Несинонимичная замена — это нуклеотидная мутация , изменяющая аминокислотную последовательность белка . Несинонимические замены отличаются от синонимичных замен , которые не изменяют аминокислотные последовательности и (иногда) являются молчащими мутациями . Поскольку несинонимичные замены приводят к биологическим изменениям в организме, они подлежат естественному отбору .
Несинонимичные замены в определенном локусе можно сравнить с синонимичными заменами в том же локусе, чтобы получить соотношение K a /K s . Это соотношение используется для измерения скорости эволюции последовательностей генов. [1] Если ген имеет более низкие уровни несинонимичных, чем синонимичных нуклеотидных замен, то его можно считать функциональным, поскольку соотношение K a /K s < 1 является отличительной чертой последовательностей, которые ограничены для кодирования белков.
[2] Несинонимичные замены также называют мутациями замещения .
Существует несколько распространенных типов несинонимичных замен. [3]
Миссенс-мутации — это несинонимичные замены, возникающие в результате точковых мутаций , мутаций в одном нуклеотиде, которые приводят к замене другой аминокислоты , что приводит к изменению кодируемого белка.
Нонсенс-мутации — это несинонимичные замены, которые возникают, когда мутация в последовательности ДНК приводит к преждевременному прекращению белка в результате замены исходной аминокислоты на стоп-кодон . Другой тип мутации, связанный со стоп-кодонами, известен как непрерывная мутация или сквозная мутация, которая возникает, когда стоп-кодон заменяется кодоном аминокислоты, в результате чего белок становится длиннее, чем указано. [3]
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 давлению отбора, чем синонимичные мутации. [5] Мотоо Кимура (1968) определил, что расчетная частота мутаций была невероятно высокой, если только большинство возникших мутаций не были либо нейтральными, либо «почти нейтральными». [3] Он определил, что если бы это было правдой, генетический дрейф был бы более мощным фактором молекулярной эволюции , чем естественный отбор. [6] «Почти нейтральная» теория предполагает, что молекулярная эволюция, действующая на несинонимичные замены, обусловлена 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, можно выполнить 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 для этих локусов верна нейтральная теория молекулярной эволюции , и эволюция происходит преимущественно за счет генетического дрейфа. Если несинонимических замен между видами больше, чем внутри вида, происходит положительный естественный отбор на полезных аллелях и имеет место естественный отбор. [3] Было обнаружено, что несинонимичные замены чаще встречаются в локусах, связанных с устойчивостью к патогенам, репродуктивных локусах, связанных с конкуренцией сперматозоидов или взаимодействием яйцеклеток и сперматозоидов, а также в генах, которые реплицировались и приобрели новые функции, что указывает на то, что имеет место положительный отбор. [3]
Исследования по точному моделированию скорости мутаций проводятся уже много лет. В недавней статье Цзыхэна Янга и Расмуса Нильсена сравнивались различные методы и был разработан новый метод моделирования. Они обнаружили, что новый метод предпочтительнее из-за меньших ошибок, что делает его полезным для крупномасштабного скрининга, но модель максимального правдоподобия предпочтительнее в большинстве сценариев из-за ее простоты и гибкости при сравнении нескольких последовательностей с учетом филогения. [9]
Дальнейшие исследования Янга и Нильсена показали, что соотношения несинонимичных и синонимичных замен различаются по локусам в разных эволюционных линиях. В ходе изучения ядерных локусов приматов, парнокопытных и грызунов они обнаружили, что соотношение значительно варьирует в 22 из 48 изученных локусов. Этот результат дает убедительные доказательства против строго нейтральной теории молекулярной эволюции , которая утверждает, что мутации в основном нейтральны или вредны, и обеспечивает поддержку теорий, включающих полезные мутации. [10]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )