Vergleichende Analyse von aeroben und anaeroben Prokaryonten zur Identifizierung von Korrelationen zwischen Sauerstoffbedarf und funktionellen Gen-Assoziationsmustern

Die Aktivitäten von Prokaryonten sind von zentraler Bedeutung für die Gestaltung der Umwelt und werden auch stark von der Umwelt beeinflusst. Mit den erheblichen Fortschritten bei der Sequenzierung von Genomen und Metagenomen und den bald standardisierten Informationen über den ökologischen Kontext wird die umweltbezogene vergleichende Genomik die artenbezogene vergleichende Genomik ergänzen und aufzeigen, wie die Umwelt die prokaryotische Vielfalt geformt und erhalten hat. In diesem Beitrag berichten wir über unsere vorläufigen Studien zur Assoziationsanalyse eines bestimmten Duos von genomischen und ökologischen Merkmalen von Prokaryoten – funktionelle Assoziationsmuster zwischen Genen und Sauerstoffbedarfsbedingungen. Zunächst erstellen wir ein stochastisches Modell zur Beschreibung der Genanordnungen auf Chromosomen, auf dessen Grundlage die funktionelle Assoziation zwischen Genen quantifiziert wird. Die Maße für die funktionelle Assoziation zwischen Genen werden mit Hilfe der Ontologie für biologische Prozesse und KEGG-Weg-Annotationen validiert. Anschließend werden Student’s t-Tests an den aeroben und anaeroben Organismen durchgeführt, um diejenigen Genpaare zu identifizieren, die unter den beiden unterschiedlichen Sauerstoffbedarfsbedingungen unterschiedliche funktionelle Assoziationsmuster aufweisen. Da es schwierig ist, biologische Experimente zu planen und durchzuführen, um diese Genom-Umwelt-Assoziationsbeziehungen zu validieren, die sich aus langfristigen, akkumulativen Genom-Umwelt-Interaktionen ergeben haben, führen wir schließlich rechnerische Validierungen durch, um festzustellen, ob der Sauerstoffbedarfszustand eines Organismus auf der Grundlage der funktionellen Gen-Assoziationsmuster vorhersehbar ist. Die vorliegende Studie zeigt die Existenz und Bedeutung der Assoziationsbeziehungen zwischen bestimmten Gen-Gen-Funktions-Assoziationsmustern und den Sauerstoffbedarfsbedingungen von Prokaryonten sowie die Wirksamkeit der angewandten Methodik für eine solche Assoziationsanalyse.