AL
Ari Löytynoja
Author with expertise in Population Genetic Structure and Dynamics
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
25
(68% Open Access)
Cited by:
2,791
h-index:
25
/
i10-index:
35
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

An algorithm for progressive multiple alignment of sequences with insertions

Ari Löytynoja et al.Jul 6, 2005
Dynamic programming algorithms guarantee to find the optimal alignment between two sequences. For more than a few sequences, exact algorithms become computationally impractical, and progressive algorithms iterating pairwise alignments are widely used. These heuristic methods have a serious drawback because pairwise algorithms do not differentiate insertions from deletions and end up penalizing single insertion events multiple times. Such an unrealistically high penalty for insertions typically results in overmatching of sequences and an underestimation of the number of insertion events. We describe a modification of the traditional alignment algorithm that can distinguish insertion from deletion and avoid repeated penalization of insertions and illustrate this method with a pair hidden Markov model that uses an evolutionary scoring function. In comparison with a traditional progressive alignment method, our algorithm infers a greater number of insertion events and creates gaps that are phylogenetically consistent but spatially less concentrated. Our results suggest that some insertion/deletion “hot spots” may actually be artifacts of traditional alignment algorithms.
0
Citation927
0
Save
0

Phylogeny-aware alignment with PRANK

Ari LöytynojaAug 23, 2013
Evolutionary analyses require sequence alignments that correctly represent evolutionary homology. Evolutionary and structural homology are not the same and sequence alignments generated with methods designed for structural matching can be seriously misleading in comparative and phylogenetic analyses. The phylogeny-aware alignment algorithm implemented in the program prank has been shown to produce good alignments for evolutionary inferences. Unlike other alignment programs, prank makes use of phylogenetic information to distinguish alignment gaps caused by insertions or deletions and, thereafter, handles the two types of events differently. As a by-product of the correct handling of insertions and deletions, prank can provide the inferred ancestral sequences as a part of the output and mark the alignment gaps differently depending on their origin in insertion or deletion events. As the algorithm infers the evolutionary history of the sequences, prank can be sensitive to errors in the guide phylogeny and violations on the underlying assumptions about the origin and patterns of gaps. These issues are discussed in detail and practical advice for the use of prank in evolutionary analysis is provided. The prank software and other methods discussed here can be found from the program home page at http://code.google.com/p/prank-msa/ .
0
Citation625
0
Save
0

webPRANK: a phylogeny-aware multiple sequence aligner with interactive alignment browser

Ari Löytynoja et al.Nov 26, 2010
Phylogeny-aware progressive alignment has been found to perform well in phylogenetic alignment benchmarks and to produce superior alignments for the inference of selection on codon sequences. Its implementation in the PRANK alignment program package also allows modelling of complex evolutionary processes and inference of posterior probabilities for sequence sites evolving under each distinct scenario, either simultaneously with the alignment of sequences or as a post-processing step for an existing alignment. This has led to software with many advanced features, and users may find it difficult to generate optimal alignments, visualise the full information in their alignment results, or post-process these results, e.g. by objectively selecting subsets of alignment sites. We have created a web server called webPRANK that provides an easy-to-use interface to the PRANK phylogeny-aware alignment algorithm. The webPRANK server supports the alignment of DNA, protein and codon sequences as well as protein-translated alignment of cDNAs, and includes built-in structure models for the alignment of genomic sequences. The resulting alignments can be exported in various formats widely used in evolutionary sequence analyses. The webPRANK server also includes a powerful web-based alignment browser for the visualisation and post-processing of the results in the context of a cladogram relating the sequences, allowing (e.g.) removal of alignment columns with low posterior reliability. In addition to de novo alignments, webPRANK can be used for the inference of ancestral sequences with phylogenetically realistic gap patterns, and for the annotation and post-processing of existing alignments. The webPRANK server is freely available on the web at http://tinyurl.com/webprank . The webPRANK server incorporates phylogeny-aware multiple sequence alignment, visualisation and post-processing in an easy-to-use web interface. It widens the user base of phylogeny-aware multiple sequence alignment and allows the performance of all alignment-related activity for small sequence analysis projects using only a standard web browser.
0
Citation421
0
Save
0

Genetic population structure constrains local adaptation in sticklebacks

Petri Kemppainen et al.Jan 17, 2020
Abstract Repeated and independent adaptation to specific environmental conditions from standing genetic variation is common. However, if genetic variation is limited, the evolution of similar locally adapted traits may be restricted to genetically different and potentially less optimal solutions or prevented from happening altogether. Using a quantitative trait locus (QTL) mapping approach, we identified the genomic regions responsible for the repeated pelvic reduction (PR) in three crosses between nine-spined stickleback populations expressing full and reduced pelvic structures. In one cross, PR mapped to linkage group 7 (LG7) containing the gene Pitx1 , known to control pelvic reduction also in the three-spined stickleback. In the two other crosses, PR was polygenic and attributed to ten novel QTL, of which 90% were unique to specific crosses. When screening the genomes from 27 different populations for deletions in the Pitx1 regulatory element, these were only found in the population in which PR mapped to LG7, even though the morphological data indicated large effect QTL for PR in several other populations as well. Consistent with the available theory and simulations parameterised on empirical data, we hypothesise that the observed variability in genetic architecture of PR is due to heterogeneity in the spatial distribution of standing genetic variation caused by >2x stronger population structuring among freshwater populations and >10x stronger genetic isolation by distance in the sea in nine-spined sticklebacks as compared to three-spined sticklebacks.
0
Citation4
0
Save
8

Complex population history affects admixture analyses in nine-spined sticklebacks

Xueyun Feng et al.Jul 16, 2021
Introgressive hybridization is an important process in evolution but challenging to identify, undermining the efforts to understand its role and significance. On the other hand, many analytical methods assume direct descent from a single common ancestor, and admixture among populations can violate their assumptions and lead to seriously biased results. A detailed analysis of 888 whole genome sequences of nine-spined sticklebacks ( Pungitius pungitius ) revealed a complex pattern of population ancestry involving multiple waves of gene flow and introgression across northern Europe. The two recognized lineages were found to have drastically different histories and their secondary contact zone was wider than anticipated, displaying a smooth gradient of foreign ancestry with some curious deviations from the expected pattern. Interestingly, the freshwater isolates provided peeks into the past and helped to understand the intermediate states of evolutionary processes. Our analyses and findings paint a detailed picture of the complex colonization history of northern Europe and provide back-drop against which introgression and its role in evolution can be investigated. However, they also expose the challenges in analyses of admixed populations and demonstrate how hidden admixture and colonization history misleads the estimation of admixture proportions and population split times.
8
Citation3
0
Save
6

Secondary contact, introgressive hybridization and genome stabilization in sticklebacks

Xueyun Feng et al.Aug 31, 2023
Abstract Advances in genomic studies have revealed that hybridization in nature is pervasive and raised questions about the dynamics of different genetic and evolutionary factors following the initial hybridization event. While recent research has proposed that the genomic outcomes of hybridization might be predictable to some extent, many uncertainties remain. With comprehensive whole-genome sequence data, we investigated the genetic introgression between two divergent lineages of nine-spined sticklebacks ( Pungitius pungitius ) in the Baltic Sea. We found that the intensity and direction of selection on the introgressed variation varied across different genomic elements: while functionally important regions had experienced reduced rates of introgression, promoter regions showed enrichment. Despite the general trend of negative selection, we identified specific genomic regions that were enriched for introgressed variants and within these regions, we detected footprints of selection, indicating adaptive introgression. We found the selection against the functional changes to be strongest in the vicinity of the secondary contact zone and weaken as a function of distance from the initial contact. Altogether, the results suggest that the stabilization of introgressed variation in the genomes is a complex, multi-stage process involving both negative and positive selection. In spite of the predominance of negative selection against introgressed variants, we also found evidence for adaptive introgression variants likely associated with adaptation to Baltic Sea environmental conditions.
6
Citation2
0
Save
2

Estimating recent and historical effective population size of marine and freshwater sticklebacks

Xueyun Feng et al.May 24, 2023
Abstract Effective population size ( N e ) is a quantity of central importance in evolutionary biology and population genetics, but often notoriously challenging to estimate. Analyses of N e are further complicated by the many interpretations of the concept and the alternative approaches to quantify N e utilising widely different properties of the data. On the other hand, alternative methods are informative for different time scales such that a set of complementary methods should allow piecing together the entire continuum of N e from a few generations before the present to the distant past. To test this in practice, we inferred the continuum of N e for 45 nine-spined stickleback populations ( Pungitius pungitius ) using whole-genome data. We found that the marine populations had the largest historical and recent N e , followed by coastal and other freshwater populations. We identified the impact of both recent and historical gene flow on the N e estimates obtained from different methods and found that simple summary statistics are informative in comprehending the events in the very recent past. Overall, our analyses showed that the coalescence-based trajectories of N e in the recent past and the LD-based estimates of near-contemporary N e are incongruent, though in some cases the incongruence might be explained by specific demographic events. Despite still lacking accuracy and resolution for the very recent past, the sequentially Markovian coalescent-based methods seem to provide the most meaningful interpretation of the real-life N e varying across time.
2
Citation2
0
Save
Load More