Modelling the evolution of biological complexity with a two-dimensional lattice self-assembly process

用二维晶格自组装过程模拟生物复杂性的演化

基本信息

  • 批准号:
    1805372
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2016 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The question how biological complexity increases in evolution is fundamental to biology, and is often linked to the idea of modular organisation, which has been defined in a variety of ways for biological structures and functions. Using a two-dimensional lattice self-assembly process, which serves as an abstract model of protein quaternary structure self-assembly, we can study the evolution of structural complexity using genetic algorithms. In this process square tiles bind together according to the interactions on their sides to form complex shapes. The specification of the interactions represents the genotype, and the final assembled structure represents the phenotype. The genetic algorithm mutates the genotype and applies a fitness function to the phenotype. This model has already been studied in detail and reproduces a number of known characteristics of evolving systems, and of other well-studied biological genotype-phenotype maps. The aim of this PhD project will be to use this approach to examine how structural and functional complexity can increase in the course of evolution. The advantage of the lattice self-assembly model (also called the 'Polyomino model') is that it allows for a rigorous quantitative definition of structural complexity. By examining different mutation events, such as point mutations and gene duplications, and with the possibility of introducing further levels of complexity, such as regulatory and epigenetic processes, this project will aim to establish how complexity can increase in evolution. Recent work has shown that changing environmental conditions may be key to this, and this will be one of the central causes examined using our approach.
生物复杂性如何在进化过程中增加的问题是生物学的基础,并且经常与模块化组织的概念联系在一起,模块化组织已经以各种方式定义了生物结构和功能。利用二维晶格自组装过程作为蛋白质四级结构自组装的抽象模型,我们可以用遗传算法来研究结构复杂性的演化。在这个过程中,方形瓷砖根据其侧面的相互作用结合在一起,形成复杂的形状。相互作用的规范代表基因型,最终组装的结构代表表型。遗传算法使基因型发生突变,并对表型应用适应度函数。这个模型已经被详细研究过了,它再现了进化系统的许多已知特征,以及其他被充分研究过的生物基因型-表型图谱。这个博士项目的目的将是使用这种方法来研究结构和功能复杂性如何在进化过程中增加。晶格自组装模型(也称为“Polyomino模型”)的优势在于它允许对结构复杂性进行严格的定量定义。通过研究不同的突变事件,如点突变和基因复制,以及引入更多复杂程度的可能性,如调控和表观遗传过程,该项目旨在确定复杂性如何在进化中增加。最近的工作表明,不断变化的环境条件可能是关键,这将是使用我们的方法检查的主要原因之一。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Evolution of interface binding strengths in simplified model of protein quaternary structure
蛋白质四级结构简化模型中界面结合强度的演变
  • DOI:
    10.1101/557272
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Leonard A
  • 通讯作者:
    Leonard A
Gene duplication and subsequent diversification strongly affect phenotypic evolvability and robustness.
  • DOI:
    10.1098/rsos.201636
  • 发表时间:
    2021-06-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Jouffrey V;Leonard AS;Ahnert SE
  • 通讯作者:
    Ahnert SE
Determinism and boundedness of self-assembling structures.
自组装结构的决定论和有界性。
  • DOI:
    10.1103/physreve.98.022113
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tesoro S
  • 通讯作者:
    Tesoro S
Modelling the evolution of biological complexity with a two-dimensional lattice self-assembly process
用二维晶格自组装过程模拟生物复杂性的演化
  • DOI:
    10.17863/cam.58803
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Leonard A
  • 通讯作者:
    Leonard A
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知道了