Zeitschrift für Data Mining in Genomics & Proteomics

Abstrakt

Gesamt-Proteombaum der Insekten: Eine informationstheoretische „alignment-freie“ Phylogenese und Gruppierung von „Proteombüchern“

JaeJin Choi, Byung-Ju Kim, Sung-Hou Kim

Hintergrund: Ein „Organismusbaum“ der Insekten, der größten und artenreichsten Gruppe aller lebenden Tiere, kann als metaphorischer und konzeptueller Baum betrachtet werden, der eine vereinfachte Darstellung der komplexen und unvorhersehbaren Evolutionsverläufe der heute lebenden Insekten liefert. Der derzeit gängigste Ansatz besteht darin, als Ersatz für den Organismusbaum einen „Genbaum“ zu konstruieren, indem eine Gruppe gut ausrichtbarer Regionen jedes der ausgewählten Gene/Proteine ​​ausgewählt wird, um den jeweiligen Organismus darzustellen. Diese ausgewählten Regionen machen jedoch nur einen kleinen Bruchteil aller Gene/Proteine ​​und einen noch kleineren Bruchteil des gesamten Genoms eines Organismus aus. In den letzten Jahrzehnten wurden vollständige Genomsequenzen vieler heute lebender Insekten verfügbar, wodurch sich die Möglichkeit bot, mithilfe der Informationstheorie ohne Sequenzausrichtung (ausrichtungsfreie Methode) einen „Gesamtgenom- oder Gesamtproteombaum“ der Insekten zu konstruieren.

Ergebnisse: Ein Gesamtproteombaum der Insekten zeigt, dass (a) das demografische Gruppierungsmuster dem in den Genbäumen ähnelt, es aber bemerkenswerte Unterschiede in der Verzweigungsreihenfolge der Gruppen und damit in den Schwesternschaften zwischen den Gruppenpaaren gibt; und dass (b) alle Gründer der großen Gruppen in einer „explosionsartigen Explosion“ nahe der Wurzel des Baums entstanden sind.

Schlussfolgerung: Da die vollständige Proteomsequenz eines Organismus als ein „Buch“ aus Aminosäurealphabeten betrachtet werden kann, kann mithilfe einer Textanalysemethode der Informationstheorie ein Baum der Bücher ohne Sequenzausrichtung erstellt werden. Ein solcher Baum bietet einen alternativen Blickwinkel für die Erstellung einer Erzählung über die Evolution und Verwandtschaft unter den heute lebenden Insekten.