Die Rekonstruktion verdopplter Genome

Das Genom kann als eine Menge von Strings (Chromosomen) bestehend aus distinzierten Elementen, die Gene genannt werden, modelliert werden. Die Genomduplikation ist eine wichtige Quelle neuer Genfunktionen und neuartiger physiologischer Wege. Ursprünglich (ahnlich) enthält ein dupliziertes Genom zwei identische Kopien jedes Chromosoms, aber durch die mutationalen Prozesse der genomischen Umordnung, wie reziproke Translokation (Austausch von Präfixen und/oder Suffixen zwischen Chromosomen) und Teilstringsumstellungen, wird diese einfache verdoppelte Struktur gestört. Zum Zeitpunkt der Beobachtung kann jedes der Chromosomen, das aus der Ansammlung von Umordnungen resultiert, in eine Reihe von erhaltenen Segmenten zerlegt werden, so dass jedes Segment genau zweimal im Genom erscheint. Wir präsentieren exakte Algorithmen zur Rekonstruktion des ahnlichen verdoppelten Genoms in linearer Zeit, wobei die Anzahl der erforderlichen Umordnungs-Mutationen minimiert wird, um die beobachtete Reihenfolge der Gene entlang der heutigen Chromosomen abzuleiten. Etwas unterschiedliche Techniken sind für ein Modell nur mit Translokationen, ein Modell für Translokationen/Umstellungen, beides im multichromosomalen Kontext (eukaryotische Zellkern-Genome) und ein Modell nur mit Umstellungen für die einzelnen Chromosomen prokaryotischer und organellarischer Genome erforderlich. Wir wenden diese Methoden auf das Hefe-Genom an, von dem angenommen wird, dass es sich verdoppelt hat, und auf das Mitochondrien-Genom von Lebermoosen, dessen duplizierte Gene wahrscheinlich nicht durch Genomverdopplung entstanden sind.