분자 적응 및 선택 탐지

분자 적응은 양성 선택에 의해 주도되는 서열의 진화적 변화이며, 다양한 통계적 검정은 중립적 배경에 대비하여 그 특징을 탐지합니다.

Definition

분자 적응은 양성 자연 선택에 의해 선호되는 핵산 또는 단백질 서열의 변화를 의미합니다. 선택 탐지는 이러한 적응적 변화를 식별하고 이를 중립 진화 및 인구통계학적 효과와 구별하는 데 사용되는 통계적 방법을 포함합니다.

Scope

이 주제는 자연 선택이 분자 데이터에 어떻게 탐지 가능한 흔적을 남기는지, 비동의 치환율과 동의 치환율의 비교, 다형성과 분기를 대조하는 검정, 선택적 스윕 탐색, 그리고 선택을 인구통계학적 역사와 구별하는 데 따르는 어려움을 다룹니다.

Core questions

• 양성 선택은 서열 데이터에 어떻게 탐지 가능한 특징을 남기는가?
• 비동의 치환 대 동의 치환 비율은 선택에 대해 무엇을 밝혀내는가?
• 다형성과 분기를 대조하는 검정은 적응을 어떻게 식별하는가?
• 선택적 스윕은 어떻게 탐지될 수 있으며, 선택은 인구통계학적 요인과 어떻게 분리되는가?

Key theories

선택에 대한 비율-비교 검정

아미노산 변화를 유발하는 (비동의) 치환율과 침묵 (동의) 치환율을 비교하면, 비율이 낮을 때 정화 선택을, 1을 초과할 때 양성 선택을 드러내며, 중립적 기대치를 기준으로 사용합니다.

다형성-분기 검정

종 내 다형성과 종 간 분기를 선택된 부위와 중립 부위에서 대조하는 프레임워크는 적응에 의해 주도되는 치환의 비율을 추정합니다.

Mechanisms

선택 탐지는 중립적 기대치로부터의 이탈에 기반합니다. dN/dS 비율은 아미노산 변화를 유발하는 치환율과 동의 치환율을 비교합니다. 1 미만의 값은 정화 선택을 나타내고, 1 초과의 값은 반복적인 양성 선택을 나타냅니다. 부위 빈도 스펙트럼에 기반한 검정은 최근 스윕에 의해 남겨진 희귀 변이 쪽으로의 편향을 탐지합니다. 종 내 다형성과 종 간 분기를 대조하는 방법은 치환을 중립적 및 적응적 범주로 나눕니다. 개체군 성장, 병목 현상 및 구조가 선택을 모방할 수 있으므로, 강력한 추론을 위해서는 인구통계학적 역사를 통제해야 하며, 이는 종종 후보 영역을 게놈 전체의 중립적 배경과 비교함으로써 이루어집니다.

Clinical relevance

분자 적응을 탐지하는 것은 숙주-병원체 갈등, 면역 체계 유전자좌, 약물 표적에서 빠르게 진화하는 유전자를 정확히 찾아내어 백신 및 치료제 설계와 관련된 내성 또는 면역 회피를 위한 선택 하에 있는 부위를 식별하는 데 도움을 줍니다.

History

중립 이론에 따라 선택을 탐지하는 방법은 빠르게 발전했습니다. 코돈 기반 dN/dS 모델과 다형성과 분기의 대조는 1980년대 후반과 1990년대에 등장했습니다. 이후 게놈 전체 시퀀싱은 선택적 스윕 탐색과 게놈 전체의 적응 진화율 추정을 가능하게 했습니다.

Debates

선택과 인구통계학적 요인 분리

인구통계학적 사건과 선택이 서열 데이터에서 중복되는 특징을 생성할 수 있기 때문에, 게놈 전체 선택 스캔 및 적응 추정의 신뢰성은 방법론적 관심사로 남아 있습니다.

Key figures

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

Seminal works

• saetreRavinet2019
• futuyma2017
• ohta1973

Frequently asked questions

dN/dS 비율이 1보다 크다는 것은 무엇을 의미합니까?

이는 아미노산 변화를 유발하는 치환이 침묵 치환보다 더 빠르게 축적되었음을 나타내며, 해당 유전자 또는 부위 집합에서 단백질 변화를 선호하는 반복적인 양성 선택의 특징입니다.

인구통계학적 요인이 선택 탐지에 문제가 되는 이유는 무엇입니까?

개체군 크기 변화, 병목 현상 및 구조가 선택에 의해 남겨진 것과 유사한 서열 패턴을 생성할 수 있기 때문에, 분석은 인구통계학적 역사를 적응으로 오인하는 것을 피하기 위해 이를 고려해야 합니다.