A Computational Comparison of Natural and Random RNA Secondary Structure Motif Frequencies, With Implications For Understanding Molecular Evolutionary Dynamics and the Detection of RNA Function

"الحمض النووي الريبي (RNA) هو جزيء متعدد الاستخدامات والذي يعمل على العديد من الوظائف المختلفة في الكائنات الحية مثل نقل المعلومات، والتحفيز، والاستشعار، والتنظيم. لأن وظيفة الحمض النووي الريبي تمليها في المقام الأول من خلال هيكله، فإن دراسة تطور وخصائص هيكل الحمض النووي الريبي مهم للنهوض بكل من المعرفة العلمية البيولوجية الأساسية، وكذلك أيضًا التقنيات الطبية. في هذا المشروع نقترح إجراء مقارنة حسابية بين والهياكل الثنائية للحمض النووي الريبي التي تم إنشاؤها بشكل طبيعي أو عشوائي لمعالجة سؤالين رئيسيين:
أولاً، النقاش المستمر عن مفهوم التطور حول المساهمة النسبية للاختيار الطبيعي مقابل التحيز التنموي (أو المظهري) في تشكيل الأنماط الظاهرية الموجودة (هنا نقصد، هياكل الحمض النووي الريبي). من ناحية، يجادل البعض بأن الانتقاء الطبيعي يكاد يكون حصريًا المسؤول عن تشكيل الأنماط الظاهرية، بينما من ناحية أخرى، يجادل البعض بأن التحيزات في التطوير وخريطة النمط الوراثي لها دور قوي، وربما أساسي، في تشكيل الأنماط الظاهرية، بينما الانتقاء الطبيعي يعمل بشكل رئيسي على إعادة ضبط الأنماط الظاهرية. نحن تنوي التحقيق في هذا السؤال في سياق الهياكل الثنائية للحمض النووي الريبي، والذي قد يؤدي إلى وجهات نظر جديدة في نظرية التطور الجزيئي، وربما يمهد لاحقا لطريقة للتنبؤ بشكل أفضل لتطور الحمض النووي الريبي كما هو الحال في تطور الفيروسات.
ثانياً، هناك حاجة حاليًا لتطوير طرق للكشف عن الحمض النووي الريبي الوظيفي في تسلسلات ""الحمض النووي"" الغير فعال، أي تسلسل الحمض النووي من غير وظيفة معروفة أو معدومة. لكن لا يوجد حاليًا أي ""نموذج فارغ"" (أي تقييم كمي للترددات للخلفية النموذجية) لتحديد وفرة من الميزات الهيكلية المعينة التي قد تكون المخصب / المنضب فيما يتعلق بالتسلسل العشوائي. هنا، نحن نهدف إلى تطوير مثل هذا النموذج الخالي عن الميزات الموجودة في تسلسل الحمض النووي الريبي النموذجي بطول معين.
لأن طالب من طلاب جامعة الخليج للعلوم والتكنولوجيا سوف يؤدي الكثير من الحوسبة في هذا المشروع البحثي، فإن من بين المزايا الإضافية الرئيسية لهذا البحث هو تعزيز البحث العلمي في شباب الكويت."

"RNA is a versatile molecule which fulfils many diverse functions in living organisms such as information transfer, catalysis, sensing, and regulation. Because RNA function is primarily dictated by its structure, studying the evolution and properties of RNA structures is important for advancing both basic biological scientific knowledge, as well as medical technologies.
In this project we propose to computationally compare natural and randomly generated RNA secondary structures to address two main questions.
Firstly, an ongoing debate within evolution is the relative contribution of natural selection vs.\ developmental (or phenotypic) bias in shaping existing phenotypes (here, RNA structures). On the one hand, some argue that natural selection is almost exclusively responsible for shaping phenotypes, while on the other, some argue that biases in the development and the genotype-phenotype map have a strong, possibly primary, role is shaping phenotypes, with natural selection acting mainly to fine-tune phenotypes. We intend to investigate this question in the context of RNA secondary structures, which may lead to new perspectives in theory of molecular evolution, and may later pave the way to better prediction of RNA evolution such as in virus evolution.
Secondly, there is currently a need for developing methods to detect functional RNA sequences in “junk” DNA, i.e. DNA sequences of unknown or no function. However, there is currently no `null model' (i.e. quantification of the typical background frequencies) to quantify the abundance of particular structural features that may be enriched/depleted with respect to a random sequence. Here, we aim to develop such a null model of what features are present in a “typical” RNA sequence of a given length.
Because a GUST undergraduate student will perform much of the computational research for this project, a main additional benefit is the promotion of scientific research in the youth of Kuwait. "