Несинонимичная замена
Нуклеотидная мутация, которая изменяет последовательность аминокислот

Несинонимичная замена — это мутация нуклеотида , которая изменяет аминокислотную последовательность белка . Несинонимичные замены отличаются от синонимичных замен , которые не изменяют аминокислотную последовательность и (иногда) являются молчаливыми мутациями . Поскольку несинонимичные замены приводят к биологическому изменению в организме, они подвергаются естественному отбору .

Несинонимичные замены в определенном локусе можно сравнить с синонимичными заменами в том же локусе, чтобы получить отношение K a /K s . Это отношение используется для измерения скорости эволюции последовательностей генов. [1] Если ген имеет более низкие уровни несинонимичных, чем синонимичных нуклеотидных замен, то можно сделать вывод, что он функциональный, поскольку отношение K a /K s < 1 является отличительной чертой последовательностей, которые ограничены кодированием белков.

[2] Несинонимичные замены также называются мутациями замены .

Типы

Существует несколько распространенных типов несинонимичных замен. [3]

Миссенс-мутации — это несинонимичные замены, возникающие в результате точечных мутаций , мутаций в одном нуклеотиде, которые приводят к замене другой аминокислоты , что приводит к изменению кодируемого белка.

Бессмысленные мутации — это несинонимичные замены, которые возникают, когда мутация в последовательности ДНК приводит к преждевременному завершению белка путем замены исходной аминокислоты на стоп-кодон . Другой тип мутации, который имеет дело со стоп-кодонами, известен как неостановимая мутация или мутация считывания, которая происходит, когда стоп-кодон заменяется на аминокислотный кодон, в результате чего белок становится длиннее, чем указано. [3]

Естественный отбор и почти нейтральная теория

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 расчетные скорости мутаций были бы невероятно высокими, если бы 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 в молекулярной эволюции , чем естественный отбор. [6] Теория «почти нейтральности» предполагает, что молекулярная эволюция, действующая на несинонимичные замены, обусловлена ​​мутацией, 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, можно провести тест Макдональда–Крейтмана . [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 Нейтральная теория молекулярной эволюции верна для этих локусов, и эволюция происходит в основном посредством генетического дрейфа. Если несинонимичных замен между видами больше, чем внутри вида, положительный естественный отбор происходит на полезных аллелях и естественный отбор имеет место. [3] Было обнаружено, что несинонимичные замены чаще встречаются в локусах, связанных с устойчивостью к патогенам, репродуктивных локусах, связанных с конкуренцией сперматозоидов или взаимодействиями яйцеклетки и сперматозоида, и генах, которые реплицировались и приобрели новые функции, что указывает на то, что имеет место положительный отбор. [3]

Исследовать

Исследования по точному моделированию скоростей мутаций проводились в течение многих лет. Недавняя статья Цзихэна Янга и Расмуса Нильсена сравнила различные методы и разработала новый метод моделирования. Они обнаружили, что новый метод был предпочтительнее из-за его меньших смещений, что делает его полезным для крупномасштабного скрининга, но что модель максимального правдоподобия была предпочтительнее в большинстве сценариев из-за ее простоты и гибкости в сравнении нескольких последовательностей с учетом филогении. [9]

Дальнейшие исследования Янга и Нильсена показали, что несинонимичные и синонимичные коэффициенты замены различались в разных локусах в разных эволюционных линиях. Во время изучения ядерных локусов приматов, парнокопытных и грызунов они обнаружили, что коэффициент значительно различался в 22 из 48 изученных локусов. Этот результат дает веские доказательства против строго нейтральной теории молекулярной эволюции , которая утверждает, что мутации в основном нейтральны или вредны, и подтверждает теории, включающие выгодные мутации. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Тинг Ху и Вольфганг Банцхаф. «Отношение замены несинонимичных слов на синонимичные ka/ks: измерение скорости эволюции в эволюционных вычислениях» (PDF) . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  2. ^ Херрон, Джон С. (2014). Эволюционный анализ . Фримен, Скотт, 1955-, Ходин, Джейсон А., 1969-, Майнер, Брукс Эрин, Сидор, Кристиан А. (Пятое изд.). Бостон. ISBN 978-0321616678. OCLC  859267755.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  3. ^ abcde Энциклопедия генома человека от Nature . Купер, Дэвид Н. (Дэвид Нил), 1957-, Nature Publishing Group. Лондон: Nature Pub. Group. 2003. ISBN 978-0333803868. OCLC  51668320.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  4. ^ Ли, WH (1997). Молекулярная эволюция . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.
  5. ^ Томоко, Охта (1995-01-01). «Синонимичные и несинонимичные замены в генах млекопитающих и почти нейтральная теория». Журнал молекулярной эволюции . 40 (1): 56–63. Bibcode : 1995JMolE..40...56T. doi : 10.1007/bf00166595. ISSN  0022-2844. PMID  7714912.
  6. ^ Кимура, Мотоо (1968). «Скорость эволюции на молекулярном уровне» (PDF) . Nature . 217 (5129): 624–626. Bibcode : 1968Natur.217..624K. doi : 10.1038/217624a0. PMID  5637732. S2CID  4161261.
  7. ^ Акаси, Хироси; Осада, Наоки; Охта, Томоко (2012-09-01). «Слабый отбор и эволюция белков». Генетика . 192 (1): 15–31. doi :10.1534/genetics.112.140178. ISSN  0016-6731. PMC 3430532. PMID 22964835  . 
  8. ^ Охта, Томоко (2002-12-10). «Почти нейтральность в эволюции генов и регуляции генов». Труды Национальной академии наук . 99 (25): 16134–16137. Bibcode : 2002PNAS...9916134O. doi : 10.1073/pnas.252626899 . ISSN  0027-8424. PMC 138577. PMID 12461171  . 
  9. ^ Ziheng Yang и Rasmus Nielsen. "Оценка синонимичных и несинонимичных коэффициентов замены в реалистичных эволюционных моделях" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-10-20 . Получено 02.12.2017 .
  10. ^ Ziheng Yang и Rasmus Nielsen (1998). "Синонимичные и несинонимичные вариации скоростей в ядерных генах млекопитающих" (PDF) . Journal of Molecular Evolution . 46 (4): 409–418. Bibcode :1998JMolE..46..409Y. CiteSeerX 10.1.1.19.7744 . doi :10.1007/pl00006320. PMID  9541535. S2CID  13917969. 
  • Синонимы и несинонимичные предложения
  • Простые методы оценки числа синонимичных и несинонимичных замен нуклеотидов
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Nonsynonymous_substitution&oldid=1102373157"