Новое ПО для анализа генетических факторов общих признаков у разных видов

Учёные из Университета Астона совместно с международными партнёрами разработали программный пакет CALANGO (comparative analysis with annotation-based genomic components) для изучения генетических факторов, связанных с общими характеристиками у разных видов.

Инструмент поможет исследовать такие важные вопросы, как устойчивость к антибиотикам и улучшение сельскохозяйственных культур.

Работа «CALANGO: a phylogeny-aware comparative genomics tool for discovering quantitative genotype-phenotype associations across species» опубликована в журнале Patterns. Это результат четырёхлетнего сотрудничества между Университетом Астона, Федеральным университетом Минас-Жерайс в Бразилии и другими партнёрами из Бразилии, Норвегии и США.

Сходства между видами могут возникать либо из-за общего происхождения (гомология), либо из-за общих эволюционных давлений (конвергентная эволюция). Например, вороны, голуби и летучие мыши умеют летать, но первые два — птицы, а летучие мыши — млекопитающие.

Это означает, что биология полёта у воронов и голубей, вероятно, имеет общие генетические аспекты из-за их общего предка. Оба вида могут летать сейчас, потому что их последний общий предок — птица — тоже был летающим организмом.

В отличие от них, летучие мыши способны летать благодаря, возможно, другим генам, чем у птиц, поскольку последний общий предок птиц и млекопитающих не был летающим животным.

Разделение генетических компонентов, общих из-за общего происхождения, и компонентов, общих из-за общих эволюционных давлений, требует сложных статистических моделей, учитывающих общее происхождение.

До сих пор это было препятствием для учёных, желающих понять возникновение сложных признаков у разных видов, в основном из-за отсутствия подходящих инструментов для изучения этих ассоциаций.

Новое ПО разработано для эффективного включения огромных объёмов геномных, эволюционных и функциональных аннотационных данных, чтобы исследовать генетические механизмы, лежащие в основе сходных характеристик у разных видов, имеющих общих предков.

Хотя статистические модели, используемые в инструменте, не новы, впервые они объединены для извлечения новых биологических данных из геномной информации.

Метод может быть применён во многих областях исследований, позволяя учёным глубже анализировать огромные массивы открытых генетических данных, принадлежащих тысячам организмов.

Д-р Фелипе Кампелу (Университет Астона): «Есть много захватывающих примеров того, как этот инструмент может быть применён для решения основных проблем, стоящих перед нами сегодня. К ним относятся изучение коэволюции бактерий и бактериофагов, а также выявление факторов, связанных с размером растений, что имеет прямое значение как для сельского хозяйства, так и для экологии».

«Другие потенциальные применения включают поддержку исследований устойчивости бактерий к антибиотикам и урожайности видов растений и животных, имеющих экономическое значение».

Д-р Франсиско Перейра Лобо (Федеральный университет Минас-Жерайс, Бразилия): «Большая часть генетических и фенотипических вариаций происходит между разными видами, а не внутри них. Наш новый инструмент позволяет генерировать проверяемые гипотезы о генотип-фенотипных ассоциациях у множества видов, что позволяет расставлять приоритеты целей для последующей экспериментальной характеристики».