Die Evolutionsgeschichte von Genomen
Die Bestimmung der Geschichte der Arten und ihrer evolutionären Beziehungen hängt oft von der molekularen Phylogenie ab. Die Analyse von hereditären DNA-Sequenzen, die die komplexen Netzwerke des modernen Lebens durch Ausrichtung kodieren, liefert wichtige Informationen über die Evolution von Genen und Spezies. Allerdings werden Gene verdoppelt, gehen verloren oder werden horizontal übertragen, was die Rekonstruktion von Genbäumen zu einer schwierigen Aufgabe macht. Das EU-finanzierte Projekt GENESTORY (Assembling genome history from gene stories: Phylogeny aware genome scale inference of ancestral traits and ancient environments) baute auf jüngsten Fortschritten in der Modellierung der Genomevolution auf. Die Forscher analysierten öffentlich verfügbare rohe experimentelle Daten und erzeugten neuartige biologische Informationen und umfangreiche Datensätze. Zusätzlich kombinierten sie Rekonstruktionsmodelle von metabolischen Netzwerken mit Modellen urzeitlicher Biodiversität. Die Wissenschaftler führten eine genom-skalierte Rekonstruktion von Ahnengen-Repertoires durch und richteten die Informationen mit System-Level-Modellen von Phänotyp, urzeitlicher Umwelt und Vielfalt aus. Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, die Evolution der Netzwerkarchitektur zu studieren und zu verstehen, wie sich spezifische Gene im Laufe der Zeit entwickelt haben. Die Archaea sind eine der Hauptdomänen des zellulären Lebens und spielen eine wichtige Rolle in biogeochemischen Zyklen. In Anbetracht ihres Beitrags bei der Entstehung eukaryotischer Zellen ist es wichtig, ihre Herkunft und ihre Evolutionsgeschichte zu verstehen. Um das Problem der Zeitspanne zu überwinden, nutzte GENESTORY einen neuen Ansatz, der die Informationen in Mustern der Evolution von Genfamilien nutzt, um die Wurzel des archäischen Baumes zu finden und den Stoffwechsel der frühesten archäischen Zellen zu bestimmen. Dies führte zu der Hypothese, dass die ersten Archaea anaerobisch waren und Kohlendioxid und Wasserstoff brauchten. Dieser Ansatz quantifiziert auch die Auswirkungen der horizontalen Übertragung auf die archäische Genomevolution. Genomtransfer kommt auch bei mehreren eukaryotischen Gruppen vor, unter anderem bei Metazoanen, Schwämmen und Pilzen. Die Wissenschaftler untersuchten Tausende von Genfamilien von Pilzen und Cyanobakterien und fanden überzeugende Beweise dafür, dass der Gentransfer eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung von Pilzen spielt, die mit Prokaryoten vergleichbar sind. Zusammengenommen zeigte das Ergebnis von GENESTORY, wie Methoden, die mit genomischen Datensätzen umgehen können, unser Verständnis der genomischen Evolution vorantreiben können.
Schlüsselbegriffe
Modellierung, Genomevolution, GENESTORY, Archaea, Pilze