Forscher entwickeln neuen evolutionären Ansatz zur Identifizierung von Proteinen, die funktionell interagieren

Jacob Steenwyk, ein Doktorand der Biowissenschaften, und Mitarbeiter von Vanderbilt, der Tel Aviv University und der University of Wisconsin-Madison haben die Koevolution von Genpaaren gemessen, die von angehenden Hefen gemeinsam genutzt werden, um die Gene zu identifizieren, die an denselben zellulären oder molekularen Funktionen beteiligt sind.

Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten die Art und Weise, wie wir Gene mit ähnlichen Funktionen identifizieren, grundlegend verändern.

„In diesem Projekt haben wir fast 3 Millionen Genpaare untersucht und Fälle identifiziert, in denen Genpaare starke Hinweise auf Koevolution hatten“, sagte Steenwyk. „Damit konnten wir ein Netzwerkdiagramm zeichnen, das die zelluläre und genomische Struktur und Funktion widerspiegelt.“

Dieses Projekt zeigt, dass die Evolutionsgeschichte von Genen ähnliche Erkenntnisse liefert wie genetische Studien an Modellorganismen. Dies ist eine enorm wichtige Erkenntnis, da evolutionäre Analysen oft weitaus weniger herausfordernd sind und weniger Ressourcen erfordern als genetische Studien.

Möglich wurde die Arbeit durch PhyKIT, eine neue, von Steenwyk mitentwickelte Software, und Genomdaten aus Hunderten von Genomen. PhyKIT ist ein neuartiger Weg, um die Evolutionsgeschichte von Genen zu nutzen, um unser Verständnis darüber zu erweitern, wie Proteine ​​innerhalb der Zelle interagieren. Die Zielgruppe der verwendeten Organismen waren Sprosshefen, eine Gruppe mikroskopisch kleiner Pilze, die über eine Fülle von evolutionären und genetischen Daten verfügen.

„Dieses Manuskript ist das erste große Projekt, das sich stark auf die von mir entwickelte Software stützte“, sagte Steenwyk. „Insbesondere habe ich PhyKIT verwendet, ein breit anwendbares Toolkit zur Analyse und Verarbeitung mehrerer Sequenzalignments und Phylogenien.“

Während Steenwyk bescheiden bleibt und feststellt, dass dieses Gebiet so etwas wie ein „neuartiges Terrain“ ist, wurden seine Softwareprodukte mehr als hunderttausend Mal heruntergeladen. „Jacob sah unter Evolutionsbiologen einen Bedarf an benutzerfreundlicher, robuster Software. Er hat sich dieser Herausforderung nicht nur gestellt, indem er zahlreiche Software entwickelt hat, sondern hat die Softwareentwicklung in seinen Ansatz integriert, um zu fragen, wie die Evolution von Genen uns über ihre Funktion informieren kann. “, sagte Rökas.

Ein weiteres interessantes Ergebnis ist, dass die Genfunktion und nicht die Genlokalisierung innerhalb eines Chromosoms die Koevolution von Genen antreibt. Nach Ansicht der Autoren können Genome am besten als umfassend verknüpfte Gruppen von Genen betrachtet werden. „Unser Projekt bereitet die Voraussetzungen für die Untersuchung von Genkoevolutionsnetzwerken in neu entstehenden Modellorganismen, Linien mit weniger funktionellen Daten oder Linien, die noch nicht genetisch lenkbar sind“, sagte Steenwyk.

Der Artikel „Ein orthologes Gen-Koevolutionsnetzwerk bietet Einblick in die eukaryotische Zell- und Genomstruktur und -funktion“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritteam 4. Mai.