Rekombination är en viktig evolutionär process som formar arkitekturen av genom och den genetiska strukturen av populationer. Även om det finns många statistiska metoder för att upptäcka återkombination från DNA-sekvenser, är deras absoluta och relativa prestanda fortfarande okänd. Här utvärderade vi prestandan av 14 olika rekombinationsdetektionsalgoritmer. Vi använde kolescensen med rekombination för att simulera DNA-sekvenser med olika nivåer av rekombination, genetisk mångfald och hastighetsvariation mellan olika platser. Rekombinationsdetektionsmetoder användes för dessa datamängder, och huruvida de upptäcktes eller inte återkombination registrerades. Olika rekombinationsmetoder visade tydlig prestanda beroende på mängden rekombination, genetisk mångfald och hastighetsvariation mellan olika platser. Modellen för nukleotidsubstitution enligt vilken data genererades verkade inte ha någon signifikant effekt. De flesta metoder ökar kraften med mer sekvensskillnader. I allmänhet verkar rekombinationsdetektionsmetoder fånga förekomsten av rekombination, men de är inte särskilt kraftfulla. Metoder som använder substitutionsmönster eller inkompatibilitet mellan platser var mer kraftfulla än metoder baserade på fylogenetisk inkongruens. De flesta metoder verkar inte leda till fler falska positiva resultat än vad som kan förväntas av en slump. Särskilt beroende på mängden av mångfald i data, kan olika metoder användas för att uppnå maximal effekt samtidigt minimera falska positiva. Resultaten som visas här kommer att ge viss vägledning i valet av den lämpligaste metoden för analys av de särskilda uppgifter som finns. R ekumbination, som här definieras som utbyte av genetisk information mellan två nukleotidsekvenser, är en viktig process som påverkar den biologiska utvecklingen på många olika nivåer. Rekombination förklarar en betydande mängd genetisk mångfald i naturliga populationer och i allmänhet gener belägna i regioner av genomet med låga nivåer av rekombination har låga nivåer av polymorfism. Rekombinationen omformar befintlig variation och skapar till och med nya varianter på aminosyranivå. Rekombinationen formar faktiskt den genetiska strukturen hos naturliga populationer (1, 2) och verkan av naturligt urval (3). Karaktärisering av återkombinationens roll över genom är av stort intresse. Studiet av rekombinationshändelser kommer att göra det möjligt för oss att bättre förstå dynamiken i genom (4, 5). Rekombinationen bryter ner kopplingens disequilibrium och följaktligen är karakteriseringen av rekombinationen nödvändig för genkartläggning, kvantitativ egenskapsloci och associationsstudier (6). Dessutom har rekombinationen en betydande inverkan på utvecklingen av flera humana patogener (7-9) och följaktligen på deras kliniska behandling och prevention. Dessutom är många tillämpningar inom biologi idag baserade på uppskattningen av fylogenetiska träd. Ett huvudantagande av de flesta fylogenetiska metoder är att det bara finns en phylogeny underliggande utvecklingen av de sekvenser som studeras. Rekombination bryter detta antagande genom att generera mosaikgener, där olika regioner har olika fylogenetiska historia. Genom att ignorera förekomsten av rekombination kan fylogenetisk analys allvarligt äventyras (10-13). Av alla dessa skäl blir den exakta upptäckten av återkombination från DNA-sekvenser mycket relevant, och ett antal metoder har faktiskt tagits fram för detta ändamål (D. L. Robertson, http: skagrinch.zoo.ox.ac.uk till RAPlinks.html). Förvånansvärt nog har endast ett fåtal studier försökt undersöka dessa metoders relativa prestanda (14-17). Även om dessa studier är användbara, har de varit begränsade i fråga om antalet metoder som jämförs och antalet utvärderade tillstånd. I praktiken kan forskarna inte göra ett objektivt urval av den lämpligaste metoden för att upptäcka rekombination i sina data. Här utför vi en omfattande analys av 14 olika metoder för att upptäcka rekombination för att bestämma relativ prestanda och tillhörande prestandaförhållanden. Vi simulerade DNA-sekvenser med olika hastigheter av rekombination, mångfald, och hastighet heterogenitet för att undersöka den statistiska kraften och frekvensen av falska positiva av de 14 olika rekombinationsdetektionsalgoritmer. En ordlista över termer beskrivs i tabell 1. För att studera den statistiska kraften (1-grad av typ II fel, eller sannolikheten för att förkasta nollhypotes-no rekombination-när det är falskt) och graden av falska positiva (typ I fel, eller sannolikheten för att förkasta nollhypotesen när det är sant) av de utvärderade metoderna, två uppsättningar av simuleringar utfördes. I den första uppsättningen (Simuleringar I, effektanalys; Tabell 2 ) simulerades en ökande rekombinationshastighet för olika variationsnivåer. I den andra uppsättningen (Simulations II, falska positiva, tabell 3 ) simulerades ökande hastighetsvariationer mellan olika platser för olika variationsnivåer och utan rekombination. Denna design gör det möjligt för oss att undersöka den förvirrande effekten av hastighetsvariation med rekombination (10). För varje uppsättning villkor simulerades 100 replikat. Det intervall av parametervärden som används i simuleringarna observeras vanligen i verkliga datamängder. Programvara för att utföra dessa simuleringar finns på begäran. Den allmänna simuleringsstrategin var: i) Simulera rekombinanta genealogier genom att använda kolescensen med rekombination. ii) Evolve nukleotidsekvenser på den simulerade genealogin för att erhålla en sekvensjustering. (iii) Tillämpa 14 olika metoder på simulerade data och registrera hur många gånger, av 100 replikat, en metod leder till förekomsten av rekombination. Kolescerande med rekombination. Flera genealogier för prover av n  på 10 sekvenser simulerades under kolescensen med återkombination (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (25) (26). I rekombination modellen genomförs här, det finns n sekvenser med l platser, och befolkningen består av N diploid individer. En kontinuerlig tids approximation används, och tiden skalas i enheter av 2N generationer. Rekombinationsfrekvensen () definieras som 4Nrl, där r är rekombinationshastigheten per anläggning per generation. Kolskimret byggs baklänges i tiden. Det är konstruerat genom att vänta på rekombination eller kolescerande händelser tills alla förfäder platser i n sekvenser har hittat en senast gemensam förfader (inte nödvändigtvis samma förfader för alla platser). Väntetiderna till en kolescerande händelse är exponentiellt fördelade med medel k (k) 1) till 2 (k är antalet sekvenser vid en given
Även om många av dessa metoder kan vara effektiva, deras prestanda är mycket beroende av deras parametervärden och graden av evolutionära händelser som bildade inmatningssekvenserna REF.
Evaluation of methods for detecting recombination from DNA sequences: Computer simulations
{'venue': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'journal': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Biology']}