遗传图谱和序列图谱的构建：基于遗传互作网络绘制细胞功能连接图
遗传图谱和序列图谱的构建：基于遗传互作网络绘制细胞功能连接图fij :双突变体适应度 Cij: 菌落大小，Cij = fij × t ×sij × e， 通过合成基因阵列（ SG A ）分析自动定义的突变体的组合结构对必需（ essential ）基因和非必须（ non essential ）基因间的遗传相互作用进行定量分析。基于多次重复试验得到的基因共同突变（缺失）后菌落大小和置信度确定阳性和阴性遗传互作，其中规定阴性遗传互作得分 <0.35 。 所需变量以及分数计算方法如下所示：
Science：基于遗传互作网络绘制细胞功能连接图
国庆临近，不知道大家的学习态度是不是一如既往的踏实严谨，积极向上呢？反正小编已经开始无心学习，只想赶紧为祖国母亲庆生了！话虽然这么说，但现实却是该写的程序一个不能少写，该看的文章一篇不能少读，该完成的工作一件都不能少干。废话不多说了，让我们赶紧开始今天的文献解读之旅吧。今天小编想和大家分享的是一篇有点古老的文章，是16年9月发表在science上的。虽然并不是最近两年发表的，但工作有趣，富含启发性，配图经典，还是很值得我们借鉴的。这篇文章主要是基于遗传相互作用网络来绘制细胞功能的连接图。
基因组测序项目给我们提供了更多的遗传变异，但是我们通过遗传信息来预测遗传表型的能力仍然有限。另外，在很大程度上由于基因组广泛的缓冲，使得人的大多数的真核基因可有可无。通过探讨遗传相互作用程度揭示细胞功能，有助于理解复杂的表型，并发现遗传网络的一般原理。研究者通过构建 2300 多万个双突变体酵母，研究基因之间相互作用，识别出约 55 万对阴性和 35 万对阳性遗传相互作用，并建立酵母的全基因组遗传相互作用网络。在这个综合网络中，必要基因往往作为密集网络连接的枢纽，在生物体内有不可替代的作用。另外，通过对遗传相互作用图谱中相互作用的富集，使细胞功能层次模型的装配成为可能。通过功能分析，我们发现阴性互作包含更多功能相关的基因，映射核心生物过程，并确定多效基因，而阳性互作往往映射基因对之间的一般调控连接，不具有共享功能。通过遗传互作网络将基因间相互作用与蛋白复合物和通路模块等联系起来，以更好确定细胞间功能连接。
1. 遗传相互作用定量分析
通过合成基因阵列（ SG A ）分析自动定义的突变体的组合结构对必需（ essential ）基因和非必须（ non essential ）基因间的遗传相互作用进行定量分析。基于多次重复试验得到的基因共同突变（缺失）后菌落大小和置信度确定阳性和阴性遗传互作，其中规定阴性遗传互作得分 <0.35 。
所需变量以及分数计算方法如下所示：
Cij: 菌落大小，Cij = fij × t ×sij × e，
fij :双突变体适应度
t :培养时间
sij :其他实验因素，
e：随机噪声的对数正态分布。
fij = fifj eij（fi fj: 两个单突变体的适应度；eij：遗传互作分数 )
基于相互作用关系共构建出三个不同的遗传互作网络：
a.essential-essential基因杂交互作
b.nonessential-nonessential基因互作
c.a b的全基因互作
2. 相似性遗传互作网络的构造及功能注释。
特定基因的遗传相互作用谱由其特定的一组负性和正性遗传相互作用组成，属于相似生物学过程的基因往往具有共同的遗传相互作用，基因在相同的通路内或在复杂的通路内共同起作用，表现出相似的遗传相互作用谱。通过相互作用关系构造相似性网络，节点表示基因，边表示连接的基因对间具有相似遗传相互作用特征（相关系数>0.2）。与非必须基因相比，必需基因的相似性网络连接更为紧密，是非必须基因连接紧密程度的25倍。基于SAFE对网络功能进行注释，在三个相似性网络中注释到了不同的生物学过程。非必需基因的相互作用与液泡转运、过氧化物酶体和线粒体功能等有关，必需基因的相互作用与染色体分离、mRNA剪接和蛋白水解功能等功能更相关。
3. 基于不同的相关性系数（pcc）对基因和细胞功能进行分层。
接下来基于不同的相关性系数（pcc）对基因和细胞功能进行分层，一共分为三个层次，细胞组分(0. < PCC < 0.05)，生物组分(0.05 < PCC < 0.2)和通路或复合物(0.2 < PCC< 0.4)的相似性由小到大，所以其相关系数也由小到大。基于SAFE对不同pcc系数下的三个网络功能进行注释，注释到一些与相似性网络连接较为紧密的细胞组分，生物学过程和复合物/通路。
4. 定义多效性基因
多效性基因的失活可能增加群体中个体之间的表型变异，多效基因的识别有助于我们更好的了解表型差异的遗传基础。研究认为，如果一个基因的互作基因与某个功能涉及到的基因显著重叠，则认为该基因也具有调控该功能的作用，当一个基因可以调节多个功能时，我们认为其为多效基因。为了量化基因的多效性，我们将重点放在具有高度负向遗传相互作用的基因上，并开发了一个多效性评分系统，用于测量与这些基因相关的遗传相互作用谱的功能宽度。通过多效性评分对基因的多效性进行定量，其中得分最高的 30% 和最低的 30% 分别定义为为高多效性基因和低多效性基因。通过分析，我们发现高多效性基因主要包括那些具有蛋白质稳定或信号传导功能以及在细胞基本功能 ( 如翻译、 RNA 处理、囊泡运输、脂质代谢和辅酶 a 生物合成 ) 中发挥作用的基因。由于高多效性基因与许多功能多样的基因具有共同的遗传相互作用，因此它们往往不属于紧密连接的网络集群，而是更经常位于功能丰富的集群之外，分散在比较较稀疏的区域。相比之下，功能特异性高但多效性低的基因 ( 最低 30% 的多效性得分 ) 与相似网络中紧密相连的区域重叠的频率更高。
5. 预测新的基因功能
基于全遗传互作相似图，根据已知区域的位置和被富集的功能确定某些处于该区域或该区域附近的未知功能的基因的功能。经过研究发现ipa基因对细胞分裂和多腺苷磷酸化过程非常重要。 MTC2 MTC4 MTC6 CSF1 DLT1 and MAY24 genes 会使大尿氨酸生物合成途径代谢水平提高，抑制端粒覆盖。
6. 必需基因和非必需基因的阳性和阴性遗传相互作用
遗传相互作用网络包含了大部分非必需和必需基因，能够与其他功能信息进行全面的比较分析。可以通过非必需和必需的基因间遗传相互作用预测功能相关的基因对(图5B C)，另外关键基因之间的阴性相互作用与蛋白质-蛋白质相互作用有惊人的重叠(图5C)。例如，50%的必需基因对，其产物在物理上相互作用时也具有阴性相互作用，蛋白-蛋白相互作用是必需基因之间阴性相互作用的富集程度的10倍。同样，63%标注为同一必需蛋白复合物的基因对通过阴性遗传相互作用连接，共复合体必需基因对之间阴性向相互作用的富集程度约为15倍。事实上，个体间的阴性相互作用与基因间的相互作用谱相似性一样，都可以作为预测同一基本通路或复合物成员的信息来源，而这一特性对非必需基因并不适用(图S16)。这一观察表明细胞在同一基本通路或复合体中耐受多种部分功能缺失突变的能力下降。
7. 阳性，阴性遗传互作的生物学过程富集
进 一步通过生物过程之内的阳性，阴性遗传互作的富集，研究遗传相互作用在生物过程之内和之间的分布。 我们发现阳性相互作用更多的富集到连接必需基因和核相关功能的基因。 而阴性互 作更多富集到同一生物过程的遗传相互作用上（对角线）。
8. 遗传互作网络层次结构中阳性，阴性相互作用的体系结构。
分别研究在生物过程三个层次（细胞组分，生物组分和通路或复合物）中阳性，阴性互作的分布，我们发现非必需基因间的阳向相互作用表现出相似但较弱的趋势，相互作用的密度随着层次衍生簇的功能特异性逐渐增加(图6B)，通过非必需基因的阳向相互作用的大小可以预测非必需通路或复杂成员之间关系(图6D)。相反，在必要基因网络中检测到的阳性相互作用的密度与功能特异性无关。与映射到相同生物过程水平集群的基因对相比，关系较远的必需基因对更频繁地通过阳性相互作用连接在一起(图6B)。在必需(ExE 78%)和非必需(NxN 75%)基因相互作用网络中，大多数阳性相互作用基因对发生在远亲基因之间，其产物似乎在不同的细胞组分中发挥作用(图6C)。此外，我们没有观察到功能相似性与必需基因对之间的阳性相互作用大小之间的关系(图6D)。因此，必需基因之间的阳性互动似乎反映了功能上更为遥远的关系 。
9. 蛋白复合物内和之间的遗传互作。
与之前的研究结果一致，我们发现蛋白质复合物表现出高度相近的遗传相互作用模式。例如，许多被测试的蛋白复合物在一组编码蛋白复合物的基因内进行了基因相互作用的富集，结果更偏向于单一类型的相互作用（阳。阴），这表明编码相同复合物成员的基因之间基因相互作用的一致性。我们观察了数百个相互作用的例子，包括阴性(470)和阳性(192)相互作用，这些相互作用都连接着一对必需的和非必需的复合物，强调了遗传相互作用网络的高度组织性拓扑结构。
10. 蛋白复合物的功能连接图。
提取特定蛋白复合物的所有遗传相互作用，生成功能连接图，显示了一组基因、通路和生物过程由特定复合物的突变调节(图8A B)。
涉及roc（DNA复制起始位点相关集合），联锁功能相关的复合物均与DNA复制启动相关。
与19s蛋白酶体有关的负的遗传互作功能接线图
今天的内容大概就是这些啦，大家都理解的怎么样呢？来总结一下吧。本文通过构建2300多万个双突变体酵母，研究基因之间相互作用，识别出约55万对阴性和35万对阳性遗传相互作用，并建立酵母的全基因组遗传相互作用网络。通过多效性评分对基因的多效性进行定量，将得分最高的30%和最低的30%分别定义为高多效性基因和低多效性基因。分析发现，高多效基因（黄点）更多分布在连接比较稀疏区域，通常位于细胞簇外部，并执行维持细胞基本功能的作用；低多效基因（蓝点）主要分布在密集连接区域，一般具有特定功能。另外，通过对阳性，阴性遗传互作的生物过程进行富集，研究遗传相互作用在生物过程之内和之间的分布，我们发现阳性相互作用更多的富集到连接必需基因和核相关功能的基因，而阴性互作更多富集到同一生物过程的遗传相互作用上。
今天的文献解读到这里就要结束啦，祝祖国母亲生日快乐，也祝愿大家的科研，工作，学习和生活都能顺顺利利，在自己平凡的工作岗位上做出不那么普通的事，为祖国母亲的发展贡献出一份属于自己微薄之力！更美好的明天，我们一起加油吧!
