"Выполнение научно-исследовательских работ по теме "Применение мультифакторного бутстрэп-анализа для решения задач филогеномики многоклеточных животных" во время проведения стажировки в Центре функциональной эволюционной геномики Университета Аризоны, США".

Краткое описание проведенных научно-исследовательских работ:
  
1. Получены профессиональные консультации и практические навыки по использованию важнейших биоинформационных ресурсов, основанных на семействе алгоритмов поиска и иерархического кластирования последовательностей – BLAST. Освоены теоретические особенности работы этих алгоритмов и получены рекомендации по их тонкой параметризации для эффективного запрашивания баз данных по нуклеотидным и белковым последовательностям. Следующие алгоритмы были детально изучены: blastn, MEGABLAST, discontiguous MEGABLAST, белок-белковый BLAST (blastp), позиционно-специфичный итеративный BLAST (Position-Specific Iterated (PSI)-BLAST), структурный BLAST (Pattern-Hit Initiated (PHI)-BLAST), нуклеотид-белковый BLAST (blastx), белок-транслированный BLAST (tblastn), нуклеотид-транслированный BLAST (tblastx), обратный позиционно-специфичный BLAST (Reverse Position Specific BLAST, (RPS)-BLAST), Инструмент Определения Архитектуры Консервативных Белковых Доменов (Conserved Domain Architecture Retrieval Tool (CDART)).

2. Получены консультации по теоретическим основам метода максимального правдоподобия (МП), одного из основных современных методов реконструкции филогении. Освоен ряд статистических методов оценки параметров различных моделей эволюции, основанных на теоретическом предположении о независимости эволюции отдельных признаков (сайтов) и использующих критерии максимальной экономии (МЭ) или МП для восстановления предковых последовательностей на внутренних узлах дерева и вычислении числа различных типов замен. Получены практические навыки применения метода МП с использованием программных пакетов PAML v.3.14 (для случая аминокислотных последовательностей) и PAUP v.4b10 (для случая нуклеотидных последовательностей). В ходе стажировки получены консультации по применению ряда информационных критериев для выбора адекватной модели молекулярной эволюции и содержательной интерпретации результатов такого теста.

3. Проведены совместные исследования по разработке нового алгоритма построения дерева видов по матрице попарных генетических расстояний с использованием новой функции оптимизации его топологии. Алгоритм позволяет устранить важные методологические ограничения метода объединения ближайших соседей с сохранением высокой статистической достоверности результата при высокой скорости вычислений. Проведена работа по программной разработке исполняемого модуля, реализующего оригинальные алгоритмы конвертирования матрицы выравниваний в матрицу попарных расстояний, оптимизированного построения дерева видов на основе сравнения многих генов и проведения процедуры ресэмплинга для определения его статистической достоверности. Проведена работа по исследованию статистических особенностей процедуры мультифакторного бутстрэпа с применением нового алгоритма построения дерева.
Особенности процедуры мультифакторного бутстрэпа позволяют эффективно использовать этот метод в исследованиях по филогеномике для получения следующих сведений: (1) выявление маркеров, наиболее информативных для реконструкции определенных областей дерева видов; (2) выявление генов с функциями, сохраняющими фундаментальную важность на протяжении естественной истории; (3) выявление групп организмов, имеющих ключевое значение для установления структуры общего эволюционного древа; (4) критическая оценка способности данных на геномном уровне к установлению родства интересующих групп организмов; (5) определение направления работ по экспериментальному получению новых данных.

4. Проведены экспериментальные исследования по получению новых данных о структуре важных генетических маркеров у ряда групп (типов) многоклеточных животных. В частности, проведены молекулярно-биологические работы по выделению тотальной мРНК из лабораторных культур организмов (коловратки, тихоходки, катенулиды), постановке обратной транскрипции и ПЦР, клонированию, созданию кДНК-библиотек и их анализу. По результатам анализа библиотек у исследованных организмов впервые