A novel evolutionary model for constructing gene coexpression networks with comprehensive features

提出了一种构建具有综合特征的基因共表达网络的进化模型

背景:

揭示基因共表达网络的进化规律，对我们理解新基因的网络拓扑特性具有重要意义。然而，现有的进化模型大多只考虑了重复基因的进化，只考虑了基因的程度，忽略了其他关键的拓扑特性。新基因如何整合进祖先网络的进化机制尚未得到全面的描述。在此，基于人类核糖核酸测序(RNA-seq)数据，我们建立了一个新的基因共表达网络进化模型，该模型考虑了复制基因和新生基因的进化过程。

结果:

基于人类RNA-seq数据，我们构建了一个由8061个基因和638624个链接组成的基因共表达网络。我们发现该网络中有1394个重复基因和126个新生基因。然后根据人类基因年龄数据，再现了该基因共表达网络的进化过程，建立了新的进化模型。我们发现重复基因和新生基因的产生率分别约为3.58/Myr (Myr=Million year)和0.31/Myr。根据亲本基因的平均度和重复度，发现基因复制是一个随机过程。最终，复制基因只从父基因中继承12.89%的连接，保留的连接之间的边缘更小。此外，我们发现复制基因和新生基因都倾向于与具有较大程度和较大重复度的基因发生新的相互作用。我们提出的模型可以在已知新添加基因数量或进化时间长度的情况下生成一个进化网络。

结论:

基因复制和新生基因是形成共表达网络的两种主要的进化力量。复制基因和新生基因都通过在程度和重复度方面的“富富多得”机制来发展新的相互作用。这种机制导致了生物分子网络的无标度特性和层次结构。该模型能够构建具有综合生物学特性的基因共表达网络。

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