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Vyšetření rekombinací mezi genem a pseudogenem pro β-glukocerebrosidasu vedoucích ke vzniku patogenních alel / Detection of β-glucocerebrosidase gene/pseudogene recombination events leading to pathogenic allelesPeková, Barbora January 2017 (has links)
This diploma thesis provides an overview of gene conversion, its role in the pathogenesis of human diseases and the use of methods based on next-generation sequencing (NGS) for detection rare variants of DNA sequence. Labeling of target DNA molecules by random nucleotides in primer and NGS were used for detection point mutations arising de novo in the β-glucocerebrosidase gene by gene conversion between it and its pseudogene in meiotic and mitotic cells of control subjects. Primers specific for the active gene were used to selectively amplify the ninth and tenth exon of the gene where "recombinant" variants occur most frequently. Sequences generated from 20 genomic DNA samples on Illumina MiSeq platform were quality filtered, sorted by unique labels and consensus sequences were created from alignments of sequences carrying the same DNA tag. The number of potential point mutations in the samples ranged between 12 and 48. The mutations were manually re-evaluated from the alignments. The number of alignments with unique labeling was in the range of 7-15 thousand per sample. Only three samples carried possible recombinant mutations, suggesting a lower frequency of conversion in the region than reported by other techniques. Analysis of unique sequences in primer indicated possible ways to improve the...
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Meiotická homologní rekombinace a hybridní sterilita / Meiotic homologous recombination and hybrid sterilityGergelits, Václav January 2020 (has links)
(English) Meiotic homologous recombination, homologous chromosomes synapsis, and F1 hybrid sterility (enabling formation of species) are mutually interconnected phenomenons, one being the prerequisite to the latter. In the present thesis, these phenomenons were investigated on a genetic and mechanistic level using a mouse subspecies as a model. Noncrossovers (NCOs, gene conversions), 90% prevalent resolution of Prdm9- determined meiotic double-strand breaks (DSBs), were uniquely identified and characterized on a chromosome-wide level. The mean gene conversion tract length, based on 94 NCOs events, was calculated to be 32 bp. On a local level, the NCOs overlapped the known hotspots of PRDM9-controlled histone trimethylation and DSB formation, indicating their origin in the standard meiotic DSB repair pathway. On chromosome-wide level, NCO and CO distributions differed, in particular COs being relatively preferred over NCOs in subtelomeric regions. A specific subset of nonparental/asymmetric NCOs and COs was underrepresented in our datasets, proposing their problematic repair, hypothetically enabled by sister chromatids, and thus not contributing to indispensable homologous synapsis. Genome-wide crossover (CO) rates, genetically and mechanistically crucial ~10% of DSB repair, were proven to be...
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La recombinaison comme moteur de l’évolution des génomes : caractérisation de la conversion génique biaisée chez la souris / Recombination as a driver of genome evolution : characterisation of biased gene conversion in miceGautier, Maud 25 September 2019 (has links)
Au cours de la méiose, les points chauds de recombinaison sont le siège de la formation de cassures double-brin de l’ADN. Ces dernières sont ensuite réparées par un processus qui, chez de nombreuses espèces, favorise la transmission des allèles G et C : la conversion génique biaisée vers GC (gBGC). L’intensité de cet important distorteur de la ségrégation méiotique varie fortement entre espèces mais les facteurs déterminant son évolution sont toujours inconnus. Nous avons donc voulu quantifier directement le biais de transmission chez la souris et comparer les paramètres dont il dépend avec d’autres mammifères. Dans cette étude, en couplant des développements bioinformatiques à une technique de capture ciblée d’ADN suivie de séquençage haut-débit (capture-seq), nous avons réussi à mettre au point une approche qui s’est révélée 100 fois plus performante pour détecter les événements de recombinaison que les méthodes existant actuellement. Ainsi, nous avons pu identifier 18 821 crossing-overs (COs) et non-crossovers (NCOs) à très grande résolution chez des individus uniques, ce qui nous a permis de caractériser minutieusement la recombinaison chez la souris. Chez cette espèce, les points chauds de recombinaison sont ciblés par la protéine PRDM9 et sont donc soumis à une deuxième forme de conversion génique biaisée (BGC) : le biais d’initiation (dBGC). La quantification du dBGC et du gBGC à partir de nos données nous a permis de mettre en lumière le fait que, au moment où des populations structurées s’hybrident, le gBGC des lignées parentales est propagé par un phénomène d’auto-stop génétique (genetic hitchhiking) provenant du dBGC. Nous avons ensuite pu observer que, chez les souris mâles, seuls les NCOs — et plus particulièrement les NCOs contenant un seul marqueur génétique— contribuent à l’intensité du gBGC. En comparaison, chez l’Homme, à la fois les NCOs et au moins une part des COs (ceux qui présentent des tracts de conversion complexes) distordent les fréquences alléliques. Ceci suggère que la machinerie de réparation des cassures double-brin qui induit le biais de conversion génique (BGC) présente des variations au sein des mammifères. Nos résultats sont aussi en accord avec l’hypothèse selon laquelle une pression de sélection limiterait l’intensité de ce processus délétère à l’échelle de la population. Cela se traduirait par une compensation de la taille efficace de population à de multiples niveaux : par le taux de recombinaison, par la longueur des tracts de conversion et par le biais de transmission. Somme toute, notre travail a permis de mieux comprendre la façon dont la recombinaison et la conversion génique biaisée opèrent chez les mammifères. / During meiosis, recombination hotspots host the formation of DNA double-strand breaks (DSBs). DSBs are subsequently repaired through a process which, in a wide range of species, is biased towards the favoured transmission of G and C alleles: GC-biased gene conversion (gBGC). The intensity of this fundamental distorter of meiotic segregation strongly varies between species but the factors dictating its evolution are not known. We thus aimed at directly quantifying the transmission bias in mice and comparing the parameters on which it depends with other mammals. Here, we coupled capture-seq and bioinformatic techniques to implement an approach that proved 100 times more powerful than current methods to detect recombination. With it, we identified 18,821 crossing-over (CO) and non-crossover (NCO) events at very high resolution in single individuals and could thus precisely characterise patterns of recombination in mice. In this species, recombination hotspots are targeted by PRDM9 and are therefore subject to a second type of biased gene conversion (BGC): DSB-induced BGC (dBGC). Quantifying both dBGC and gBGC with our data brought to light the fact that, in cases of structured populations, past gBGC from the parental lineages is hitchhiked by dBGC when the populations cross. We next observed that, in male mice, only NCOs — and more particularly single-marker NCOs — contribute to the intensity of gBGC. In contrast, in humans, both NCOs and at least a portion of COs (those with complex conversion tracts) distort allelic frequencies. This suggests that the DSB repair machinery leading to gBGC varies across mammals. Our findings are also consistent with the hypothesis of a selective pressure restraining the intensity of the deleterious gBGC process at the population-scale: this would materialise through a multi-level compensation of the effective population size by the recombination rate, the length of conversion tracts and the transmission bias. Altogether, our work has allowed to better comprehend how recombination and biased gene conversion proceed in the mammalian clade
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Phylogénomique et stratégies d'histoires de vie des mammifères placentaires : apports de la théorie de la conversion génique biaisée / Phylogenomic and life-history strategies of placental mammals : insights of the biased gene conversion theoryRomiguier, Jonathan 22 November 2012 (has links)
Des souris aux baleines en passant par les humains, la diversité écologique des mammifères placentaires est des plus fascinantes. Bien qu'il s'agisse là d'un des groupes les plus étudiés, leur origine fait pourtant l'objet de bien des mystères. Leurs relations de parenté les plus basales restent en effet incertaines, et l'on ignore encore beaucoup du mode de vie qu'avaient nos ancêtres du Crétacé, ces mammifères placentaires qui auraient côtoyé les dinosaures pendant plus de 30 millions d'années.Afin d'aborder ces questions, cette thèse a utilisé l'outil de la génomique comparative. L'une de ses principales originalités est la prise en compte d'un distorteur majeur de notre évolution moléculaire: la conversion génique biaisée. Truquant la loterie génétique, ce mécanisme associé à la recombinaison méiotique avantage les nucléotides G et C au détriment des nucléotides A et T. Façonnés par son influence, nos paysages nucléotidiques présentent ainsi ponctuellement des taux de GC anormalement élevés.Jusque là, ce phénomène n'avait été étudié que chez une poignée d'organismes modèles. Son analyse chez plus d'une trentaine de génomes mammaliens a mis en évidence une série de résultats clés. En particulier, l'évolution du contenu en GC des gènes s'est avéré dépendre de la masse corporelle et la longévité des espèces. E nreliant ainsi évolution moléculaire et traits d'histoire de vie, des reconstructions de séquences ancestrales ont permis d'estimer la durée de vie des premiers mammifères placentaires à plus de 25 ans. Cette longévité va bien au delà de ce que peuvent espérer atteindre les souris ou musaraignes actuelles, des animaux au mode de vie pourtant jusqu'ici supposé comme étant proche de celui de nos ancêtres.Parallèlement à ces résultats, une tendance à produire des phylogénies inexactes a été détectée chez les gènes les plus GC-riches. Moins soumis à la conversion génique biaisée, les gènes AT-riches se sont montrés plus fiables, tout en soutenant que les espèces originaires d'Afrique sont situés à la base de l'arbre des placentaires. Ce résultat suggère ainsi la possible résolution d'un des noeuds les plus controversés de notre histoire évolutive.Du simple nucléotide à la naissance d'une infraclasse de plus de 4000espèces, ce travail révèle comment l'évolution moléculaire peut porter un nouveau regard sur nos origines les plus profondes. / From mice to whales through humans, placental mammals present astunning diversity. Despite being one of the most studied group ever,mysteries persist about their origin. Indeed, their most basalrelationships still remain uncertain, and nothing is really knownabout the lifestyle of our cretaceous ancestors, these placentalmammals which lived side by side with non-avian dinosaurs during 30My.To answer these evolutionnary questions, comparative genomic studiesof placental mammals have been conducted. One of its originalities isto take into account biased gene conversion. Rigging the geneticlottery, this recombination-associated mechanism involves a reparationbias favouring the G and C nucleotides over the A and T ones, whichmark the mammalian genomic landscapes by inducing localized peaks ofGC-content.This phenomenon has been so far studied in few model species. Theexploration of biased gene conversion in more than 30 mammal genomesled to several key results. In particular, GC content evolution hasproved to be correlated to the longevity and the body mass of species.By linking together molecular evolution and life history traits, thereconstruction of ancestral sequences allowed us to estimate alife-span above 25 years for early placental mammals. This value ismarkedly different from that of mice or shrews, although our mammalianancestors have often been represented as such. In addition to these results, GC-rich genes were found to be prone toproduce false phylogenies. Less affected by recombination associatedartifacts, AT-rich genes are shown to be more reliable, and to supportspecies of African origin as the sister group of all other placentalmammals - perhaps resolving one of the most controversial nodes of themammalian tree.From nucleotide to the birth of a 4,000 species infraclass, this workreveals how molecular evolution can shed new light onour deepest origins.
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Évolution des îlots CpG chez les primates / Evolution of CpG islands in PrimatesGuillet-Renard, Claire 07 October 2009 (has links)
Cette thèse a pour l’objet l’étude des pressions de sélection qui s’appliquent sur les îlots CpG, courtes séquences génomiques qui échappent à la méthylation chez les mammifères. Nous avons tout d’abord étudié les caractéristiques génomiques des îlots CpG, notamment leurs liens avec l’initiation de transcription des gènes et les origines de réplication de l’ADN, en utilisant des jeux de données récemment publiés. Nous avons ensuite déterminé si les caractéristiques de séquence des îlots CpG (richesse en dinucléotides CpG et richesse en GC) étaient sous pression de sélection et pouvaient jouer un rôle dans les fonctions des îlots CpG. Nous avons montré que la richesse relative en dinucléotides CpG des îlots CpG résulte uniquement de la faible méthylation de ces séquences. De plus, la richesse en bases GC des îlots CpG n’est pas soumise à pression de sélection mais semble résulter d’un mécanisme neutre, la conversion génique biaisée vers GC. Nous discutons également du devenir des îlots CpG chez les primates, qui et avons montré que si le taux de GC de ces séquences est en train de diminuer, la richesse relative en CpG quant à elle reste stable / This thesis analyses selective pressures applying on CpG islands, short sequences which escape methylation in mammalian genomes. We first studied genomic characteristics of CpG islands. We namely studied their relationships with gene transcription start, and with DNA replication origins, using recently published data. We then determined wether base peculiar composition of CpG islands (high number of CpG dinucleotides, high GC content) may be under (negative or positive) selective pressures, and thus play a role in their function, or not. We showed that the relative CpG-richness of CpG islands is the mere consequence of the low methylation of these genomic regions. Moreover, we showed that the high GC content of CpG islands is not under selective pressures, and seem to result from a neutral mechanism, biased gene conversion toward GC. We also discussed the future of CpG islands and primates. We showed that the GC content of CpG islands is decreasing, while the relative CpG content remains constant
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Estimation et analyse du taux de substitution adaptatif chez les animaux / Estimation and analysis of the adaptive substitution rate in animalsRousselle, Marjolaine 26 November 2018 (has links)
Comprendre les déterminants du taux d’adaptation est une question primordiale en évolution moléculaire. En particulier, l’influence de la taille efficace de population sur la sélection positive, ainsi que la nature des changements d’acides aminés qui mènent à de l’adaptation sont des questions encore débattues. Pour y répondre, la méthode DFE-α, dérivée du test fondateur de McDonald & Kreitman, est un outil puissant pour mesurer le taux de substitution adaptatif. Elle est néanmoins sensible à certains biais. Au cours de cette thèse, nous avons identifié deux biais majeurs de cette méthode, les fluctuations de long-terme du régime de sélection-dérive via des fluctuations démographiques, et la conversion génique biaisée vers GC (gBGC). Via des simulations, nous avons montré que divers scénarios plausibles de fluctuations démographiques peuvent mener à une sur-estimation du taux de substitution adaptatif. Nous avons aussi obtenu des indications empiriques que le régime de sélection-dérive récent ne reflète pas le régime de sélection-dérive de long-terme chez diverses espèces animales, ce qui représente une violation d’une hypothèse forte de la méthode DFE-α. D’autre part, nous avons montré que la gBGC entraîne une sur-estimation du taux de substitution adaptatif chez les primates et les oiseaux. Via un jeu de données de neuf taxons de métazoaires et un total de 40 espèces, nous avons d’une part initié une analyse visant à identifier la nature des changements d’acides aminés qui mènent à l’adaptation, et montré que les changements radicaux sont soumis à une plus forte sélection purificatrice que les changements conservatifs. D’autre part, nous avons pu évaluer le lien entre la taille efficace et le taux de substitution adaptatif tout en prenant en compte les deux sources de biais explorées précédemment. Nous avons mis en évidence pour la première fois une relation négative entre le taux de substitution adaptatif et des traits d’histoire de vie représentatifs de la taille de population de long-terme. Ce résultat va à l’encontre de l’hypothèse canonique d’une adaptation plus efficace en grandes populations. / Understanding the determinants of the adaptive substitution rate is a central question inmolecular evolution. In particular, the influence of the effective population size N e on positiveselection as well as the nature of amino acid changes that lead to adaptation are still debated. TheDFE-α method, which was derived from the seminal McDonald & Kreitman test, is a powerful toolfor estimating the adaptive substitution rate. However, it is sensitive to various sources of bias. Inthis thesis, we identified two major sources of bias of this test, long-term fluctuations of theselective-drift regime through demographic fluctuations, and GC-biased gene conversion (gBGC).Using simulations, we showed that under plausible scenarios of fluctuating demography, the DFE-αmethod can lead to a severe over-estimation of the adaptive substitution rate. We also showed thatpolymorphism data reflect a transient selective-drift regime which is unlikely to correspond to theaverage regime experienced by genes and genomes during the long-term divergence betweenspecies. This violates an important assumption of the DFE-α method. Our results also indicate thatgBGC leads to an over-estimation of the adaptive substitution rate in primates and birds. Using adataset of nine metazoan taxa for a total of 40 species, we started an analysis aiming at identifyingthe type of amino acid changes that are more prone to adaptation, and evaluated the link between N eand the adaptive substitution rate while accounting for the two sources of bias previously explored.We reveal for the first time a negative relationship between the adaptive substitution rate and life-history traits representative of long-term N e . This result is in contradiction with the widespreadhypothesis that adaptation is more efficient in large populations.
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Diversité et évolution des paysages nucléotidiques des plantes / Diversity and Evolution of Nucleotide Landscapes in PlantsSerres-Giardi, Laurana 28 June 2012 (has links)
Le paysage nucléotidique – la manière dont la composition nucléotidique varie le long du génome – est une caractéristique marquante de l'organisation des génomes et varie fortement entre espèces. Plusieurs hypothèses émergent des nombreux débats autour des mécanismes évolutifs à l'origine de ces hétérogénéités du taux de GC, parmi lesquelles la conversion génique biaisée vers G et C (BGC) et la sélection sur l'usage du code (SUC). La BGC est un processus neutre associé à la recombinaison qui favorise les allèles en G ou C au détriment des allèles en A ou T. La SUC est une force de sélection qui favorise les codons dits « préférés », ceux dont la traduction serait la plus efficace. Contrairement à ceux des vertébrés, les paysages nucléotidiques des plantes sont peu connus. La plupart des études ont été consacrées au génome d'Arabidopsis thaliana, pauvre en GC et homogène, et à celui du riz, riche en GC et hétérogène. Le contraste entre ces deux génomes a souvent été généralisé comme une dichotomie entre dicotylédones et monocotylédones, mais cette vision est clairement phylogénétiquement biaisée.Les objectifs de ce travail de thèse sont de caractériser les paysages nucléotidiques des angiospermes à une large échelle phylogénétique et de mieux comprendre quels sont les mécanismes évolutifs jouant sur l'évolution de ces paysages nucléotidiques. Comment varient les paysages nucléotidiques le long de la phylogénie des angiospermes ? SUC et BGC façonnent-elles ces paysages nucléotidiques ? Les différents taxons sont-ils affectés avec la même intensité ?Pour répondre à ces questions, j'ai utilisé une approche de génomique comparative basée sur l'analyse de données EST chez plus de 230 espèces d'angiospermes et de gymnospermes. L'exploration des paysages nucléotidiques de ce large éventail de plantes a montré que les patrons d'hétérogénéité des paysages nucléotidiques suivent un continuum le long de la phylogénie, avec des groupes particulièrement riches et hétérogènes en GC, les graminées par exemple. Mes résultats suggèrent que les paysages nucléotidiques des plantes pourraient avoir été façonnés par la BGC et, dans une moindre mesure, par la SUC. Des épisodes indépendants d'enrichissement et d'appauvrissement en GC ont vraisemblablement eu lieu au cours de l'évolution des plantes, et pourraient être expliqués par des variations d'intensité de ces mécanismes. En utilisant une prédiction du degré d'expression des EST, j'ai également mis en évidence une diversité dans les codons préférés entre espèces. Les préférences d'usage des codons se sont révélées plus labiles au cours de l'évolution pour les codons des acides aminés au code quatre et six fois dégénéré. J'ai pu lier l'évolution des préférences d'usage des codons à l'évolution de la composition nucléotidique des génomes. Mes résultats suggèrent que la composition en base des génomes, affectée en partie par la BGC, orienterait la coévolution entre préférence d'usage du code et ARNt. / The nucleotide landscape – the way base composition varies along a genome – is a striking feature of genome organization and is highly variable between species. The evolutionary causes of such heterogeneity in GC content have been much debated. Biased gene conversion towards G and C (BGC) and selection on codon usage (SCU) are thought to be main forces. BGC is a neutral process associated with recombination favouring G and C alleles over A and T ones. SCU is a selection process favouring the so-called “preferred” codons, i.e., those whose translation is the most efficient. Contrary to vertebrates, plant nucleotide landscapes are still poorly known. Most studies focused on the GC-poor and homogeneous Arabidopsis thaliana genome and on the GC-rich and heterogeneous rice genome. The contrast between these two genomes was often generalized as a dicot/monocot dichotomy but this vision is clearly phylogenetically biased.The objectives of this study are to characterize angiosperm nucleotide landscapes on a wide phylogenetic scale and to better understand the evolutionary mechanisms acting upon the evolution of nucleotide landscapes. To what extent do nucleotide landscapes vary across angiosperm phylogeny? Are nucleotide landscapes shaped by BGC and SCU? Are taxa affected with the same intensity?To tackle these issues, I used a comparative genomic approach relying on EST data analysis on over 230 angiosperm and gymnosperm species. Through the nucleotide landscape survey for such a wide range of species I found a continuum of GC-heterogeneity patterns across phylogeny, some taxa such as Poaceae being strikingly GC-rich and heterogeneous. My results suggest that nucleotide landscapes could have been shaped by BGC and, to a lesser extent, by SCU. GC-content enrichment and impoverishment are likely to have occurred several times independently during plant evolution and could be explained by intensity variations of BGC and SCU. Using a proxy for EST expression level, I also characterized the diversity of preferred codons between species. Codon usage preferences were shown to be evolutionarily more unstable for four- and six-fold degenerate codon families. Finally, I could link the evolution of codon usage preferences to the evolution of genome base composition. My results suggest that genome base composition, partially shaped by BGC, seems to drive the coevolution between codon usage preferences and tRNAs.
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Mutation and Genome EvolutionYampolsky, L. Y. 14 April 2016 (has links)
Genome composition and architecture is shaped by two types of processes: those that introduce heritable changes (mutagenesis) and those that determine the fate of such changes in the populations (genetic drift and selection). Chemical and biological properties of mutagenesis determines the frequencies at which different type of mutations occur, which, in turn, determines their rates of fixation by drift and affects the spectrum of mutations available for selection to operate on. As the result, genomes of living organisms carry many signatures mutagenesis.
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OperomeDB: database of condition specific transcription in prokaryotic genomes and genomic insights of convergent transcription in bacterial genomesChetal, Kashish 27 October 2014 (has links)
Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / My thesis comprises of two individual projects: 1) we have developed a database for operon prediction using high-throughput sequencing datasets for bacterial genomes. 2) Genomics and mechanistic insights of convergent transcription in bacterial genomes.
In the first project we developed a database for the prediction of operons for bacterial genomes using RNA-seq datasets, we predicted operons for bacterial genomes. RNA-seq datasets with different condition for each bacterial genome were taken into account and predicted operons using Rockhopper. We took RNA-seq datasets from NCBI with distinct experimental conditions for each bacterial genome into account and analyzed using tool for operon prediction. Currently our database contains 9 bacterial organisms for which we predicted operons. User interface is simple and easy to use, in terms of visualization, downloading and querying of data. In our database user can browse through reference genome, genes present in that genome and operons predicted from different RNA-seq datasets.
Further in the second project, we studied the genomic and mechanistic insights of convergent transcription in bacterial genomes. We know that convergent gene pairs with overlapping head-to-head configuration are widely spread across both eukaryotic and prokaryotic genomes. They are believed to contribute to the regulation of genes at both transcriptional and post-transcriptional levels, although factors contributing to their abundance across genomes and mechanistic basis for their prevalence are poorly understood. In this study, we explore the role of various factors contributing to convergent overlapping transcription in bacterial genomes. Our analysis shows that the proportion of convergent overlapping gene pairs (COGPs) in a genome is affected due to endospore formation, bacterial habitat, oxygen requirement, GC content and the temperature range. In particular, we show that bacterial genomes thriving in specialized habitats, such as thermophiles, exhibit a high proportion of COGPs. Our results also conclude that the density distribution of COGPs across the genomes is high for shorter overlaps with increased conservation of distances for decreasing overlaps. Our study further reveals that COGPs frequently contain stop codon overlaps with the middle base position exhibiting mismatches between complementary strands. Further, for the functional analysis using cluster of orthologous groups (COGs) annotations suggested that cell motility, cell metabolism, storage and cell signaling are enriched among COGPs, suggesting their role in processes beyond regulation. Our analysis provides genomic insights into this unappreciated regulatory phenomenon, allowing a refined understanding of their contribution to bacterial phenotypes.
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An Investigation into the Evolution of Nucleotide Composition in the Human GenomePaudel, Rajan 06 September 2019 (has links)
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