Quantitative and qualitative analyses of in-paralogs [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Stanislav Vershenya

Description

Quantitative and qualitative analysesof in-paralogsDissertation zur Erlangung des naturwissentscha ichenDoktorgrades der Bayerischen Julius-Maximilians UniversitatWurzburgvorgelegt vonStanislav Vershenyaaus Minsk, Wei russlandWurzburg 2010Eingereicht am:Mitglieder der Promotionskomission:Vorsitzender: Prof. Dr. M.J. MullerGutachter: Prof. Dr. J. SchultzGutachter: Prof. Dr. J. TautzTag des Promotionskolloquiums:Doktorurkunde ausgeh andigt am:ErklarungHiermit erkl are ich ehrenw ortlich, da ich die vorliegende Dissertation selbsst andig ange-fertigt und keine anderen als die angegeben Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.Die Disseertation wurde bische in gleicher noch anlic her Form in einem anderenPrufungsv erfahren vorgelegt.Au er dem Diplom in Medizin von Wei russische Medizinische Staatsuniversiatt undDr. med. von der Bayerischen Julius-Maximilians Universit at Wurzburg habe ich bisherkeine weiteren akademischen Graden erworben oder versucht zu erwerben.Wurzburg, April 2010 Stanislav VershenyaI dedicate this work to my family and thank them for their support and love trough allmy studying yearsContents1 Introduction 101.1 Comparative analysis of species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.2 Fate of duplicated genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3 Orthologs and Paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 In-paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Sujets

• Biologie

Informations

• Publié par: julius-maximilians-universitat_wurzburg
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 22
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Quantitative and qualitative analyses

of in-paralogs

Dissertation zur Erlangung des naturwissentschaflichen

DoktorgradesderBayerischenJulius-MaximiliansUniversit¨at

W¨urzburg

vorgelegt von

Stanislav Vershenya

aus Minsk, Weißrussland

W¨urzburg2010

Eingereicht am:

Mitglieder der Promotionskomission:

Vorsitzender:Prof.Dr.M.J.Mu¨ller

Gutachter: Prof. Dr. J. Schultz

Gutachter: Prof. Dr. J. Tautz

Tag des Promotionskolloquiums:

Doktorurkundeausgeha¨ndigtam:

Erklarung ¨

Hiermiterkl¨areichehrenwo¨rtlich,daßichdievorliegendeDissertationselbsst¨andigange- fertigt und keine anderen als die angegeben Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. DieDisseertationwurdebischeingleichernocha¨nlicherFormineinemanderen Pru¨fungsverfahrenvorgelegt. AußerdemDiplominMedizinvonWeißrussischeMedizinischeStaatsuniversita¨tund Dr.med.vonderBayerischenJulius-MaximiliansUniversita¨tWu¨rzburghabeichbisher keine weiteren akademischen Graden erworben oder versucht zu erwerben.

Wu¨rzburg,April2010

Stanislav Vershenya

I

dedicate

this

work

to

my

family

and

my

thank

them

studying

for

years

their

support

and

love

trough

all

Contents

1 Introduction 1.1 Comparative analysis of species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Fate of duplicated genes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Orthologs and Paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 In-paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Methods 2.1 Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Timing the origin of paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Inparanoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Gene duplications matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 SplitsTree4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.4 Simulation of gene duplications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.5 Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Quantitative analysis 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 A species tree based on the number of accepted in-paralogs . . . . 3.2.2 Model for duplication rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 10 10 13 15

16 16 17 17 19 23 25 25

27 27 28 28 39

Contents

4 Qualitative analysis 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Duplication frequencies inDipteraandHymenoptera. . . . . . . 4.2.2 Speciation events and duplications . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Independence of gene duplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 GO Classification of expanded genes . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Detailed examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Summary

6 Zusammenfassung

7 References

Acknowledgements

Curriculum vitae

List of publications

6

43 43 45 45 46 48 49 58 65

66

69

72

80

81

82

List of Figures

1.1 1.2

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

4.1 4.2

Sub- and Neofunctionalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . In- and out-paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Clustering of in-paralogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . The rules for resolving overlapping groups of in-paralogs . . . . . . . . . Gene mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . In-paralog clusters merging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Two different phylogenetic tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phylogenetic Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Time Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Phylogeny tree based on in-paralogs in 21 species . . . . . . . . . . . . . Phylogeny tree based on in-paralogs in 12 species . . . . . . . . . . . . . Neighbor-Net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Accepted duplications frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparison of duplications from Homo sapiens to other species . . . . . Comparison of duplications from Gasterosteus aculeatus to other species X-axis corresponds to time going from present into the past . . . . . . .

Percentage values of number of genes of different biological processes . . Percentage values of number of genes of different cellular locations . . . .

12 14

19 20 21 22 23 24 26

31 32 34 35 37 38 41

54 56

4.3

4.4

Percentage values of number

Pyruvate

metabolism

.

.

.

.

of

.

genes

.

.

.

8

.

of

.

different

.

.

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molecular

.

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List of

processes

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Figures

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.

59

62