Book club          Andreas Wagner,The Origins of Evolutionary Innovations              Chapter 2Book club presented by G. ...
Reminder:               Genotype network   A genotype network is a set of genotypes that have the same       phenotype, a...
Metabolic networks,          definitions (1)   Genotype: the set of      reactions that an      organism can      catalyz...
Each genotype is a                          metabolic networkMatias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plast...
Example of Genotype space00....00 10....00 110000 111000      Each genotype is represented as a 00.....1   10....10 …..  ...
Microbial genotype space00......0 10....00   110000     111000        In KEGG, there are about 5800 00......1 10....10   ...
Distribution of GeneticDistance among microbes                                                                           ...
Metabolic networks,          definitions (2)   Phenotype: whether that organism can survive on a      certain sugar as th...
Two metabolic genotype          networks   Yellow → can          0....0   …..   …..   …..         …..   …..     survive o...
Flux Balance Analysis (FBA)   Flux Balance Analysis is a computational technique   It allows to predict whether an organ...
Definitions, overview                                                                                                     ...
Exploring a Genotype              Network   Lets start from the genotype                                      00......0 1...
Exploring a Genotype         Networkalternative representation               [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 200...
Exploring glucose           genotype network   After 1000 simulations      of 10,000 mutations      of a genotype      ne...
Most neighbors have similar        phenotype00......0 10....00   110000     111000        E.coli can catalyze ~726 reacti...
Neighbors of genotypes in a    genotype network   Two genotypes of a      genotype network      have, by definition,     ...
Neighbors of genotypes in a   genotype network (1)   Neighbors of two      points of a genotype      network can be very ...
Neighbors of genotypes in a   genotype network (2)   Difference between      neighbors increases      with distance      ...
Take Home Messages   A metabolism can change a lot, while still      preserving the phenotype   Metabolic networks are r...
Definitions, overviewMatias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and innovations in complex metabol...
Wagner chapter 2
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Wagner chapter 2

767

Published on

Book club on "Origins of Evolutionary Innovations" by A. Wagner

http://bioinfoblog.it/

Published in: Automotive, Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
767
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
3
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Wagner chapter 2

  1. 1. Book club Andreas Wagner,The Origins of Evolutionary Innovations Chapter 2Book club presented by G. M. DallOlio, Pompeu Fabra, IBE-CEXS
  2. 2. Reminder: Genotype network A genotype network is a set of genotypes that have the same  phenotype, and are connected by single pairwise differences AAAAA AAAAC AAAAG AAAAT AAATT AAACA AAACC AAACG AAACT AAATC AACCA AACCC AACCG AACCT ….. ACCCA ACCCC ACCCG ACCCT ….. CCCCA CCCCC CCCCG CCCCT ….. ….. ….. ….. ….. ….. Yellow = same phenotype = a genotype network Note: genotype network == neutral network
  3. 3. Metabolic networks, definitions (1) Genotype: the set of  reactions that an  organism can  catalyze It also represents the  metabolic network of  an organism  Represented as a binary  [1]: A. Wagner, The Origins of Evolutionary Innovations. Figure 2.1 string
  4. 4. Each genotype is a metabolic networkMatias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS computational biology, 5(12),  p.e1000613. 
  5. 5. Example of Genotype space00....00 10....00 110000 111000  Each genotype is represented as a 00.....1 10....10 ….. ….. binary string00....10 10..110 ….. …..00..1..0 ….. ….. …..00.1...0 ….. ….. …..….. ….. ….. ….. [1]: A. Wagner, The Origins of Evolutionary Innovations. Figure 2.1
  6. 6. Microbial genotype space00......0 10....00 110000 111000  In KEGG, there are about 5800 00......1 10....10 ….. ….. possible metabolic reactions 00....10 10..110 ….. ….. [1] for microbes00..1..0 ….. ….. …..00.1...0 ….. ….. 111110  There are 2^5800 possible ….. 0...1....1 ….. 111111 genotypes….. ….. ….. …..….. ….. ….. …..  The metabolism of E.coli ….. ….. ….. ….. corresponds to a point in this ….. ….. 0.1.1..0 ….. space (example: the blue cell)….. ….. ….. …..….. ….. ….. …..….. ….. ….. …..….. ….. ….. ….. [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  7. 7. Distribution of GeneticDistance among microbes  On average, two  different microbes  share only 33% of  reactions  Microbes living in the  same habitat can be  very differentWagner, A., 2009. Evolutionary constraints permeate large metabolic networks. BMC evolutionary biology, 9, p.231. Available at:http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2753571&tool=pmcentrez&rendertype=abstract
  8. 8. Metabolic networks, definitions (2) Phenotype: whether that organism can survive on a  certain sugar as the sole carbon source (...) [1]: A. Wagner, The Origins of Evolutionary Innovations. Figure 2.1
  9. 9. Two metabolic genotype networks Yellow → can  0....0 ….. ….. ….. ….. ….. survive on  0....1 ….. ….. ….. ….. ….. Glucose as sole  0...10 ….. ….. ….. ….. ….. 0..1.0 ….. ….. ….. carbon source 0.1..0 ….. ….. ….. Blue → can survive  0..... ….. ….. ….. on Alanine as  ….. ….. ….. ….. ….. ….. sole carbon  ….. ….. ….. source ….. ….. ….. ….. Green →  ….. ….. ….. ….. ….. ….. intersection  ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. …..
  10. 10. Flux Balance Analysis (FBA) Flux Balance Analysis is a computational technique It allows to predict whether an organism will  survive on a certain sugar as the sole carbon  source (….)
  11. 11. Definitions, overview  In this context, a  genotype network  is a network of  metabolic networksMatias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS computational biology, 5(12),  p.e1000613. 
  12. 12. Exploring a Genotype Network Lets start from the genotype  00......0 10....00 110000 111000 of E.coli (blue) 00......1 10....10 ….. ….. We can simulate single gene  00....10 10..110 ….. ….. additions/deletions and  00..1..0 ….. ….. ….. predict their effects using  00.1...0 ….. ….. 111110 ….. 0...1....1 ….. 111111 Flux Balance Analysis ….. ….. ….. ….. Each change must preserve  ….. ….. ….. ….. the ability to survive on  ….. ….. ….. ….. ….. ….. 0.1.1..0 ….. glucose as sole source of  ….. ….. ….. ….. carbon ….. ….. ….. ….. 1000 simulations, 10,000  ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. ….. mutations each
  13. 13. Exploring a Genotype Networkalternative representation [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  14. 14. Exploring glucose genotype network After 1000 simulations  of 10,000 mutations  of a genotype  network, average  distance is 0,76 → so, a metabolism  can change up to  76% of its reactions,  and still preserve the  ability to survive on  [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  glucose computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  15. 15. Most neighbors have similar phenotype00......0 10....00 110000 111000  E.coli can catalyze ~726 reactions00......1 10....10 ….. …..00....10 10..110 ….. …..  Genotype space: 5870 reactions00..1..0 ….. ….. …..00.1...0 ….. ….. 111110  226 reactions are essential to ….. 0...1....1 ….. 111111 preserve ability of using ….. ….. ….. ….. glucose….. ….. ….. …..  Only 3,6% (226/5870) of E.coli ….. ….. ….. …..….. ….. 0.1.1..0 ….. metabolomes neighbors can ….. ….. ….. ….. not survive on glucose only [1]….. ….. ….. …..….. ….. ….. …..….. ….. ….. ….. [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  16. 16. Neighbors of genotypes in a genotype network Two genotypes of a  genotype network  have, by definition,  the same phenotype. But what about their  neighbors? [1]: A. Wagner, The Origins of Evolutionary Innovations. Figure 2.6
  17. 17. Neighbors of genotypes in a genotype network (1) Neighbors of two  points of a genotype  network can be very  different (based on 1000  simulations) [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  18. 18. Neighbors of genotypes in a genotype network (2) Difference between  neighbors increases  with distance  (number of  mutations) [1]: Matias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and  innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS  computational biology, 5(12), p.e1000613. 
  19. 19. Take Home Messages A metabolism can change a lot, while still  preserving the phenotype Metabolic networks are robust to changes, it is  difficult to break its functionality
  20. 20. Definitions, overviewMatias Rodrigues, J.F. & Wagner, A., 2009. Evolutionary plasticity and innovations in complex metabolic reaction networks. PLoS computational biology, 5(12),  p.e1000613. 
  1. Gostou de algum slide específico?

    Recortar slides é uma maneira fácil de colecionar informações para acessar mais tarde.

×