Adaptação Molecular e Detecção de Seleção

A adaptação molecular é a mudança evolutiva em sequências impulsionada pela seleção positiva, e uma gama de testes estatísticos detecta suas assinaturas contra o pano de fundo neutro.

Definition

Adaptação molecular refere-se a mudanças em sequências de ácidos nucleicos ou proteínas favorecidas pela seleção natural positiva. A detecção de seleção compreende os métodos estatísticos usados para identificar tal mudança adaptativa e distingui-la da evolução neutra e dos efeitos demográficos.

Scope

Este tópico aborda como a seleção natural deixa marcas detectáveis em dados moleculares, a comparação das taxas de substituição não sinônimas e sinônimas, testes que contrastam polimorfismo com divergência, varreduras para varreduras seletivas e os desafios de distinguir a seleção da história demográfica.

Core questions

• Como a seleção positiva deixa uma assinatura detectável nos dados de sequência?
• O que a razão de substituições não sinônimas para sinônimas revela sobre a seleção?
• Como os testes que contrastam polimorfismo e divergência identificam a adaptação?
• Como as varreduras seletivas podem ser detectadas e como a seleção é separada da demografia?

Key theories

Testes de razão de taxas de seleção

A comparação da taxa de substituições que alteram aminoácidos (não sinônimas) com as silenciosas (sinônimas) revela seleção purificadora quando a razão é baixa e seleção positiva quando excede um, usando as expectativas neutras como linha de base.

Testes de polimorfismo-divergência

Estruturas que contrastam o polimorfismo dentro das espécies com a divergência entre as espécies em sítios selecionados versus neutros estimam a proporção de substituições impulsionadas pela adaptação.

Mechanisms

A detecção de seleção baseia-se em desvios das expectativas neutras. A razão dN/dS compara as taxas de substituição que alteram aminoácidos com as sinônimas: valores abaixo de um indicam seleção purificadora e acima de um indicam seleção positiva recorrente. Testes baseados no espectro de frequência do sítio detectam o viés em direção a variantes raras deixadas por varreduras recentes. Métodos que contrastam o polimorfismo dentro das espécies com a divergência entre as espécies particionam as substituições em classes neutras e adaptativas. Como o crescimento populacional, gargalos e estrutura podem mimetizar a seleção, a inferência robusta requer o controle da história demográfica, frequentemente comparando regiões candidatas com fundos neutros em todo o genoma.

Clinical relevance

A detecção da adaptação molecular identifica genes em rápida evolução em conflitos hospedeiro-patógeno, loci do sistema imunológico e alvos de medicamentos, ajudando a identificar sítios sob seleção para resistência ou escape imunológico que são relevantes para o design de vacinas e terapias.

History

Após a teoria neutra, os métodos para detectar a seleção desenvolveram-se rapidamente: modelos dN/dS baseados em códons e o contraste de polimorfismo com divergência apareceram no final dos anos 1980 e 1990. O sequenciamento de todo o genoma então possibilitou varreduras para varreduras seletivas e estimativas da taxa de evolução adaptativa em todo o genoma.

Debates

Separando seleção de demografia

Como eventos demográficos e seleção podem produzir assinaturas sobrepostas em dados de sequência, a confiabilidade das varreduras de seleção em todo o genoma e as estimativas de adaptação permanecem uma preocupação metodológica.

Key figures

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

Seminal works

• saetreRavinet2019
• futuyma2017
• ohta1973

Frequently asked questions

O que indica uma razão dN/dS maior que um?

Indica que as substituições que alteram aminoácidos se acumularam mais rapidamente do que as silenciosas, uma assinatura de seleção positiva recorrente favorecendo a mudança de proteína nesse gene ou conjunto de sítios.

Por que a demografia é um problema para detectar a seleção?

Porque as mudanças no tamanho da população, gargalos e estrutura podem produzir padrões de sequência semelhantes aos deixados pela seleção, as análises devem levar em conta a história demográfica para evitar confundi-la com adaptação.