Entwicklungsgeschichte von Genfamilien - Theorie und Algorithmen

Abstract

Das Verständnis der Beziehungen zwischen Genetik und evolutionären Innovationen erfordert die Rekonstruktion der Verwandtschaftsverhältnisse innerhalb von Genfamilien. Dafür werden oft graphentheoretische Methoden eingesetzt. Die Knoten und Kanten der Graphen repräsentieren dabei verwandte Gene bzw. messbare Daten wie die (Un-)Ähnlichkeit der Gensequenzen. Best- Match-Graphen enthalten gerichtete Kanten von jedem Gen zu dessen nächsten Verwandten und sind zentral in der Erkennung von Orthologen (≈ funktional äquivalente Gene der verschiedenen Spezies). Later-Divergence-Time-Graphen werden als erstes formales Modell s.g. impliziter Methoden der Inferenz horizontalen Gentransfers (HGT) präsentiert. Beide Graphenklassen werden charakterisiert. Ihr bisher in der Praxis ungenutztes Potenzial zur Rekonstruktion evolutionärer Szenarien wird algorithmisch zugänglich gemacht und durch Simulationen belegt. Damit liefert diese Arbeit die theoretischen Grundlagen für eine verbesserte automatisierte Erkennung von Orthologen und HGT.