Несинонимичная подмена - Nonsynonymous substitution

А несинонимичная замена это нуклеотид мутация что меняет аминокислота последовательность белок. Несинонимичные замены отличаются от синонимичные замены, которые не изменяют аминокислотные последовательности и (иногда) тихие мутации. Поскольку несинонимичные замены приводят к биологическим изменениям в организме, они подвержены естественный отбор.

Несинонимичные замены в определенных локусах можно сравнить с синонимичными заменами в этих локусах, чтобы получить Kа/ Кs соотношение. Это соотношение используется для измерения скорости эволюции последовательностей генов.[1] Если ген имеет более низкие уровни несинонимичных, чем синонимичных, нуклеотидных замен, то он может считаться функциональным, поскольку Kа/ Кs соотношение <1 является признаком последовательностей, кодирующих белки.

[2] Несинонимичные замены также называют замещающие мутации.

Типы

Есть несколько распространенных типов несинонимичных замен.[3]

Миссенс-мутации несинонимичные замены, которые возникают из точечные мутации, мутации в одном нуклеотиде, которые приводят к замене другого аминокислота, что приводит к изменению кодируемого белка.

Бессмысленные мутации несинонимичные замены, которые возникают, когда мутация в последовательности ДНК приводит к преждевременному завершению белка путем замены исходной аминокислоты на стоп-кодон. Другой тип мутации, касающийся стоп-кодонов, известен как безостановочная мутация или сквозная мутация, которая возникает при замене стоп-кодона на аминокислотный кодон, в результате чего белок становится длиннее, чем указано.[3]

Естественный отбор и почти нейтральная теория

Исследования показали, что разнообразие 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 нейтральными или «почти нейтральными».[3] Он определил, что если это правда, генетический дрейф будет более мощным фактором молекулярной эволюции, чем естественный отбор.[6] Теория «почти нейтральной» предполагает, что молекулярная эволюция, действующая на несинонимичные замены, управляется 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 может быть выполнено.[8] Тест состоит из сравнения соотношений синонимичных и несинонимичных генов между близкородственными видами с соотношением синонимичных и несинонимичных полиморфизмов внутри видов. Если соотношения такие же, то Нейтральная теория молекулярной эволюции верно для этих локусов, и эволюция происходит в основном за счет генетического дрейфа. Если существует больше несинонимичных замен между видами, чем внутри вида, положительный естественный отбор происходит на полезных аллелях и имеет место естественный отбор.[3] Было обнаружено, что несинонимичные замены чаще встречаются в локусах, включающих устойчивость к патогенам, репродуктивных локусах, включающих конкуренцию сперматозоидов или взаимодействия яйцеклетки и сперматозоидов, а также в генах, которые реплицировались и приобрели новые функции, что указывает на то, что имеет место положительный отбор.[3]

Исследование

Исследования по точному моделированию скорости мутаций проводились в течение многих лет. В недавней статье Ziheng Yang и Rasmus Nielsen сравнили различные методы и разработали новый метод моделирования. Они обнаружили, что новый метод был предпочтительнее из-за его меньших погрешностей, что делает его полезным для крупномасштабного скрининга, но что модель максимального правдоподобия была предпочтительнее в большинстве сценариев из-за ее простоты и гибкости при сравнении нескольких последовательностей с учетом филогения.[9]

Дальнейшие исследования Янга и Нильсена обнаружили, что несинонимичные и синонимичные отношения замен варьируются по локусам в разных эволюционных клонах. Изучая ядерные локусы приматов, копытных животных и грызунов, они обнаружили, что соотношение значительно варьирует в 22 из 48 изученных локусов. Этот результат является убедительным доказательством против строго нейтральной теории молекулярной эволюции, которая утверждает, что мутации в основном нейтральны или вредны, и обеспечивает поддержку теорий, которые включают полезные мутации.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Тинг Ху и Вольфганг Банцаф. "Несинонимичный к синонимичному коэффициенту замещения ka / ks: измерение скорости эволюции в эволюционных вычислениях" (PDF). Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ 1962-, Херрон, Джон К. (2014). Эволюционный анализ. Фриман, Скотт, 1955-, Ходин, Джейсон А., 1969-, Майнер, Брукс Эрин, Сидор, Кристиан А. (Пятое изд.). Бостон. ISBN  978-0321616678. OCLC  859267755.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  3. ^ а б c d е Энциклопедия природы генома человека. Купер, Дэвид Н. (Дэвид Нил), 1957 г., издательство Nature Publishing Group. Лондон: Nature Pub. Группа. 2003 г. ISBN  978-0333803868. OCLC  51668320.CS1 maint: другие (связь)
  4. ^ Ли, W.H. (1997). Молекулярная эволюция. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.
  5. ^ Томоко, Охта (1 января 1995 г.). «Синонимичные и несинонимичные замены в генах млекопитающих и почти нейтральная теория». Журнал молекулярной эволюции. 40 (1): 56–63. Bibcode:1995JMolE..40 ... 56T. Дои:10.1007 / bf00166595. ISSN  0022-2844. PMID  7714912.
  6. ^ Кимура, Мотоо (1968). «Скорость эволюции на молекулярном уровне» (PDF). Природа. 217 (5129): 624–626. Bibcode:1968Натура.217..624К. Дои:10.1038 / 217624a0. PMID  5637732.
  7. ^ Акаши, Хироши; Осада, Наоки; Охта, Томоко (01.09.2012). «Слабый отбор и эволюция белков». Генетика. 192 (1): 15–31. Дои:10.1534 / генетика.112.140178. ISSN  0016-6731. ЧВК  3430532. PMID  22964835.
  8. ^ Охта, Томоко (10 декабря 2002). «Почти нейтралитет в эволюции генов и генной регуляции». Труды Национальной академии наук. 99 (25): 16134–16137. Bibcode:2002PNAS ... 9916134O. Дои:10.1073 / pnas.252626899. ISSN  0027-8424. ЧВК  138577. PMID  12461171.
  9. ^ Цзихэн Ян и Расмус Нильсен. «Оценка синонимичных и несинонимичных коэффициентов замены в реалистичных эволюционных моделях» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-10-20. Получено 2017-12-02.
  10. ^ Цзихэн Ян и Расмус Нильсен (1998). «Синонимичные и несинонимичные вариации скорости ядерных генов млекопитающих» (PDF). Журнал молекулярной эволюции. 46 (4): 409–418. Bibcode:1998JMolE..46..409Y. CiteSeerX  10.1.1.19.7744. Дои:10.1007 / pl00006320. PMID  9541535.

внешняя ссылка