家必須面對一系列任務，這些任務的目標相似，但數(shù)學結(jié)構卻完全不同。為了有效地解決它們，您需要優(yōu)化。為此，由ITMO大學和美國喬治華盛頓大學的專家組成的團隊提出了整數(shù)線性規(guī)劃方法，該方法最初是由蘇聯(lián)數(shù)學家，經(jīng)濟學家和諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者Leonid Kantorovich提出的。

ITMO大學的研究合著者Nikita Alekseev解釋說：“從數(shù)學的角度來看，有一類任務本質(zhì)上是相似的，但有所不同。” “因此，我們已經(jīng)開發(fā)出一種通用的方法，可以歸結(jié)為整數(shù)線性規(guī)劃。這是一種優(yōu)化方法，可以將復雜的程序簡化為一組線性約束，并為其選擇有效的求解器。”

結(jié)果，科學家們開發(fā)了一個程序，該程序可以分析重復的基因組，并對物種的進化路徑，當時發(fā)生的基因組重復次數(shù)以及重復產(chǎn)生的基因拷貝如何變化進行推測。有時會在其中發(fā)生突變，在特定區(qū)域發(fā)生變化，因此它們不再相同。

該方法也可以用于研究動物中重復的基因組區(qū)域。Nikita Alekseev總結(jié)說：“基因組重復存在于許多物種中，不僅會影響整個基因組，而且會影響其片段，我們的工具也可以適用于解決此類問題。”

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