Введение

Отношение, оценивающее баланс между несинонимичными и синонимичными замещениями ОТКРЫТИТЕЛЬ: Ка/Кс Отношение В генетике отношение Ка/Кс, также известное как ω или dN/dS, используется для оценки баланса между нейтральными мутациями, очищающим отбором и благоприятными мутациями, действующими на набор гомологичных белкококодирующих генов. Он рассчитывается как отношение числа несинонимных замещений на одно несинонимное место (Ka) в течение определенного периода времени к количеству синонимных замещений на одно синонимное место (Ks) в течение того же периода. Последние считаются нейтральными, так что соотношение указывает на чистый баланс между вредными и полезными мутациями. Значения Ka/Ks значительно выше 1 вряд ли будут иметь место без по крайней мере некоторых из мутаций, являющихся выгодными. Если предположить, что благоприятные мутации вносят небольшой вклад, то Ka/Ks оценивает степень эволюционного ограничения.

Методы

Методы оценки Ka и Ks используют выравнивание последовательности двух или более нуклеотидных последовательностей гомологичных генов, которые кодируют белки (а не генетические переключатели, контролирующие развитие или скорость активности других генов). Методы можно разделить на три группы: приблизительные методы, методы с максимальной вероятностью и методы подсчета. Однако, если последовательности, которые должны быть сравниты, не имеют отдаленных связей (в этом случае преобладают методы максимальной вероятности), класс используемого метода оказывает минимальное влияние на полученные результаты; более важными являются допущения, заложенные в выбранном методе. Он оценивает критические параметры, включая расхождение между последовательностями и соотношение перехода/трансверсии, путем вывода наиболее вероятных значений для получения входных данных.

Интерпретация результатов

Отношение Ka/Ks используется для вывода направления и величины естественного отбора, действующего на кодирующие белки гены. Отношение больше 1 означает положительный или дарвиновский отбор (движение изменений); меньше 1 означает очищающий или стабилизирующий отбор (действующий против изменений); а отношение точно 1 указывает на нейтральный (то есть отсутствие) отбор. Однако комбинация положительного и очищающего отбора в разных точках внутри гена или в разные моменты его эволюции может отменить друг друга. Полученное среднее значение может скрыть наличие одного из выборов и снизить кажущуюся величину другого выбора. Конечно, необходимо провести статистический анализ, чтобы определить, существенно ли отличается результат от 1, или может ли возникнуть какая-либо явная разница в результате ограниченного набора данных. Соответствующее статистическое испытание для приблизительного метода включает в себя приближение dN − dS с нормальным приближением и определение того, попадает ли 0 в центральную область приближения. Для анализа результатов анализа максимальной вероятности можно использовать более сложные методы вероятности, выполняя тест чи квадрата для различения нулевой модели (Ka/Ks = 1) и наблюдаемых результатов. Некоторые более простые приблизительные методы, такие как методы Miyata & Yasunaga и Nei & Gojobori, не учитывают их, что приводит к более быстрому вычислительному времени за счет точности; эти методы систематически переоценивают N и недооценивают S. Кроме того, с течением времени возможно, что сайт подвергается нескольким модификациям. Например, кодон может переключаться из AAA→AAC→AAT→AAA. Нет способа обнаружить множество замещений в одном месте, поэтому оценка количества замещений всегда недооценивается. Кроме того, в приведенном выше примере на третьем участке произошли две несинонимические и одна синонимическая замена; однако, поскольку замены восстановили исходную последовательность, нет никаких доказательств какой-либо замены. По мере увеличения времени дивергенции между двумя последовательностями увеличивается и количество множественных замещений. Таким образом, "длинные ветви" в анализе dN/dS могут привести к недооценке как dN, так и dS, и чем длиннее ветвь, тем сложнее корректировать вводимый шум. Это ограничивает полезность соотношения Ka/Ks для сравнения близкородственных популяций.

Индивидуальный кодонный подход

Дополнительную информацию можно получить путем определения соотношения Ka/Ks в конкретных кодонах внутри последовательности гена. Например, область настройки частоты опсина может находиться под повышенным селективным давлением, когда вид колонизирует и адаптируется к новой среде, тогда как область, ответственная за инициализацию нервного сигнала, может находиться под очищающим отбором. Для обнаружения таких эффектов в идеале следует рассчитать отношение Ka/Ks в каждом месте. Однако это является вычислительно дорогостоящим и на практике устанавливается ряд классов Ka/Ks, и каждому сайту присваивается наиболее подходящий класс. Первый шаг для определения того, действует ли положительная селекция на участках, заключается в сравнении теста, при котором отношение Ka/Ks ограничено < 1 во всех участках, с тем, где оно может принимать любое значение, и посмотреть, улучшает ли соответствие модели разрешение Ka/Ks превышать 1 в некоторых участках. Если это так, то участки, входящие в класс, где Ka/Ks > 1, являются кандидатами на положительный отбор. Эта форма испытания может либо определить участки, которые дальнейшие лабораторные исследования могут изучить для определения возможного селективного давления; или участки, которые, как полагают, имеют функциональное значение, могут быть отнесены к различным классам Ka / Ks до запуска модели.