Lisää rekombinaatiosta ja valinnasta sukupuolisuhteen vääristymän modifiointiteoriassa (2023)

Muuttokuorman merkitys vastaanottajapopulaatioiden evoluutiossa on dokumentoitu pitkään populaatiogenetiikassa, mutta sen vaikutuksia ei ole liitetty puolueellisten sukupuolisuhteiden muodostumiseen luonnollisissa populaatioissa. Tässä tutkimuksessa kehitämme yhden lokusmallin havainnollistamaan, kuinka vaelluskuorma voi muokata primaarisia ja sekundaarisia sukupuolisuhteita kaksikotisissa kasveissa, joissa sukupuolikromosomit (XX–XY tai vastaavat järjestelmät) määräävät sukupuolisen dimorfismin. Tuloksemme osoittavat, että vaelluskuormitus voi tuottaa joukon sukupuolisuhteita (naaras- ja urospuolueisista ensisijaisten ja toissijaisten sukupuolisuhteiden suhteista) riippuen gametofyytti- ja sporofyyttivaiheen valintajärjestelmistä ja vaeltavan siemenen sukupuolisuhteesta. Munasolujen abortti ja huonosti sopeutuvien geenien poistaminen vaeltavasta siitepölystä gametofyyttivaiheessa voivat muuttaa primaarista sukupuolisuhdetta ja epäsuorasti sekundaarista sukupuolisuhdetta. Maladaptiivisten sukupuoleen kytkeytyvien geenien esiintyminen vaeltavasta siitepölystä ja urosten siemenistä helpottaa naaraspuolueisten toissijaisten sukupuolisuhteiden lopputulosta, kun taas naaraspuolisten vaeltajien siemenistä peräisin olevien huonosti mukautuvien sukupuolisidonnaisten geenien esiintyminen voi johtaa miespuolueeseen. toissijaiset sukupuolisuhteet. Vaeltavasta siitepölystä ja siemenistä peräisin olevan Y-kromosomin haitalliset vaikutukset voivat edistää naaraspuolisten primaaristen ja sekundaaristen sukupuolisuhteiden muodostumista. Nämä teoreettiset ennusteet korostavat vaihtoehtoista lähestymistapaa olemassa oleville sukupuolisuhdeteorioille tulkitakseen puolueellisten sukupuolisuhteiden muodostumista populaatioissa, jotka ovat alttiina maahanmuuttajien haitallisten geenien vaikutuksille.

Luonnonpopulaatioiden suhteellisten seksuaalikuolleisuuksien tulkitsemiseen on ehdotettu monia teorioita, mutta maahanmuuttajien epäadaptiivisten geenien vaikutuksia seksuaaliseen kuolleisuuteen ei ole tutkittu. Tässä tutkimuksessa tutkin systemaattisesti muuttokuorman ominaisuuksia kaksikotisissa kasveissa, joissa sukupuolidimorfismi määräytyy sukupuolikromosomien (XX–XY tai vastaava järjestelmä) perusteella. Kaksi geenivirtauksen vaihetta (siitepöly ja siemen) ja kaksi valintavaihetta (gametofyytti ja sporofyytti) tutkitaan yhdessä yhden ja kahden lokuksen tapauksissa. Yleiset tulokset osoittavat, että useat tekijät, mukaan lukien huonosti adaptiiviset alleelitiheydet siirtolaisissa, muuttonopeus, valinta ja kytkentäepätasapaino, voivat yksitellen tai yhdessä muuttaa suhteellisia sukupuolikuolleisuutta joko gametofyytti- tai sporofyyttivaiheessa tai molemmissa. Kun sukupuolten välillä on samat arvot siirtogeenien esiintymistiheyteen liittyvissä parametreissä ja kaksivaiheisissa valintakertoimissa additiivisen elinkelpoisuusmallin mukaan (ilman Y-kromosomi- ja kytkentäepätasapainovaikutuksia), keskimääräinen kuolleisuus munasoluissa on suurempi kuin siitepölyssä, koska urokset eivät peri sopeutumattomia geenejä vaeltavasta siitepölystä. Keskimääräinen kuolleisuus yksilöä kohden homogameettisessa sukupuolessa on lähes kaksi kertaa suurempi kuin heterogameettisessa sukupuolessa sporofyyttivaiheessa. Additiivisen elinkelpoisuusmallin mukaan sukupuolikuolleisuus gametofyyttivaiheessa on negatiivisessa suhteessa suhteellisiin sukupuolikuolleisuuteen sporofyyttivaiheessa.

Segregaatiohäiriöt ovat geneettisiä elementtejä, jotka häiritsevät heterotsygoottisten genotyyppien meioottista erottelua. Vastaavat geenit ovat "ultraitsekkäitä" siinä mielessä, että ne pakottavat oman leviämisensä populaatioon vaikuttamatta positiivisesti niitä kantavien organismien kuntoon. Tarkastellaan tässä autosomaalisia kaksipaikkaisia ​​käyttöjärjestelmiä, jotka koostuvat "tappajapaikasta" ja "kohdelokuksesta". Diploidipopulaatiodynamiikka on approksimoitu pelin dynaamisella mallilla, joka johtaa replikaattoriyhtälöihin. Tutkimme yksityiskohtaisesti SD-järjestelmän dynamiikkaaDrosophila melanogasterja kahden tappajaalleelin kilpailu samassa geenilokuksessa. Osoitamme, että heterokliiniset syklit ovat yleinen houkutintyyppi segregaatiovääristymäjärjestelmien malleissa, kun taas niitä esiintyy harvoin malleissa, joissa on Mendelin segregaatio.

Selektiivisesti neutraalin rekombinaation modifioijan kehitystä tutkitaan päägeenien eri valintaolosuhteissa. Äärillisessä populaatiossa suoritetaan simulaatiotutkimus, jossa fenotyyppi lasketaan additiivisesti genotyypistä 20 geenin kohdalla. Sopivuuden katsotaan olevan fenotyypin funktio ja näytämme, että kun tämä funktio on erittäin rosoinen, alhaisella rekombinaatiolla on vahva etu. Kun toiminto on tasainen ja häiritsevän valinnan tyyppinen, korkeaa rekombinaatiota voidaan suosia sekä äärellisissä että erittäin suurissa populaatioissa. Deterministisessä numeerisessa tutkimuksessa hajottavasta valinnasta kahdella lokuksella osoitetaan, että rekombinaation kehitys riippuu alkutaajuuksista valituissa lokuksissa, valinnan tarkasta muodosta ja valinnan voimakkuudesta. Yleensä, kun valinta on häiritsevää ja erittäin voimakasta, on mahdollista löytää olosuhteet, joissa korkeampaa rekombinaatiota suositaan.

Current Opinion in Systems Biology, osa 12, 2018, s. 30-36

Influenssa A -virustartunnan matemaattinen mallintaminen on lisääntynyt useiden viime vuosien aikana. Molempiin sovelletut mallitinvitrojaasuntiedot ovat antaneet tärkeää uutta ymmärrystä viruksen kinetiikasta, immuunivasteen eri komponenttien roolista, ei-tarttuvien influenssa A -viruspartikkelien merkityksestä, lääkehoidosta ja resistenssistä sekä vuorovaikutusmekanismeista bakteerien yhteisvaikutuksen aikana. infektiot. Tarkastelemme näitä panoksia matemaattisten mallien avulla keskittyen useiden viime vuosien aikana tehtyihin tutkimuksiin. Edistymisen jatkamiseksi painotamme vankkoja data- ja parametriarviointimenetelmiä.

Trends in Ecology & Evolution, osa 33, numero 7, 2018, s. 504-512

Biologiset järjestelmät koostuvat elementeistä, jotka ovat vuorovaikutuksessa hierarkkisten tasojen sisällä ja niiden välillä. Esimerkiksi geenien välinen vuorovaikutus määrää yksilöiden ominaisuuksia, yksilöiden välinen kilpailu- ja yhteistyövuorovaikutus vaikuttaa populaatiodynamiikkaan ja lajien välinen vuorovaikutus yhteisöjen ja ekosysteemiprosessien dynamiikkaan. Tällaisia ​​järjestelmiä voidaan esittää hierarkkisina verkkoina, mutta niillä voi olla monimutkaista dynamiikkaa, kun hierarkian tasojen välillä esiintyy keskinäisiä riippuvuuksia. Ehdotamme ekologisten ja evoluutioprosessien integrointia hierarkkisiin verkostoihin tutkiaksemme biologisten järjestelmien keskinäisiä riippuvuuksia. Yhdistämme geeniverkostot, jotka ovat petojen ja saaliseläinten piirteiden jakautumisen taustalla, ravintoverkkoihin. Lähestymistapamme käsittelee pitkäaikaisia ​​kysymyksiä siitä, kuinka monimutkaiset ominaisuudet ja lajinsisäinen piirteiden vaihtelu vaikuttavat biologisten tasojen keskinäisiin riippuvuuksiin ja metaekosysteemien vakauteen.

Journal of Rail Transport Planning & Management, 10. osa, 2019, s. 46-61

Rautateiden tavaraliikenteen suunnitteluongelman tavoitteena on määrittää matkasuunnitelmat erilaisten tavaratarpeiden kuljettamiseen tietyn ajanjakson sisällä. Koska rahtikuljetukset suoritetaan tyypillisesti junavaunujen tai korttelin ryhmälle, on tehtävä päätökset oikeasta tai optimoidusta tukosta. Estopäätösten integroiminen matkan suunnitteluprosessiin on haastava ongelma. Tässä tutkimuksessa ehdotetaan optimointimallia, jolla määritetään kysyntäauton reitti lähtöpisteestä määränpäähän, kuljetettavat lohkot ja määrättyjen junien järjestys ottaen huomioon junaliikenteen aikataulu sekä juna- ja pihakapasiteettia. Ehdotetulla mallilla, joka on samanlainen kuin monitavaraverkon suunnittelumalli, on epälineaariset funktiot, jotka kuvaavat vaarallisten materiaalien riskejä, jotka on minimoitava. Esikäsittelymenettelyä kehitetään ehdotetun mallin uudelleen muotoilemiseksi tehokkaamman laskennan aikaansaamiseksi ja heuristinen ratkaisumenetelmä realistisen tavaraliikenteen ongelman ratkaisemiseksi käytännössä. Numeeriset esimerkit esitetään havainnollistamaan kehitettyä matemaattista mallia ja ratkaisumenettelyä.

Current Opinion in Insect Science, osa 16, 2016, s. 58-63

Helppo huolto, hallittu paritus ja lyhyt sukupolviaikaCardiocondyle tummempimielenkiintoinen malli sosiaalisten hyönteisten ikääntymisen tutkimukseen. Tämän muurahaisen avulla olemme alkaneet tutkia läheistä genomista suhdetta parittelun ja ikääntymisen välillä. Vaikka parittelulla on yleensä myönteinen vaikutus ja tuloksena on hedelmälliset kuningattaret, joilla on pitkä elinikä, mutta jyrkästi hidastunut aineenvaihdunta, parittelu voi myös heikentää kuningattaren kuntoa dramaattisesti. Tässä tarkastellaan vuosikymmenen tutkimusta kuningattaren ikääntymiseen vaikuttavista tekijöistä ja verrataan näitä havaintoja mehiläisiä ja yksinäisiä ikääntymismalleja koskeviin tutkimuksiin. Lopuksi annamme lyhyen näkemyksen siitä, mitä tältä mallilta odotetaan tulevina vuosina.

Current Biology, osa 30, numero 7, 2020, s. 1329-1338.e7

Interhomologicrossoverit (CO:t) ovat edellytys tarkan kromosomien segregaation saavuttamiselle meioosin aikana [1,2]. CO:t eivät ole satunnaisesti sijoitettuja, vaan niitä esiintyy eri genomivälein meioosin aikana kaikissa tutkituissa lajeissa [3,4,5,6,7,8,9,10]. CO-aseman roolia tarkan kromosomien erottelun päätekijänä ei ole aiemmin analysoitu suoraan metazoanissa. Täällä käytämmespo-11mutantit, joista puuttuu endogeeniset DNA:n kaksoisjuostekatkot (DSB:t) indusoimaan yksittäinen DSBMooses 1transposonileikkaus määritellyissä kromosomipaikoissaC.elegansiturata ja osoittavat, että tuloksena olevan CO:n sijainti vaikuttaa suoraan erillisten kromosomialidomeenien muodostumiseen meioottisen kromosomien uudelleenmuodostumisen aikana. CO:n muodostuminen autosomien tyypillisesti CO-puutteellisella keskusalueella johtaa sisarkromatidin koheesion ja kromosomien hajoamisen ennenaikaiseen menettämiseen, kun taas keskipisteen ulkopuolella olevat CO:t, kuten villityypissä, voivat johtaa normaaliin uusiutumiseen ja tarkkaan segregaatioon. Ionisoivan säteilyn (IR) indusoimat DSB:t johtavat samoihin tuloksiin, ja IR-annosvasteen mallinnus paljastaa, että CO-epäsuotuisa keskusalue kattaa jopa 6 % kromosomin kokonaispituudesta. Telomeerien läheisyydessä olevat DSB:t muodostavat harvoin CO:ita, mikä johtuu todennäköisesti epästabiilien rekombinaatiovälituotteiden muodostumisesta, joita ei voida ylläpitää chiasmata-muodossa ennen myöhäistä profaasia. Työmme tukee mallia, jossa CO-aseman säätely varhaisessa meioottisen profaasin vaiheessa vaaditaan kromosomien aladomeenien oikeaa nimeämistä ja normaalia kromosomien uudelleenmuotoilua myöhäisessä meioottisessa profaasissa I, mikä johtaa tarkkaan kromosomien segregaatioon ja tarjoaa mekanismin aneuploidisten sukusolujen muodostumisen estämiseksi.

Future Generation Computer Systems, osa 88, 2018, s. 764-775

Mosquito-Borne Diseases (MBD:t) ovat tappavia tartuntatauteja, jotka tarttuvat nopeasti tartunnan saaneiden hyttysten kautta ihmisiin tai tartunnan saaneelta henkilöltä toiselle, mikä lisää merkittävästi maailmanlaajuista sairastuvuutta ja kuolleisuutta. MBD:n oireet ovat lähes samankaltaisia ​​keskenään, mikä tekee tietyn taudin diagnosoimisesta melko vaikeaa. Potilas on kuitenkin diagnosoitava asianmukaisen hoidon ja tartunnan saaneiden potilaiden jatkuvan seurannan varmistamiseksi MBD-infektion hallitsemiseksi. Sumupilviavusteiseen kyberfyysiseen järjestelmään perustuvat terveydenhuoltopalvelut ovat nousemassa ennakoivaksi ja tehokkaaksi ratkaisuksi MBD-sairauksista kärsivien tartunnan saaneiden käyttäjien etävalvontaan ja varhaiseen havaitsemiseen. Sumupilveen perustuva kyberfyysinen järjestelmä mahdollistaa fyysisen tilan laitteiden eli älykkäiden puettavien laitteiden, IoT-anturien ja älykameroiden yhdistämisen kyberavaruuteen tarvittavan tiedon tuottamiseksi. Myöhemmin se käyttää kyberavaruutta omaksuakseen, analysoidakseen ja jakaakseen lääketieteellistä tietoa käyttäjien ja terveydenhuollon palveluntarjoajien kesken. Uutta IoT-antureisiin, pilvilaskentaan ja sumulaskentaan perustuvaa järjestelmää ehdotetaan MBD-tartunnan saaneiden käyttäjien erottamiseksi, luokittelemiseksi ja seuraamiseksi. Tämän järjestelmän tavoitteena on hallita MBD-taudin puhkeamista varhaisessa vaiheessa. Ehdotetussa järjestelmässä lasketaan samankaltaisuuskerroin MBD:iden erottamiseksi, ja sitten J48-päätöspuuluokittajaa käytetään infektioluokan luokitteluun jokaiselle käyttäjälle. Hälytykset luodaan välittömästi ja lähetetään käyttäjän matkapuhelimeen sumukerroksesta, jos havaitaan poikkeavuuksia. Radiotaajuustunnistusta (RFID) käytetään havaitsemaan käyttäjien välinen läheisyys. Temporal Network Analysis (TNA) -analyysiä käytetään seuraamaan ja esittämään MBD-epidemian tämänhetkistä tilaa lähietäisyydeltä saatujen tietojen avulla. Ehdotetun järjestelmän kokeelliset arvioinnit johtivat suureen tarkkuuteen ja alhaiseen virheprosenttiin MBD:iden erottamiseksi ja tarjosivat myös 94 %:n luokitustarkkuuden. Tulokset paljastavat myös, että TNA on tehokas työkalu MBD-epidemian tilan arvioimiseen useiden tilastollisten parametrien avulla.