11、杂交与基因组重排：机制、算法与应用

杂交与基因组重排：机制、算法与应用

一、引言

新物种的快速出现往往与现有物种的杂交密切相关。这些亲本物种通常亲缘关系较近，但表型可能差异显著。杂交在植物界尤为普遍，本文主要探讨两种杂交过程：基因组融合和种间受精。

（一）研究目标

• 对于基因组融合，我们旨在根据现代基因组以及基因来源信息，重建祖先杂交基因组，并分析其进化的两个阶段：基因组内和基因组间重排。
• 对于种间受精，我们假设通过计算两个亲本基因组和杂交基因组的中位数，可以找到杂交基因组稳定化的关键阶段。

（二）基本定义

• 基因组 (G) 由 (N) 条染色体 (G_1, \cdots, G_N) 组成。每条染色体是一组有符号（+ 或 -）的基因序列，每个基因在所有染色体中仅出现一次。
• 对于字符串 (X = x_1, \cdots, x_m)，(-X) 表示其反转字符串 (-x_m, \cdots, -x_1)。
• 重排操作包括：
  • 倒位（Inversion）：染色体的任意子串反转。
  • 易位（Translocation）：两条染色体（一条或两条反转）交换任意长度的前缀。
  • 融合（Fusion）：易位的一种特殊情况，其中一条染色体的前缀为整条染色体，另一条为 null。
  • 分裂（Fission）：易位的另一种特殊情况，其中一条起始染色体为 null。

以下是重排操作的示意图：