Предлагаемое введение в вычислительную эволюционную биологию сочетает два основных подхода в анализе данных о молекулярных последовательностях: изучение взаимного расположения биологических последовательностей в пространстве всех последовательностей и их движения в этом пространстве в процессе эволюции. Соответственно, в первой части книги рассматриваются классические методы анализа последовательностей: парное выравнивание, поиск точного совпадения строк, множественное выравнивание и скрытые марковские модели. В центре внимания второй части находятся задачи молекулярной эволюции: подробно рассматриваются филогенетические деревья, анализ изменчивости последовательностей и динамика генов в популяциях.
Кроме того, к учебнику прилагаются компьютерные программы с графическим интерфейсом, что позволяет читателю самому экспериментировать с рядом ключевых описываемых понятий. Книга предназначена для студентов и аспирантов биологических и других специальностей, изучающих вычислительную биологию и биоинформатику, а также для исследователей в области как молекулярной биологии, генетики, теории эволюции, так и теории вероятностей, алгоритмов и других разделов математики и информатики.

К изданию прилагается CD-диск.

Предисловие

ГЛАВА 1. Введение
1.1. Чтение и запись
1.2. Структура и предмет этой книги

ЧАСТЬ I. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В ПРОСТРАНСТВЕ
ГЛАВА 2. Оптимальное парное выравнивание
2.1. Что такое выравнивание?
2.2. Биологическая интерпретация проблемы выравнивания
2.3. Выравнивания с оценкой качества
2.4. Матрицы замен аминокислот
2.5. Число возможных выравниваний
2.6. Глобальное выравнивание
2.7. Секвенирование методом "дробовика" и выравнивание перекрывающихся последовательностей
2.8. Локальное выравнивание
2.9. Адаптация алгоритма для аффинной модели пробелов
2.10. Максимизирующие и минимизирующие схемы оценивания
2.11. Пример применения глобального, локального и перекрывающегося выравниваний
2.12. Резюме
2.13. Литература для дальнейшего чтения
2.14. Упражнения и демонстрации работы программ

ГЛАВА 3. Биологические последовательности и задача поиска точных вхождений строк
3.1. Точные и неточные совпадения строк
3.2. Наивное сравнение строк
3.3. Поиск строки за линейное время
3.4. Деревья
3.5. Сравнение множества с помощью деревьев ключевых слов
3.6. Суффиксные деревья
3.7. Построение суффиксных деревьев
3.8. Суффиксные массивы
3.9. Повторяющиеся последовательности в геномике
3.10. Выявление повторяющихся и уникальных подстрок
3.11. Максимальные повторы
3.12. Обобщенное суффиксное дерево
3.13. Задача самой длинной общей подстроки
3.14. k-несовпадения
3.15. Резюме
3.16. Дополнительное чтение
3.17. Упражнения и демонстрация работы программ

ГЛАВА 4. Быстрое выравнивание: сравнение геномов и поиск в базах данных
4.1. Глобальное выравнивание
4.2. Локальное выравнивание
4.3. Состав базы данных
4.4. Эвристические и оптимальные методы построения выравнивания
4.5. Приложение: выявление генных семейств
4.6. Статистика локальных выравниваний
4.7. Битовый вес
4.8. Резюме
4.9. Дополнительная литература
4.10. Упражнения и демонстрации работы программ

ГЛАВА 5. Множественное выравнивание последовательностей
5.1. Оценивание множественных выравниваний
5.2. Построение множественного выравнивания методом динамического программирования
5.3. Эвристическое множественное выравнивание
5.4. Резюме
5.5. Дополнительное чтение
5.6. Вопросы и упражнения

ГЛАВА 6. Профили последовательностей и скрытые марковские модели
6.1. Анализ с использованием профилей
6.2. Скрытые марковские модели
6.3. Профильные скрытые марковские модели
6.4. Резюме
6.5. Дополнительная литература
6.6. Упражнения и демонстрация работы программ

ГЛАВА 7. Предсказание генов
7.1. Что такое ген?
7.2. Поиск генов вычислительными методами
7.3. Меры точности предсказания генов
7.4. Ab initio методы предсказаний: поиск сигналов и анализ
7.5. Сравнительные методы
7.6. Проблемы и перспективы
7.7. Резюме
7.8. Дальнейшее чтение
7.9. Упражнения

ЧАСТЬ II. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ВО ВРЕМЕНИ
ГЛАВА 8. Филогения
8.1. А было ли дерево? - Статистическая геометрия
8.2. Теория отображений правдоподобия
8.3. Число возможных филогений
8.4. Методы, основанные на расстояниях
8.5. Метод максимальной экономии
8.6. Метод максимального правдоподобия
8.7. Поиск в пространстве деревьев
8.8. Оценка значимости филогений с помощью бутстрепа
8.9. Резюме
8.10. Дальнейшее чтение
8.11. Упражнения и вопросы

ГЛАВА 9. Изменчивость последовательностей и молекулярная эволюция
9.1. Летопись прошлых событий
9.2. Мутации и замены
9.3. Молекулярные часы
9.4. Явные модели молекулярной эволюции
9.5. Оценивание скорости эволюции
9.6. Кодирующие последовательности: синонимичные и несинонимичные замены
9.7. Замены в глобиновых последовательностях
9.8. Применение Ka/Ks-теста
9.9. Резюме
9.10. Дополнительная литература
9.11. Упражнения

ГЛАВА 10. Гены в популяциях: проспективный анализ
10.1. Полиморфизм и генетическое разнообразие
10.2. Теория нейтральной эволюции
10.3. Проспективное моделирование эволюции
10.4. Нейтральная модель Райта-Фишера
10.5. Добавление в модель мутаций
10.6. Равновесие между дрейфом и мутациями
10.7. Выборки аллелей из популяций
10.8. Отбор
10.9. Резюме
10.10.Дополнительная литература
10.11.Упражнения и демонстрация работы программ

ГЛАВА 11. Гены в популяциях: ретроспективный анализ
11.1. Генеалогии особей и генеалогии генов
11.2. Проспективный и ретроспективный подходы
11.3. Коалесцент
11.4. Коалесцентные и филогенетические деревья
11.5. Модель бесконечного числа сайтов и число SNP
11.6. Математические свойства нейтрального коалесцента
11.7. Пример моделирования
11.8. Рекомбинация
11.9. Отбор
11.10.Сочетание рекомбинации и отбора
11.11.Резюме
11.12.Дополнительная литература
11.13.Упражнения и демонстрация работы программ

ГЛАВА 12. Проверка эволюционных гипотез
12.1. Тест Хадсона-Крейтмана-Агуаде (HKA)
12.2. Тест Тадзимы
12.3. Тест Фу и Ли
12.4. Тест Макдональда-Крейтмана
12.5. Минимальное число рекомбинационных событий
12.6. Выявление неравновесия по сцеплению
12.7. Имплементация
12.8. Резюме
12.9. Упражнения и демонстрация работы программ

ПРИЛОЖЕНИЕ A. bioinformer
ПРИЛОЖЕНИЕ B. Теория вероятностей
ПРИЛОЖЕНИЕ C. Молекулярная биология. Рисунки и таблицы
ПРИЛОЖЕНИЕ D. Ресурсы

Ответы к упражнениям
Литература
Глоссарий
Именной указатель
Предметный указатель