GLADE: Accurate inference of Gains, Losses, Ancestral genomes, and Duplication Events for comparative genomics

Immaginate la storia della vita sulla Terra come un enorme e vasto albero genealogico. Nel corso di milioni di anni, i diversi rami di questo albero (le specie) hanno costantemente riorganizzato i loro "kit di attrezzi" genetici. A volte ne acquisiscono di nuovi (guadagni), a volte ne scartano di vecchi (perdite) e a volte ne creano copie extra per un nuovo scopo (duplicazioni).

Gli scienziati desiderano da tempo mappare esattamente quando e dove sono avvenuti questi cambiamenti per capire come le specie si siano adattate ai loro ambienti. Tuttavia, osservare i disordinati kit di attrezzi moderni di diverse specie è come cercare di indovinare come fosse l'officina di un bisnonno guardando solo gli attrezzi sparsi nei garage dei suoi nipoti. È incredibilmente difficile capire cosa ci fosse originariamente e cosa sia stato aggiunto o perso in seguito.

Entra in scena GLADE.

Pensate a GLADE come a un detective ad alta potenza che viaggia nel tempo e si specializza in genealogia. Il suo compito è prendere un elenco standard di relazioni genetiche (nello specifico, l'output di uno strumento popolare chiamato OrthoFinder) e ricostruire l'intera storia di ogni singolo "kit di attrezzi" (ortogruppo) attraverso l'albero genealogico.

Ecco come funziona in termini semplici:

• L'Input: Fornite a GLADE una cartella di dati che raggruppa già geni simili tra loro. Non ha bisogno di nulla di sofisticato; gli basta la mappa standard di chi è imparentato con chi.
• Il Processo: GLADE osserva i rami dell'albero genealogico e si chiede: "Questa specie ha acquisito un nuovo strumento? Ha perso un vecchio strumento? Ha copiato uno strumento per crearne uno di scorta?". Lo fa per ogni singolo ramo, riavvolgendo efficacemente il tempo per ricostruire l' "officina" (genoma) di ogni antenato ad ogni biforcazione dell'albero.
• L'Output: Vi consegna una storia completa, ramo per ramo. Potete vedere cosa possedevano gli antenati prima di dividersi in diverse specie e potete vedere il momento preciso in cui un gene specifico è stato acquisito o perso.

Perché è una cosa importante?

Gli autori hanno testato GLADE contro altri metodi utilizzando sia dati del mondo reale che simulazioni al computer. Hanno scoperto che GLADE è come un paio di occhiali più nitidi rispetto a qualsiasi altro strumento attualmente disponibile. Identifica guadagni, perdite e duplicazioni con una precisione molto più elevata, il che significa che commette meno errori nel dedurre come fossero gli antenati.

Un esempio reale dal paper

Per dimostrare le sue capacità, i ricercatori hanno usato GLADE per studiare 78 diverse specie di mammiferi. Erano particolarmente interessati ad animali che mangiano formiche e termiti (come i formichieri e gli aardvark).

Tracciando la storia dei geni, GLADE ha scoperto un modello affascinante: sui rami che portano a questi specifici mammiferi insettivori, si sono verificati ripetuti casi in cui i geni relativi alla formazione dei denti sono stati "scartati" (persi). Questo è accaduto indipendentemente in diverse linee evolutive. È come se la natura si fosse resa conto che "Non abbiamo più bisogno dei denti per mangiare le formiche" e avesse cancellato i progetti per essi più volte. Ciò ha rivelato una firma genomica convergente nascosta — una strategia genetica condivisa — dietro la loro dieta unica.

In breve, GLADE è un nuovo strumento altamente accurato che aiuta gli scienziati a leggere le note a margine della storia evolutiva, mostrando esattamente come le specie abbiano acquisito, perso e copiato i loro strumenti genetici per sopravvivere e prosperare. Lo strumento e le sue istruzioni sono liberamente disponibili per chiunque voglia usarli.