유전자 간의 진화 관계 연구를 위한 공동 진화 모델과 계통 발생 프로필 기반의 적용

유기체의 특성은 서로 연관된 손실 및 획득의 패턴을 통해 중요한 진화적 연관성을 반영하면서 조화롭게 진화할 수 있다. 이러한 연관성을 발견하는 것은 특성 간의 기능적 및 생태적 연결에 대한 중요한 정보를 드러낼 수 있다. 계통 발생 프로필은 개별 유전자를 유전체 집합에 분포된 특성으로 취급하며, 유전체 집합에서 진화 과정의 유전적 기초를 세밀하게 관찰할 수 있게 한다. 계통 발생 프로파일링은 기능적으로 연결된 유전자를 식별하고 미생물에서 lateral gene transfer의 일반적인 패턴을 찾아내는 데 사용되었다. 그러나 계통 발생 프로필과 다른 특성 분포에 대한 비교 분석은 고려되고 있는 유기체 간의 계통 발생 관계를 반영해야 한다. 여기서 우리는 특성 간의 진화적 연관성을 분석하기 위한 새로운 공동 진화 모델(CCM)을 제안하며, 계통 발생 프로필에 주목한다. CCM에서는 특성이 상호 작용하는 공동체로서 진화하는 것으로 간주되며, 각 특성의 전이율은 다른 특성의 현재 상태에 따라 달라진다. CCM은 쌍으로 특성을 분석하는 다른 비교 방법을 초월하여, 여러 특성을 공동체로서 조사하여 더 많은 의존 관계를 드러낼 수 있는 추가적인 장점을 가지고 있다. 우리는 또한 벤치마크 데이터에 대한 평가 목적으로 사용될 수 있는 상관된 진화 패턴을 가진 계통 발생 프로필을 생성하기 위한 시뮬레이션 절차를 개발한다. 시뮬레이션 연구는 CCM이 Jaccard Index 및 세 가지 나무 인식 방법을 포함한 다른 방법보다 더 정확하다는 것을 보여준다. CCM의 매개 변수화는 유전자 간의 관계 해석을 보다 직접적으로 만들어 예상된 매개 변수를 기반으로 다윈의 시나리오를 쉽게 식별할 수 있게 한다. CCM은 더 적은 매개 변수를 사용하여 더 높은 가능성 점수를 기록하며 다른 방법보다 더 효율적이고 실제 데이터에 더 잘 적합함을 보여준다. 659개의 박테리아 유전체 집합에서 3786개의 계통 발생 프로필을 검사한 결과, 일반적인 기능을 가지는 유전자 간의 연결이 강조되었으며, 비계통 발생 모델 하에서는 식별되지 않았을 많은 패턴들이 발견되었다. 우리는 또한 CCM을 잘 연구된 미토콘드리아 호흡 복합체 I의 44개의 단백질에 적용하여 복합체 내의 구조적 연관성과 잘 매핑되는 연관성을 회복하였다. 공동 진화; 진화율; 유전자 네트워크; 그래픽 모델; 계통 발생 프로필; 계통 발생.