Несинонимическая замена
Несинонимичная замена — это нуклеотидная мутация , изменяющая аминокислотную последовательность белка . Несинонимические замены отличаются от синонимичных замен , которые не изменяют аминокислотные последовательности и (иногда) являются молчащими мутациями . Поскольку несинонимичные замены приводят к биологическим изменениям в организме, они подлежат естественному отбору .
Несинонимичные замены в определенном локусе можно сравнить с синонимичными заменами в том же локусе, чтобы получить K a /K s соотношение . Это соотношение используется для измерения скорости эволюции последовательностей генов. [ 1 ] Если ген имеет более низкие уровни несинонимических, чем синонимичных нуклеотидных замен, то его можно считать функциональным, поскольку K a /K s соотношение < 1 является отличительной чертой последовательностей, которые ограничены для кодирования белков.
[ 2 ] Несинонимичные замены также называют мутациями замещения .
Типы
[ редактировать ]Существует несколько распространенных типов несинонимичных замен. [ 3 ]
Миссенс-мутации — это несинонимичные замены, возникающие в результате точковых мутаций , мутаций в одном нуклеотиде, которые приводят к замене другой аминокислоты , что приводит к изменению кодируемого белка.
Нонсенс-мутации — это несинонимичные замены, которые возникают, когда мутация в последовательности ДНК приводит к преждевременному прекращению белка в результате замены исходной аминокислоты на стоп-кодон . Другой тип мутации, связанный со стоп-кодонами, известен как непрерывная мутация или сквозная мутация, которая возникает, когда стоп-кодон заменяется кодоном аминокислоты, в результате чего белок становится длиннее, чем указано. [ 3 ]
Естественный отбор и почти нейтральная теория
[ редактировать ]Исследования показали, что разнообразие среди несинонимичных замен значительно ниже, чем среди синонимичных замен. [ 4 ] Это связано с тем, что несинонимичные замены подвергаются гораздо более высокому селективному давлению, чем синонимичные мутации. [ 5 ] Мотоо Кимура (1968) определил, что рассчитанная частота мутаций была невероятно высокой, если только большинство произошедших мутаций не были либо нейтральными, либо «почти нейтральными». [ 3 ] Он определил, что если бы это было правдой, генетический дрейф был бы более мощным фактором молекулярной эволюции, чем естественный отбор. [ 6 ] «Почти нейтральная» теория предполагает, что молекулярная эволюция, действующая на несинонимичные замены, обусловлена мутациями, генетическим дрейфом и очень слабым естественным отбором и что она чрезвычайно чувствительна к размеру популяции. [ 7 ] Чтобы определить, происходит ли естественный отбор в определенных локусах, тест Макдональда-Крейтмана . можно провести [ 8 ] Тест состоит из сравнения соотношений синонимичных и несинонимичных генов между близкородственными видами с соотношением синонимичных и несинонимичных полиморфизмов внутри видов. Если соотношения одинаковы, то для этих локусов верна нейтральная теория молекулярной эволюции , и эволюция происходит преимущественно за счет генетического дрейфа. Если несинонимических замен между видами больше, чем внутри вида, происходит положительный естественный отбор на полезных аллелях и имеет место естественный отбор. [ 3 ] Было обнаружено, что несинонимичные замены чаще встречаются в локусах, связанных с устойчивостью к патогенам, репродуктивных локусах, связанных с конкуренцией сперматозоидов или взаимодействием яйцеклеток и сперматозоидов, а также в генах, которые реплицировались и приобрели новые функции, что указывает на то, что имеет место положительный отбор. [ 3 ]
Исследовать
[ редактировать ]Исследования по точному моделированию скорости мутаций проводятся уже много лет. В недавней статье Цзыхэна Янга и Расмуса Нильсена сравнивались различные методы и был разработан новый метод моделирования. Они обнаружили, что новый метод предпочтительнее из-за меньших ошибок, что делает его полезным для крупномасштабного скрининга, но модель максимального правдоподобия предпочтительнее в большинстве сценариев из-за ее простоты и гибкости при сравнении нескольких последовательностей с учетом филогения. [ 9 ]
Дальнейшие исследования Янга и Нильсена показали, что соотношения несинонимичных и синонимичных замен различаются по локусам в разных эволюционных линиях. В ходе изучения ядерных локусов приматов, парнокопытных и грызунов они обнаружили, что соотношение значительно варьирует в 22 из 48 изученных локусов. Этот результат дает убедительные доказательства против строго нейтральной теории молекулярной эволюции , которая утверждает, что мутации в основном нейтральны или вредны, и обеспечивает поддержку теорий, включающих полезные мутации. [ 10 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тин Ху и Вольфганг Банцхаф. «Отношение несинонимичного к синонимическому замещению ka/ks: измерение скорости эволюции в эволюционных вычислениях» (PDF) .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Херрон, Джон К. (2014). Эволюционный анализ . Фриман, Скотт, 1955 г., Ходин, Джейсон А., 1969 г., Майнер, Брукс Эрин, Сидор, Кристиан А. (Пятое изд.). Бостон. ISBN 978-0321616678 . OCLC 859267755 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и Природная энциклопедия генома человека . Купер, Дэвид Н. (Дэвид Нил), 1957 г., Nature Publishing Group. Лондон: Природный паб. Группа. 2003. ISBN 978-0333803868 . OCLC 51668320 .
{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Ли, WH (1997). Молекулярная эволюция . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.
- ^ Томоко, Охта (1 января 1995 г.). «Синонимичные и несинонимичные замены в генах млекопитающих и почти нейтральная теория». Журнал молекулярной эволюции . 40 (1): 56–63. Бибкод : 1995JMolE..40...56T . дои : 10.1007/bf00166595 . ISSN 0022-2844 . ПМИД 7714912 .
- ^ Кимура, Мотоо (1968). «Скорость эволюции на молекулярном уровне» (PDF) . Природа . 217 (5129): 624–626. Бибкод : 1968Natur.217..624K . дои : 10.1038/217624a0 . ПМИД 5637732 . S2CID 4161261 .
- ^ Акаши, Хироши; Осада, Наоки; Охта, Томоко (1 сентября 2012 г.). «Слабый отбор и эволюция белка» . Генетика . 192 (1): 15–31. дои : 10.1534/genetics.112.140178 . ISSN 0016-6731 . ПМЦ 3430532 . ПМИД 22964835 .
- ^ Охта, Томоко (10 декабря 2002 г.). «Почти нейтральность в эволюции генов и регуляции генов» . Труды Национальной академии наук . 99 (25): 16134–16137. Бибкод : 2002PNAS...9916134O . дои : 10.1073/pnas.252626899 . ISSN 0027-8424 . ПМК 138577 . ПМИД 12461171 .
- ^ Цзыхэн Ян и Расмус Нильсен. «Оценка уровня синонимических и несинонимичных замен в рамках реалистичных эволюционных моделей» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2015 г. Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Цзыхэн Ян и Расмус Нильсен (1998). «Синонимичные и несинонимичные изменения скорости ядерных генов млекопитающих» (PDF) . Журнал молекулярной эволюции . 46 (4): 409–418. Бибкод : 1998JMolE..46..409Y . CiteSeerX 10.1.1.19.7744 . дои : 10.1007/pl00006320 . ПМИД 9541535 . S2CID 13917969 .