Adaptasi Molekuler dan Deteksi Seleksi

Adaptasi molekuler adalah perubahan evolusioner dalam sekuens yang didorong oleh seleksi positif, dan serangkaian uji statistik mendeteksi tanda-tandanya terhadap latar belakang netral.

Definition

Adaptasi molekuler mengacu pada perubahan dalam sekuens asam nukleat atau protein yang disukai oleh seleksi alam positif. Deteksi seleksi meliputi metode statistik yang digunakan untuk mengidentifikasi perubahan adaptif tersebut dan membedakannya dari evolusi netral serta efek demografi.

Scope

Topik ini mencakup bagaimana seleksi alam meninggalkan jejak yang terdeteksi dalam data molekuler, perbandingan laju substitusi nonsinonim dan sinonim, uji yang mengkontraskan polimorfisme dengan divergensi, pemindaian untuk sapuan selektif, dan tantangan dalam membedakan seleksi dari sejarah demografi.

Core questions

• Bagaimana seleksi positif meninggalkan tanda yang terdeteksi dalam data sekuens?
• Apa yang diungkapkan oleh rasio substitusi nonsinonim terhadap sinonim tentang seleksi?
• Bagaimana uji yang mengkontraskan polimorfisme dan divergensi mengidentifikasi adaptasi?
• Bagaimana sapuan selektif dapat dideteksi, dan bagaimana seleksi dipisahkan dari demografi?

Key theories

Uji rasio laju seleksi

Membandingkan laju substitusi pengubah asam amino (nonsinonim) dengan substitusi diam (sinonim) mengungkapkan seleksi pemurnian ketika rasionya rendah dan seleksi positif ketika melebihi satu, menggunakan ekspektasi netral sebagai dasar.

Uji polimorfisme-divergensi

Kerangka kerja yang mengkontraskan polimorfisme dalam spesies dengan divergensi antarspesies pada situs yang dipilih versus situs netral memperkirakan proporsi substitusi yang didorong oleh adaptasi.

Mechanisms

Deteksi seleksi didasarkan pada penyimpangan dari ekspektasi netral. Rasio dN/dS membandingkan laju substitusi pengubah asam amino dengan substitusi sinonim: nilai di bawah satu menunjukkan seleksi pemurnian dan di atas satu menunjukkan seleksi positif berulang. Uji berdasarkan spektrum frekuensi situs mendeteksi kemiringan ke arah varian langka yang ditinggalkan oleh sapuan baru-baru ini. Metode yang mengkontraskan polimorfisme dalam spesies dengan divergensi antarspesies membagi substitusi menjadi kelas netral dan adaptif. Karena pertumbuhan populasi, hambatan, dan struktur dapat meniru seleksi, inferensi yang kuat memerlukan pengendalian sejarah demografi, seringkali dengan membandingkan wilayah kandidat dengan latar belakang netral di seluruh genom.

Clinical relevance

Mendeteksi adaptasi molekuler menunjukkan gen yang berkembang pesat dalam konflik inang-patogen, lokus sistem kekebalan, dan target obat, membantu mengidentifikasi situs di bawah seleksi untuk resistensi atau penghindaran kekebalan yang relevan untuk desain vaksin dan terapi.

History

Mengikuti teori netral, metode untuk mendeteksi seleksi berkembang pesat: model dN/dS berbasis kodon dan kontras polimorfisme dengan divergensi muncul pada akhir 1980-an dan 1990-an. Pengurutan seluruh genom kemudian memungkinkan pemindaian untuk sapuan selektif dan perkiraan laju evolusi adaptif di seluruh genom.

Debates

Memisahkan seleksi dari demografi

Karena peristiwa demografi dan seleksi dapat menghasilkan tanda yang tumpang tindih dalam data sekuens, keandalan pemindaian seleksi di seluruh genom dan perkiraan adaptasi tetap menjadi perhatian metodologis.

Key figures

• Masatoshi Nei
• Ziheng Yang
• John McDonald
• Martin Kreitman

Seminal works

• saetreRavinet2019
• futuyma2017
• ohta1973

Frequently asked questions

Apa yang ditunjukkan oleh rasio dN/dS yang lebih besar dari satu?

Ini menunjukkan bahwa substitusi pengubah asam amino telah terakumulasi lebih cepat daripada yang diam, sebuah tanda seleksi positif berulang yang mendukung perubahan protein pada gen atau kumpulan situs tersebut.

Mengapa demografi menjadi masalah dalam mendeteksi seleksi?

Karena perubahan ukuran populasi, hambatan, dan struktur dapat menghasilkan pola sekuens yang menyerupai pola yang ditinggalkan oleh seleksi, analisis harus memperhitungkan sejarah demografi untuk menghindari salah mengartikannya sebagai adaptasi.