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          生物資訊

          PNAS:龍漫遠(yuǎn)和張啟發(fā)教授實驗室新成果 改進分子演化模型

          作者:admin 來源:華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 發(fā)布時間: 2011-04-29 08:57  瀏覽次數(shù):
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          華中農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳改良國家重點實驗室水稻團隊在分子演化領(lǐng)域研究中取得了可喜進展,使用相關(guān)研究成果,可以方便專注于功能基因研究專家對演化模型的使用。研究結(jié)果以“A dynamic programming procedure for searching optimal models to estimate substitution rates based on the maximum-likelihood method”為題,于4月26日在線發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。文章通訊作者為我??妥淌邶埪h(yuǎn)老師和我校生科院張啟發(fā)老師,第一作者為生科院博士研究生章成君。

           

          達爾文在物種起源中提出,任何生物體都有一個共同的祖先,將所有這些生物體聯(lián)系到一起,可以畫出一個生命之樹。分子演化學(xué)研究人員通過研究DNA或者蛋白質(zhì)的變化來反映生命(或基因)的演化過程。在這種方法中,研究人員通過調(diào)整DNA或者蛋白質(zhì)變化的速率,來模擬各個物種或者物種內(nèi)某一個基因的演化速率,從而來推斷出物種(或基因)的分化年代,分析某個物種(或基因)是否更易于生存與繁衍等有用的信息。

          由于不同階段的DNA或者蛋白的變化速率的組合數(shù)目是非常巨大的,雖然現(xiàn)在電腦的計算能力已經(jīng)非常強大,但是仍然無法計算所有的組合類型——對10個物種(或基因)來說,即使它們相互之間的親緣關(guān)系已經(jīng)完全確定,單單允許DNA(或者蛋白質(zhì))的速率進行變化,這種可能的組合就已經(jīng)超過了6820億。在實際的研究過程中,傳統(tǒng)的做法是根據(jù)研究人員的興趣或者已經(jīng)獲得經(jīng)驗,挑選出幾個特定的樹枝(branch),針對這些樹枝的變化速率進行模擬。顯然,這種傳統(tǒng)的做法存在著不少的缺陷:對不太了解的物種(基因)沒有辦法提出合理的組合;存在很大的主觀性,不是客觀邏輯的分析結(jié)果;簡單的提出假設(shè)組合,會錯過很多更好的組合。

          正是由于存在這些問題,我校研究人員提出了根據(jù)局部動態(tài)最優(yōu)算法,來改進這種傳統(tǒng)的靠運氣的做法。該算法是找到固定一個樹枝最好的結(jié)果,然后在這個基礎(chǔ)上,逐步固定更多的樹枝。研究結(jié)果表明,在使用了這種算法之后,僅僅通過n2(n是指用于分析的物種或者基因所構(gòu)成的生命樹的樹枝的總數(shù))次水平的計算之后,就可以獲得與全局計算非常接近的結(jié)果。研究人員通過分析來自40篇文獻的50個例子,證明采用這種算法得到的結(jié)果,絕大部分(47/50)顯著好于傳統(tǒng)方法得到的結(jié)果。

          對不太關(guān)注分子演化領(lǐng)域的功能基因研究學(xué)者來說,該方法可以幫助其推斷基因功能。為了方便功能基因研究專家使用使該方法,研究人員把這一算法放在了網(wǎng)站上(http://obsm.ncpgr.cn),供廣大學(xué)者使用。該程序容易操作,在一般情況下,計算量也可以接受,為研究者進一步研究基因的功能及其它重要信息提供了方便。

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