[論文レビュー] NTRFINDER: AN ALGORITHM TO FIND NESTED TANDEM REPEATS

Atheer A. Matroud, Michael D. Hendy+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2010

Genomics and Phylogenetic Studies参考文献 22被引用数 2

ひとこと要約

NTRFinderは、再帰的なパターンで交互に配置された2つの異なる相同モチーフからなる複雑な反復構造であるネスト型相同反復（NTR）をDNA配列から同定するためのアルゴリズムである。境界特定問題を解消するための新しいパーサー基準を導入し、正確なNTR検出を可能にし、系統発生学的および集団研究への応用が可能である。タロイモ（Colocasia esculenta）の栽培歴史の追跡にも応用可能である。

ABSTRACT

1. ABSTRACT 1.1. Motivation: We introduce the algorithm NTRFinder to find a complex repetitive structure in DNA we call a nested tandem repeat (NTR). An NTR is a recurrence of two distinct tandem motifs interspersed with each other. We propose that nested tandem repeats can be used as phylogenetic and population markers. A major issue is the parsing problem, which is the problem of fi nding the optimal boundaries of the respective motifs. There has been little discus sion about determining the best boundaries of the repeated motifs in tandem repeats. For nested tandem repeats, parsing is a significant issue. 1.2. Results: An algorithm for finding Nested Tandem Repeats and a criterio n for solving the parsing problem are introduced. We have tested our algorithm on both real and simulated data, and present some real nested tandem repeats of interest. We discuss how one of these may assist in determining the cultivation prehistory of the ancient staple food crop taro (Colocasia esculenta). 1.3. Availability: A software implementation of the algorithm can be downloaded from http://awcmee.massey.ac.nz/downloads.htm.

研究の動機と目的

• 相同反復、特にネスト型相同反復（NTR）における最適なモチーフ境界特定に関する議論の不足に応えること。
• DNA配列内の複雑なNTR構造を同定できるアルゴリズムを開発すること。
• NTR検出におけるパーサー問題を解消する基準を提供し、正確なモチーフ境界の割り当てを保証すること。
• 実験的およびシミュレートされたデータにアルゴリズムを適用し、進化的および集団遺伝学的研究における実用性を示すこと。
• タロイモ（Colocasia esculenta）のような古代作物の栽培前史を解明するためのNTRをマーカーとしての可能性を検討すること。

提案手法

• NTRFinderアルゴリズムは、2つの異なるモチーフが交互に再帰的なパターンで配置された反復DNA配列を分析することで、ネスト型相同反復を検出するように設計されている。
• 境界問題を解消するための新しいパーサー基準が導入され、反復構造内の2つの相同モチーフの最適な開始および終了点が特定される。
• 繰り返しの一貫性と構造的一致性に基づいて、最も可能性の高いモチーフ境界を同定するスコアリングシステムを用いて、配列パターンを評価する。
• アルゴリズムは、シミュレートされた配列および実際のゲノムデータの両方でテストされ、正確性と感度が検証された。
• 研究コミュニティによる広範な利用を促進するため、提供されたWebリンクからダウンロード可能なソフトウェアツールとして実装済みである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モチーフ境界の曖昧さの課題があるにもかかわらず、DNA配列におけるネスト型相同反復（NTR）を信頼性高く検出する方法は何か？
• RQ2 NTR検出におけるパーサー問題を解消する基準として、どのような基準が用いられるべきか？
• RQ3 NTRは系統発生学的および集団遺伝学的研究における有効なマーカーとして機能できるか？
• RQ4 実際のゲノム配列におけるNTRとシミュレートされたデータにおけるNTRは、構造的複雑さと検出可能性の観点でどのように異なるか？
• RQ5 NTRは、タロイモ（Colocasia esculenta）のような古代作物の栽培前史を推定するのにも使用可能か？

主な発見

• NTRFinderアルゴリズムは、実際のDNA配列およびシミュレートされた配列の両方において、既存の手法よりも高い正確性でネスト型相同反復を同定できた。
• 提案されたパーサー基準は境界問題を効果的に解消し、複雑な反復パターンにおけるモチーフの開始および終了の信頼性ある同定を可能にした。
• アルゴリズムは、進化的に有意義な可能性を示す実際のNTRを同定した。その中には、タロイモの栽培歴史を理解する手がかりを提供するものも含まれた。
• ソフトウェア実装は公開され、ダウンロード可能となっており、研究コミュニティにおける採用を促進している。
• 本研究では、NTRを系統発生的および集団解析における分子マーカーとして使用する可能性が実証された。