Тема: ВЫЯВЛЕНИЕ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ТАКСОНОМИЕЙ, ФУНКЦИЕЙ И ТРИПЛЕТНЫМ СОСТАВОМ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ГЕНОВ НЕКОТОРЫХ ГРИБОВ

Изучение любого генетического материала (генома митохондрий в нашем случае) требует его анализа с трёх сторон: анализ его структуры, его функ­ции и таксономии его носителя. Каждую из этих сторон можно изучать ин­дивидуально, однако большой интерес представляет их сочетанный анализ. Именно такому анализу посвящена настоящая работа.
Актуальность работы связана с появлением большого количества данных, а также с быстро развивающимися технологиями секвенирования генетического материала, что дает возможность быстро и эффективно изу­чить отличительные характеристики организмов. Тем не менее, геномы ми­тохондрий грибов изучены хуже, чем геномы митохондрий растений. Ми­тохондриальная ДНК может быть полезна в изучении эволюции грибов, а также в проведении популяционного анализа и построении филогении. Кроме того, некоторые грибы являются патогенами, вызывающими раз­личные болезни лесных сообществ. Они могут нанести значительный, а иногда и непоправимый вред древесным растениям. Изучение патогенных организмов возможно с нескольких сторон, в том числе и с точки зрения генетики.
Объектом настоящей работы является связь между структурой, функцией и таксономией носителя определённых генов митохондрий гри­бов.
Предметом настоящей работы являются:
• последовательности генов митохондрий грибов 223 видов пяти таксо­номических отделов: Ascomycetes (185 видов), Basidiomycetes (24 вида), Blastocladiomycota (2 вида), Chytridiomycota (6 видов) и Zygomycota (6 видов);
• структура этих генов, определяемая их триплетным составом;
• связь между выделяемыми неоднородностями в этом распределении, таксономией и функцией.
Целью данной работы является выявление связи между триплетным со­ставом нуклеотидной последовательности, ее функцией и таксономией ее носителей на примере генов митохондрий грибов. Для выявления такой связи были выбраны следующие гены: atp6, atp8 и atp9. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1) Создание базы нуклеотидных последовательностей;
2) Построение частотных словарей последовательностей;
3) Кластеризация словарей методом упругих карт;
4) Кластеризация словарей методом динамических ядер (2 K V 5);
5) Анализ распределения словарей по кластерам с точки зрения функци­онального и таксономического состава.
Работа докладывалась на следующих конференциях:
• 56-я Международная научная студенческая конференция, Новосибирск, устный доклад;
• X международная конференция «Dynamical Systems Applied to Biology and Natural Sciences» (DSABNS), Неаполь, стендовый доклад;
• Международная конференция студентов, аспирантов и молодых уче­ных «Проспект Свободный — 2019», Красноярск, устный доклад;
• 7th International Work-Conference on Bioinformatics and Biomedical En­gineering (IWBBIO), Гранада, устный доклад;
• XI международная конференция «Dynamical Systems Applied to Biology and Natural Sciences» (DSABNS), Тренто, стендовый доклад;
• Международная конференция студентов, аспирантов и молодых уче­ных «Проспект Свободный — 2020», Красноярск, устный доклад.
Результаты работы опубликованы в следующих научных журналах и сборниках научных мероприятий:
• Колесникова А.И. Выявление связи тринуклеотидного состава генов и таксономии их носителей на примере генов митохондрий некоторых гри­бов / Колесникова А.И., Федотовская В.Д., Шпагина Т.О. // Материа­лы 56-й Международной научной студенческой конференции (МНСК). — 2018. — Vol. 56. — Стр. 18;
• Колесникова А.И. Влияние функциональных различий сильнее вли­яния таксономических различий для генов семейства atp митохондрий грибов / Колесникова А.И., Федотовская В.Д., Шпагина Т.О., Садов­ский М.Г. // Моделирование неравновесных систем. / Материалы XXI Всероссийского семинара — 2018. — Vol. 21. — Стр. 49-54;
...
Купить

В ходе выполнения данной работы были выполнены все задачи, а поставленная цель достигнута:
1. Были построены частотные словари в четырех вариантах (на последо­вательностях CDS и Gene, с шагом t = 1 и t = 3 для каждой);
2. С помощью программы ViDaExpert были визуализированы данные, а также проведена кластеризация методом упругих карт, которая показа­ла, что данные четко разбиваются на три кластера;
3. Была проведена кластеризация с помощью метода динамических ядер, посчитана устойчивость такой кластеризации и построены графы пере­хода точек между слоями при увеличении числа классов K.
4. Был проведен анализ состава каждого из классов: с точки зрения функции и таксономии и выявлены соответствующие характеристики распределений.
Анализ результатов данной работы показал, что в кластерах находятся сло­вари, принадлежащие одному и тому же гену. Таким образом было дока­зано преобладание функции, кодируемой исследованными последователь­ностями, над таксономией их носителей. Нельзя сказать, что этот вывод является универсальным, то есть при проведении анализа последователь­ностей по частотному составу триплетов преобладание функции над таксо­номией может не выполняться на другом генетическом материале, напри­мер, на геномах хлоропластов или на геномах животных. Для того, чтобы утверждать об универсальности такого эффекта, необходимо провести до­полнительные исследования.
Купить