分子進化シミュレーションによる長枝誘引の発生メカニズム解明と解消法の提案

利用分子进化模拟阐明长支链吸引力的机制并提出解决方案

• 批准号: 22K12244
• 负责人: 堀池 徳祐
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Shizuoka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12244/
• 关键词: 分子系統樹; 長枝誘引; 分子進化; 系統樹; LBA; シミュレーション

2022年度は主に本研究推進のための基盤となるプログラム（系統樹推定の元となるアミノ酸配列に変異を加えた後にさらに変異を追加するプログラム）の作成を行った。これまでの進化シミュレーションはモデル系統樹をもとに、配列をシミュレートするだけで、シミュレート後の配列に追加の変異を入れることはできなかった。したがって、時系列に沿った推定系統樹の樹形の変遷を確認することができなかった。当初の計画では一つずつ置換を入れることを想定していたが、そのまえに一定の枝長分の変異を追加するプログラムを作成した。このプログラムでは長枝に指定した枝の長さを一定の長さずつ伸ばした時のそれぞれの配列データが取得でき、それぞれの配列データを用いてマルチプルアラインメントや系統樹作成ができる。変異はアミノ酸の置換、挿入、欠失の３種類とし、どれが起こるかは確率的に決まるようにした。この時の確率はINDELible（2009）を参考にして決定した。アミノ酸の置換はアミノ酸置換行列LGに従って確率的におこすようにした。挿入は、まず挿入されるアミノ酸長をZipfian分布から確率的に決定し、各アミノ酸の平衡頻度に基づいて確率的に挿入するアミノ酸を決定した。欠失アミノ酸長は、挿入と同様にZipfian分布から確率的に決定した。欠失させるアミノ酸長がアミノ酸配列長より長い場合には遺伝子欠失が起きたとし、変異を中止し、0aaのアミノ酸配列を出力する。欠失するアミノ酸長がアミノ酸配列長より短い場合には、アミノ酸配列から欠失箇所をランダムに決定し、欠失させた。このプログラムにより、一つのオーソログデータをもとに作成されるマルチプルアラインメント、系統樹を時系列で観察するためのデータを作成できるようになった。

在2022年，我们主要创建了一个程序，该程序将作为促进这项研究的基础（该程序为氨基酸序列增加突变，这是估计系统发育树的基础，然后添加更多突变）。先前的进化模拟只是基于模型系统发育树模拟序列，并且在模拟序列中不可能进行其他突变。因此，无法确认沿时间序列估计的系统发育树的树形变化。最初的计划是一一包含替换，但是在此之前，创建了一个程序来添加一定长度的分支机构的突变。当指定分支的长度通过一定长度扩展时，该程序允许您获取每个序列数据，并且可以使用每个序列数据创建多个比对和系统发育树。突变分为三种类型：氨基酸取代，插入和缺失，并且会发生一种。此时的概率是使用不可磨灭的（2009年）确定的。根据氨基酸取代基质LG概率地进行氨基酸取代。为了插入，从Zipfian分布中随机确定要插入的氨基酸的长度，并根据每个氨基酸的平衡频率随机插入氨基酸。从Zipfian分布随机确定缺失的氨基酸的长度，类似于插入。如果要删除的氨基酸长度长于氨基酸序列长度，则会发生基因缺失，停止突变，并且输出0AA时的氨基酸序列。如果已缺失的氨基酸的长度短于氨基酸序列的长度，则从氨基酸序列随机确定缺失位点并被删除。该程序允许创建多个对齐和数据，以按时间顺序观察系统发育树，这是基于一个直系同源数据而创建的。