Die Aston University hat mit internationalen Partnern zusammengearbeitet, um ein Softwarepaket zu entwickeln, das Wissenschaftlern hilft, Schlüsselfragen zu genetischen Faktoren zu beantworten, die mit gemeinsamen Merkmalen verschiedener Arten zusammenhängen.
Es heißt CALANGO (comparative analysis with annotation-based genomic components) und hat das Potenzial, Genetikern bei der Untersuchung grundlegender Fragen wie Antibiotikaresistenz und Verbesserung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen zu helfen.
Diese Arbeit „CALANGO: a phylogeny-aware Comparative Genomics Tool for Discovering Quantitative Genotype-Phänotype Associations across Spezies“ wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Muster. Es ist das Ergebnis einer vierjährigen Zusammenarbeit zwischen der Aston University, der Federal University of Minas Gerais in Brasilien und anderen Partnern in Brasilien, Norwegen und den USA.
Ähnlichkeiten zwischen Arten können entweder aus gemeinsamer Abstammung (Homologie) oder aus gemeinsamem evolutionären Druck (konvergente Evolution) entstehen. Zum Beispiel können Raben, Tauben und Fledermäuse alle fliegen, aber die ersten beiden sind Vögel, während Fledermäuse Säugetiere sind.
Dies bedeutet, dass die Flugbiologie von Raben und Tauben aufgrund ihrer gemeinsamen Abstammung wahrscheinlich genetische Aspekte teilt. Beide Arten können heute fliegen, weil ihr letzter gemeinsamer Vorfahre – ein Urvogel – ebenfalls ein fliegender Organismus war.
Im Gegensatz dazu haben Fledermäuse die Fähigkeit zum Fliegen über möglicherweise andere Gene als die von Vögeln, da der letzte gemeinsame Vorfahre von Vögeln und Säugetieren kein fliegendes Tier war.
Um die aufgrund gemeinsamer Abstammung geteilten genetischen Komponenten von denen zu entwirren, die aufgrund gemeinsamer evolutionärer Drücke geteilt werden, sind ausgefeilte statistische Modelle erforderlich, die die gemeinsame Abstammung berücksichtigen.
Bisher war dies ein Hindernis für Wissenschaftler, die die Entstehung komplexer Merkmale bei verschiedenen Arten verstehen wollten, hauptsächlich aufgrund des Mangels an geeigneten Rahmenbedingungen zur Untersuchung dieser Assoziationen.
Die neue Software wurde entwickelt, um große Mengen an genomischen, evolutionären und funktionellen Annotationsdaten effektiv zu integrieren, um die genetischen Mechanismen zu untersuchen, die ähnlichen Merkmalen zwischen verschiedenen Arten zugrunde liegen, die gemeinsame Vorfahren haben.
Obwohl die im Tool verwendeten statistischen Modelle nicht neu sind, wurden sie zum ersten Mal kombiniert, um neue biologische Erkenntnisse aus Genomdaten zu extrahieren.
Die Technik hat das Potenzial, auf viele verschiedene Forschungsbereiche angewendet zu werden, sodass Wissenschaftler riesige Mengen an Open-Source-Gendaten, die zu Tausenden von Organismen gehören, eingehender analysieren können.
Dr. Felipe Campelo vom Department of Computer Science am College of Engineering and Physical Sciences der Aston University sagte: „Es gibt viele spannende Beispiele dafür, wie dieses Tool zur Lösung der großen Probleme eingesetzt werden kann, mit denen wir heute konfrontiert sind -Evolution von Bakterien und Bakteriophagen und Aufdeckung von Faktoren im Zusammenhang mit der Pflanzengröße mit direkten Auswirkungen auf Landwirtschaft und Ökologie.“
„Weitere potenzielle Anwendungen sind die Unterstützung bei der Erforschung bakterieller Resistenzen gegen Antibiotika sowie des Ertrags wirtschaftlich wichtiger Pflanzen- und Tierarten.“
Der korrespondierende Autor der Studie, Dr. Francisco Pereira Lobo von der Abteilung für Genetik, Ökologie und Evolution an der Bundesuniversität von Minas Gerais in Brasilien, sagte: „Die meisten genetischen und phänotypischen Variationen treten zwischen verschiedenen Arten auf und nicht innerhalb von ihnen. Unsere Das neu entwickelte Tool ermöglicht die Generierung überprüfbarer Hypothesen über Genotyp-Phänotyp-Assoziationen über mehrere Arten hinweg, die die Priorisierung von Zielen für eine spätere experimentelle Charakterisierung ermöglichen.“
Mehr Informationen:
Jorge Augusto Hongo et al, CALANGO: ein Phylogenie-bewusstes vergleichendes Genomik-Tool zur Entdeckung quantitativer Genotyp-Phänotyp-Assoziationen über Arten hinweg, Muster (2023).
GitHub: labpackages.github.io/CALANGO/