• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제13권4호
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• pp.1765-1794
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• 2019

Genetic Programming (GP) is an intelligence technique whereby computer programs are encoded as a set of genes which are evolved utilizing a Genetic Algorithm (GA). In other words, the GP employs novel optimization techniques to modify computer programs; imitating the way humans develop programs by progressively re-writing them for solving problems automatically. Trial programs are frequently altered in the search for obtaining superior solutions due to the base is GA. These are evolutionary search techniques inspired by biological evolution such as mutation, reproduction, natural selection, recombination, and survival of the fittest. The power of GAs is being represented by an advancing range of applications; vector processing, quantum computing, VLSI circuit layout, and so on. But one of the most significant uses of GAs is the automatic generation of programs. Technically, the GP solves problems automatically without having to tell the computer specifically how to process it. To meet this requirement, the GP utilizes GAs to a "population" of trial programs, traditionally encoded in memory as tree-structures. Trial programs are estimated using a "fitness function" and the suited solutions picked for re-evaluation and modification such that this sequence is replicated until a "correct" program is generated. GP has represented its power by modifying a simple program for categorizing news stories, executing optical character recognition, medical signal filters, and for target identification, etc. This paper reviews existing literature regarding the GPs and their applications in different scientific fields and aims to provide an easy understanding of various types of GPs for beginners.

• Animal Systematics, Evolution and Diversity
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• 제36권4호
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• pp.336-346
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• 2020

Mitochondrial genome is an important molecule for systematic and evolutionary studies in metazoans. The development of next-generation sequencing (NGS) technique has rapidly increased the number of mitogenome sequences. The process of generating mitochondrial genome based on NGS includes different steps, from DNA preparation, sequencing, assembly, and annotation. Despite the effort to improve sequencing, assembly, and annotation methods of mitogenome, the low quality and/or quantity sequence in the final map can still be generated through the work. Therefore, it is necessary to check and curate mitochondrial genome sequence after annotation for proofreading and feedback. In this study, we introduce the pipeline for sequencing and curation for mitogenome based on NGS. For this purpose, two mitogenome sequences of Dermatobranchus otome were sequenced by Illumina Miseq system with different amount of raw read data. Generated reads were targeted for assembly and annotation with commonly used programs. As abnormal repeat regions present in the mitogenomes after annotation, primers covering these regions were designed and conventional PCR followed by Sanger sequencing were performed to curate the mitogenome sequences. The obtained sequences were used to replace the abnormal region. Following the replacement, each mitochondrial genome was compared with the other as well as the sequences of close species available on the Genbank for confirmation. After curation, two mitogenomes of D. otome showed a typically circular molecule with 14,559 bp in size and contained 13 protein-coding genes, 22 tRNA genes, two rRNA genes. The phylogenetic tree revealed a close relationship between D. otome and Tritonia diomea. The finding of this study indicated the importance of caution and curation for the generation of mitogenome from NGS.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제63권6호
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• pp.1411-1422
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• 2021

Lactobacillus acidophilus is a gram-positive, microaerophilic, and acidophilic bacterial species. L. acidophilus strains in the gastrointestinal tracts of humans and other animals have been profiled, but strains found in the canine gut have not been studied yet. Our study helps in understanding the genetic features of the L. acidophilus C5 strain found in the canine gut, determining its adaptive features evolved to survive in the canine gut environment, and in elucidating its probiotic functions. To examine the canine L. acidophilus C5 genome, we isolated the C5 strain from a Korean dog and sequenced it using PacBio SMRT sequencing technology. A comparative genomic approach was used to assess genetic relationships between C5 and six other strains and study the distinguishing features related to different hosts. We found that most genes in the C5 strain were related to carbohydrate transport and metabolism. The pan-genome of seven L. acidophilus strains contained 2,254 gene families, and the core genome contained 1,726 gene families. The phylogenetic tree of the core genes in the canine L. acidophilus C5 strain was very close to that of two strains (DSM20079 and NCFM) from humans. We identified 30 evolutionarily accelerated genes in the L. acidophilus C5 strain in the ratio of non-synonymous to synonymous substitutions (dN/dS) analysis. Five of these thirty genes were associated with carbohydrate transport and metabolism. This study provides insights into genetic features and adaptations of the L. acidophilus C5 strain to survive the canine intestinal environment. It also suggests that the evolution of the L. acidophilus genome is closely related to the host's evolutionary adaptation process.

• 식물분류학회지
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• 제42권4호
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• pp.247-252
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• 2012

장미과 Agrimoniinae(짚신나물아족)의 5속(Agrimonia L., Aremonia Neck. ex Nestl., Hagenia J.F. Gmel., Leucosidea Eckl. & Zeyh., and Spenceria Trimen.)의 종피를 주사전자현미경으로 관찰하여 계통분류학적으로 유용한 형질이 있는지 조사하였다. 또한, 관찰된 종피의 형질들을 이미 수행된 분자계통학적 연구에서 제시된 5속의 계통분류학적 관계를 설명하는 가설들에 적용하여 종피 형질의 계통분류학적 진화를 고찰하였다. 짚신나물아족의 5속 모두 하나의 열매화통에 하나 또는 두 개의 성숙한 수과를 가지고 있었고, 종피는 표피세포의 모양, 크기, 세포벽의 돌출 정도, 세포표면의 돌기의 유무 등에서 다양한 형질상태가 관찰되었다. 특히, 세포표면의 유두상 돌기(papillae)는 2속 Agrimonia(짚신나물속)과 Aremonia에서만 관찰되었다. 유두상 돌기가 없는 것이 원시형질이라는 가정하에 유두상 돌기가 나타나는 형질변화를 이미 수행된 분자계통학적 연구에서 고찰하였다. 4개의 핵과 6개의 엽록체 DNA의 염기서열에 기초한 계통수에서는 적어도 2회의 형질변화가 요구되며, 저복사수 핵 유전자의 염기서열 계통분석의 계통수에서는 단 1회의 형질변화가 일어나는 것으로 나타났다. 종합하면, 종피의 유두상 돌기의 출현은 Agrimonia(짚신나물속)과 Aremonia 을 단일계통 분류군으로 설명하는 공통진화형질이라고 할 수 있고 이러한 가설은 저복사수 유전자의 염기서열의 계통분석을 지지하고 있다. 이렇게 종피 형질은 장미과 Agrimoniinae(짚신나물아족)의 속간의 계통분류학적 이해에 매우 유용한 형질임을 밝힌다.

• 미생물학회지
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• 제54권3호
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• pp.188-199
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• 2018

다양한 미생물학 연구 분야의 발전에 힘입어 유전체역학은 발전되어 왔다. 예를 들어, 대용량서열화 기술의 발전으로 미생물 유전체의 수는 급속도로 증가해 오고 있다. 이러한 풍부한 유전체 데이터는 전에는 보지 못한 보다 더 정확한 미생물종의 동정에 도움을 주는 균주종 타이핑에 새로운 기회를 제공한다. 유전체역학은 유전체에 일반적인 유전자를 찾고 표기하는 것 뿐만 아니라 항균 저항성 유전자를 찾을 수 있다. 균주종 타이핑과 항균 저항성 유전자 찾기는 각각 종을 구분하고 유전체내의 유전자 위치를 결정하는 유전체 역학의 방법들로 시간에 따른 변화가 없는 측면이다. 이에 반하여, 하나의 숙주가 어떤 숙주를 감염시켰는지 알아내기 위해서는 감염된 숙주들 사이의 시간에 따른 동적인 전염 경로를 추론해야 한다. 이렇게, 균주종 타이핑, 항균 저항성 유전자 찾기, 전염 계통수 추론을 통하여 유전체역학의 궁극적인 목표 중 하나인 미생물성 전염병을 보다 효율적으로 감시할 수 있을 것으로 기대된다. 그리고, 대용량서열화 기술 중, 3세대 서열화기술 중 하나인 옥스포드 나노포어 MinION의 보다 나은 휴대성과 빠른 서열화의 성능 덕분에 유전체역학은 더 많은 발전을 거듭할 것으로 보인다. 이에, 본 연구는 항균 저항성 유전자를 찾고 전염병 경로를 추론하는 계산적인 방법에 대하여 살펴보고, 미생물 유전체역학에서 MinION이 응용된 예들에 대하여 논하였다.

• 생명과학회지
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• 제26권7호
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• pp.749-757
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• 2016

본 연구는 미토콘드리아 DNA (mtDNA) cytochrome B (CYTB)와 NADH dehydrogenase subunit 1 (ND1) 유전자 서열의 다형성을 근거로 제주도 큰발윗수염박쥐 집단의 유전적 집단 구조와 계통 유연관계를 조사하는 데 목적이 있다. 동아시아 박쥐에서 CYTB 유전자 haplotype은 14개의 haplotype들이 발견되었고, ND1은 9개의 haplotype 들이 발견되었다. 집단별 haplotype의 분포는 지역-특이적인 양상을 보였다. ND1 haplotype 분석결과에서 제주도 집단은 4개의 haplotype을 나타내고, 한라산 소집단과 서부지역 소집단은 3개 haplotype을 나타내었으나, 동부지역 소집단에서는 제주도 전체에서 공통으로 발견되는 1개(Nd03)의 haplotype만 출현하였다. NJ tree에서 제주도 집단은 강원도 집단보다 일본 집단과 더 근연으로 확인되었다. 중국과 일본의 모계선조 계보 사이의 분화 시점은 0.789±0.063 MYBP으로 추정되었고, 제주도와 일본의 모계선조는 약 17만 년(0.168±0.013 MYBP) 전에 분리된 것 으로 판단된다. 제주도 집단은 적어도 5만 년 이전에 이주한 것으로 보인다. 또한 ND1 haplotype 분석결과는 제주도 집단이 이주 후에도 지역 내에서의 적어도 2회 이상의 유전적 분화를 겪었다는 것을 보여주고 있다. 본 연구 결과는 동아시아 큰발윗수염박쥐의 계통 유연관계를 이해하는 데 중요한 기초자료가 될 것이며, 향후 한반도의 남부와 중국, 러시아 등에서 시료 확보를 통해 집단 간 진화적 상관관계를 이해하는 데 필요한 설득력 있는 자료가 마련되어야 할 것이다.

• 식물분류학회지
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• 제35권1호
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• pp.7-23
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• 2005

한국산 제비꽃속 35분류군과 일본산 4집단, 군외군 1분류군 등 총 40집단에 대한 계통 유연관계를 알아보기 위하여 핵 rDNA의 internal transcribed spacer(ITS)지역에 대한 염기서열을 분석하였다. 정렬된 염기서열들은 bootstrap을 포함한 parsimony 방법과 neighbor-joining 방법을 통하여 계통수를 평가하였다. 그 결과 진정제비꽃절의 낚시제비꽃아절은 군내군의 가장 기부에 분계조를 형성하였으며, 장백제비꽃절은 노랑제비꽃절과 자매군을 형성하면서 진정제비꽃절의 낚시제비꽃아절과 콩제비꽃아절, 고깔제비꽃아절, 제비꽃아절 사이에서 단계통군을 형성하였다. 진정제비꽃절은 병계원적인 분계조를 형성하였고 4개 아절은 독립적인 분계조를 형성하였지만 계열 수준에서는 구별이 불가능하였다. 세포학적 연구에 기초한 제비꽃속의 분화에서 기본염색체 수 x=10을 갖는 낚시제비꽃아절은 x=6인 군외군에서 독립적으로 분화한 것으로 나타났으며 나머지 분류군들은 x=6인 노랑제비꽃과 장백제비꽃아절로부터 x=10 또는 12인 콩제비꽃과 고깔제비꽃아절을 거쳐 x=12인 제비꽃아절로 분화한 특징을 보였다. 형태적인 변이가 매우 심한 분류군으로 알려진 태백제비꽃(V. albida complex)은 Patellares아절 내에서 하나의 군으로 유집되어 Pinnatae계열로 처리하는 것이 타당할 것으로 생각되며, 뫼제비꽃과 남산제비꽃의 잡종인 우산제비꽃은 형태적 특징에 의한 분류와는 일치하지 않는 것으로 나타났다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제53권3호
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• pp.247-260
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• 2014

옥수수 포장에서 발생하는 Trichogramma속 조명나방 알기생벌의 종 분포를 조사하기 위해 채집된 알기생벌로부터 핵내 ITS2 DNA 전체 염기서열 정보를 해독하였다. 그리고 종 구별을 위한 참고정보로 NCBI GenBank에 등록된 Trichogramma속 60종의 ITS2 전체 염기서열을 확보하여 비교하였다. 국내 채집 알기생벌은 ITS2 DNA 길이와 3' 말단 염기서열 패턴에 따라 3개 그룹(K-1, -2, -3)으로 구분되었다. 국내 채집 그룹 내 염기서열 차이 추정값(Evolutionary distance, d)은 0.005 이하로 그룹 간 비교 시 d 값(${\geq}0.080$)보다 낮았다. 그룹 및 GenBank 등록 종 간 비교시 K-1은 T. ostriniae, K-2는 T. dendrolimi, K-3은 T. confusum과 d 값이 각각 0.016, 0.001, 0.002로 가장 작았다. 추론된 분자계통수에서 K-1은 T. ostriniae, K-2는 T. dendrolimi와 각각 분지되었으나 K-3는 T. confusum, T. chilonis, T. bilingensis와 함께 분지되었다. NCBI BLAST 결과에서도 K-1은 T. ostriniae와 K-2는 T. dendrolimi와 99% identity를 보였다. 그러나 K-3의 홍천 채집 기생벌들은 T. confusum, T. chilonis와 99-100% identity를 보였지만, 고창 채집 기생벌은 T. bilingensis, T. confusum, T. chilonis와 98% identity를 보였다. 이상의 분석 결과 본 연구에서 채집된 알기생벌 K-1과 K-2는 각각 T. ostriniae와 T. dendrolimi, 단일한 종으로 추정되었으나 K-3는 ITS2 정보만으로 종을 추정하기 어려웠다.

• 한국양봉학회지
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• 제32권3호
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• pp.139-146
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• 2017

식물의 향기성분에 대한 프로파일은 기본적으로 추출법의 효율성에 기반한다. 본 연구에 사용된 SPME 방식은 한 개체의 식물로부터 반복적인 시료의 채취가 가능하고, 사용하는 fiber의 종류에 따라 극성과 비극성 성분 모두 가질 수 있기 때문에 사용범위가 넓고 재현성이 강하다. 본 연구는 아까시나무 꽃으로부터 발산되는 휘발성 성분을 SPME법으로 추출하여 GC/MS를 통해 분석을 시도하였다. 선행연구에서 관찰한 결과(Aronne et al., 2014; Xie et al., 2006) 아까시나무 꽃의 향기성분은 대다수 terpenoids와 benzenoids 화합물로 밝혀졌다. Pinene, (Z)-${\beta}$-ocimene, linalool, benzaldehyde가 대표적인 아까시나무 꽃의 주요 향기성분으로 검출되었다. 또한 ${\beta}$-myrcene, limonene, farnesene, methyl benzonate, indole, methyl anthranilate, phenylethyl alcohol 등은 아까시나무 꽃 특유의 강한 향을 구성하는데 중요한 휘발성분으로 생각된다. 또한 본 연구는 개화의 단계별로 발산하는 향기성분과 그 구성비율이 확연하게 차이가 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통해 꽃이 생합성 하는 향기성분의 조성은 정적인 비율로 구성하는 것이 아니라 꽃잎의 발달과 함께 동적인 비율로 구성한다는 것을 알게 되었다. 앞으로 아까시나무 꽃의 향기성분 생산에 미치는 환경적인 요인, 향기성분 발산의 주기성, 꽃의 노화와 수분 후(post-pollination)의 향기 발산, 화색과 향기성분과의 연관성에 대해 심층적인 연구가 수행되어야 할 것으로 보인다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제30권7호
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• pp.912-919
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• 2017

Objective: Identification of the candidate genes that play key roles in phenotypic variations can provide new information about evolution and positive selection. Interleukin (IL)-32 is involved in many biological processes, however, its role for the immune response against various diseases in mammals is poorly understood. Therefore, the current investigation was performed for the better understanding of the molecular evolution and the positive selection of single nucleotide polymorphisms in IL-32 gene. Methods: By using fixation index ($F_{ST}$) based method, IL-32 (9375) gene was found to be outlier and under significant positive selection with the provisional combined allocation of mean heterozygosity and $F_{ST}$. Using nucleotide sequences of 11 mammalian species from National Center for Biotechnology Information database, the evolutionary selection of IL-32 gene was determined using Maximum likelihood model method, through four models (M1a, M2a, M7, and M8) in Codeml program of phylogenetic analysis by maximum liklihood. Results: IL-32 is detected under positive selection using the $F_{ST}$ simulations method. The phylogenetic tree revealed that goat IL-32 was in close resemblance with sheep IL-32. The coding nucleotide sequences were compared among 11 species and it was found that the goat IL-32 gene shared identity with sheep (96.54%), bison (91.97%), camel (58.39%), cat (56.59%), buffalo (56.50%), human (56.13%), dog (50.97%), horse (54.04%), and rabbit (53.41%) respectively. Conclusion: This study provides evidence for IL-32 gene as under significant positive selection in goat.