pozitiv

Ce gene umane au fost puncte fierbinți pentru selecția pozitivă? Analizele celor mai buni candidați vor dezvălui nu genele care fac obiectul unei astfel de selecții, ci genele care sunt susceptibile să fie supuse unei reparări a ADN-ului părtinitoare.

Pentru a afla ce ne face unici, putem căuta gene și numai ale noastre, în care a avut loc selecția pozitivă darwiniană. Genele care sunt considerate puncte fierbinți pentru selecția pozitivă pot fi, în principiu, detectate prin scanarea genomilor, care determină în special schimbarea rapidă de dezvoltare a secvențelor ADN 1, 2, 3. Opera lui Berglund și colab. 4 și Galtier și colab. 5, subminează legătura percepută între dezvoltarea rapidă și selecția pozitivă omniprezentă. În schimb, punctele fierbinți par să fi accelerat dezvoltarea printr-un proces de reparare a ADN-ului înclinat, nu pentru că schimbările au fost bune pentru noi. Multe schimbări sunt susceptibile de a fi dăunătoare.

Pentru a obține modificări specifice omului, ambele grupuri au comparat genele umane cu cele ale cimpanzeilor și ale altor primate. Fiecare diferență observată a fost o mutație care a fost inițial rară, dar a devenit comună, probabil - dar nu neapărat - datorită selecției pozitive. Testele standard de selecție pozitivă presupun că mutațiile devin frecvente fie prin conferirea unui avantaj organismului (selecție pozitivă), fie prin întâmplare (derivă). Ambele grupuri au folosit aceleași metode pentru a găsi puncte fierbinți de selecție pozitive, precum cele utilizate în studiile anterioare 1, 2, 3. Toate aceste abordări identifică o secvență de ADN pentru care rata de dezvoltare este mai mare decât se aștepta, dar diferă în definirea așteptatului.

Prima metodă identifică o secvență care se dezvoltă foarte rapid la oameni în comparație cu alte primate (Figura 1). Berglund și colab. 4 au folosit alte două metode, ambele comparând rata de dezvoltare a proteinelor cu rata de dezvoltare a siturilor din gena proteinei în care mutațiile nu o afectează (site-uri sinonime). Prima dintre aceste metode întreabă dacă raportul acestor două viteze (Ka/K s) la oameni este neobișnuit de mare. A doua întrebare pune dacă, după verificarea variațiilor observate între oameni, valoarea interspecie a acestui raport este neobișnuit de mare.

Acest exemplu se bazează pe un studiu realizat de Galtier și colab. 5, care a identificat o schimbare accelerată a secvenței ADN uman specifice prin compararea numărului relativ de modificări observate într-un anumit segment de genă (sau genă) cu un set de referință de la oameni și alte primate. A, Set de referință compus din 1.000 de gene. Având în vedere că au existat 0,003 modificări în linia specifică omului, în comparație cu suma tuturor lungimilor ramurilor din copac (0, 185), am ajuns la concluzia că, după împărțirea dintre oameni și cimpanzei în linia umană, doar 1, 6% din toate modificările secvenței., b, Un copac care rezultă din datele secvenței pentru o porțiune a genei care codifică proteina SMG6. Aici s-au produs 15% din toate modificările secvenței în linia umană, ceea ce înseamnă că rata specifică omului este mai mare. Dintre cele 29 de modificări, 25 sunt AT → GC, care este cauza conversiei genelor înclinate. Numerele indică numărul mediu de modificări ale aminoacizilor la locul respectiv. (Imagine modificată de la linkul 5.)

Imagine la dimensiune completă

Berglund și colab. afirmă că aceste trei metode identifică de obicei diferiți candidați pentru selecție pozitivă. Cu toate acestea, există o singură regularitate. Orice poziție într-o genă este ocupată de una dintre cele patru nucleotide, A, T, C sau G, ale căror combinații codifică aminoacizii - blocuri de proteine. Interesant, cei mai buni candidați pentru selecție pozitivă arată un exces mare de modificări ale nucleotidelor care au fost inițial fie A, fie T, dar au devenit G sau C. Galtier și colab. 5 găsesc același efect și arată, de asemenea, că se aplică punctelor fierbinți din primatele neumane.

De ce ar trebui să fie? Astfel, selecția pozitivă bazată pe selecția aminoacizilor nu ar trebui să favorizeze schimbarea AT în GC. În plus, părtinirea, deși este foarte localizată în gene, nu este unică pentru porțiunile genei care codifică proteinele, dar se observă și în porțiunile necodificatoare intermediare 4, 5. Ambele grupuri au concluzionat că genele hotspot nu au fost selectate pozitiv la nivel de proteine.

Presupunând că transformarea AT în GC duce la o anumită forță, se poate presupune că o schimbare evolutivă rapidă dă un semnal fals de selecție pozitivă. Ambele grupuri arată, de asemenea, că forța care promovează modificările AT la GC poate duce la secvențe care nu numai că au rate accelerate de schimbare, dar au și un raport Ka la Ks care depășește unul, care este un test comun pozitiv acid. Dacă acesta ar fi cazul, dezvoltarea accelerată ar fi necesară pentru a se concentra în special asupra siturilor din genă care, dacă este modificată, modifică proteina. Acest lucru este deosebit de probabil dacă sinonimele genei ar fi sinonime (nespecifice cu aminoacizi) cu situri bogate în GC, dar siturile care au specificat aminoacidul nu au fost: forța influenței GC ar provoca un exces de substituții care modifică proteinele în comparație cu relativ site-uri sinonime intacte, care sunt întotdeauna bogate în GC 4 .

Care ar putea fi forța de influență? Modificările nucleotidice la siturile sinonime modulează expresia genei 6. Atunci de ce modificările ar fi foarte localizate în gene și de ce este prejudecata și în secvența necodificatoare? O explicație mai simplă, cum ar fi alegerea pozitivă a proteinelor sau a ratelor de expresie și a celor care au prezis noi rezultate, duce la un proces de reparare a ADN-ului înclinat.

În timpul producției de celule germinale, o celulă cu două copii din fiecare dintre cei 23 de cromozomi ai noștri se împarte pentru a forma celule cu un singur set. În timpul acestui proces, cromozomii pot face schimb de ADN (recombinare); aceasta implică ruperea unui singur cromozom care dezvăluie o singură catenă de ADN dublu catenar normal. O catenă găsește apoi o catenă complementară în cromozomul partener. Cele două catene sunt împerecheate pentru a forma o nouă bucată de ADN dublu catenar. Cu toate acestea, ordinea celor două catene poate să nu fie perfect complementară și poate încălca regulile de asociere a ADN-ului (G trebuie asociat cu C și A cu T). Apoi, nepotriviti enzimele de reparare neconforme pentru a corecta încălcarea. Imaginați-vă o nepotrivire a lui C cu litera A. Există două corecții posibile: înlocuiți C cu T sau înlocuiți A cu G. Important, sistemul este părtinitor 8 și mai des înlocuiește A cu G. Mai general, preferă Gs și Cs Ca sau Ts. Panta corectivă poate fi o proprietate dezvoltată pentru a gestiona rata mare de mutație de la C la T.

Conversia genei non-obiective 9 (BGC), așa cum se numește acest proces, explică tendința generală către rate mai mari de dezvoltare în domeniile cromozomiale care suferă în mod normal recombinarea 10 și prezice corect rate ridicate de recombinare în punctele fierbinți super rapide 4, 5. Multe astfel de situri se află la capetele cromozomilor, unde recombinarea este comună. În plus, deoarece conversia genelor are loc și între gene duplicate adiacente fizic, BGC explică de ce duplicatele adiacente cromozomiale au o secvență similară bogată în GC 11. Constatarea sugestivă este că cele două puncte fierbinți superioare sunt o pereche de gene duplicate adiacente (gene care codifică receptorii olfactivi OL3A3 și OL3A2).

Important, BGC poate conduce la mutații dăunătoare 5. Acest lucru poate explica de ce pot exista puncte fierbinți în gene care nu se schimbă la alte specii decât noi, sub selecție puternică și, prin urmare, nu sunt candidați evidenți pentru selecție pozitivă. Deoarece BGC poate provoca mutații dăunătoare să se răspândească prin populație, o parte a ratei ridicate de dezvoltare în punctele fierbinți s-ar putea datora răspândirii ulterioare a mutațiilor compensatorii. .

O particularitate mecanică rămâne. S-a observat că corelația dintre rata de dezvoltare și rata de recombinare se aplică doar la rata de recombinare observată la bărbați (a se vedea, de exemplu, referințele 10 și 12). Aceasta este o dovadă împotriva rolului efectelor aleatorii ale recombinării (amestecarea cărora mutațiile stau una lângă alta), care stau la baza unei potențiale explicații alternative. De ce efectul este specific bărbaților nu se știe.

Rezultatele lui Berglund și colab. 4 și Galtier și colab. 5 este de acord că BGC este forța motrice din spatele dezvoltării secvenței, explicând potențial apariția unor întinderi mari de conținut de nucleotide aproximativ omogene (izocor) în genomul nostru 13. Rezultatele pun în mod mai îngrijorător sub semnul întrebării utilitatea unui set standard de instrumente pentru identificarea punctelor fierbinți de schimbare care sunt benefice organismelor. Demonstrația convingătoare a selecției pozitive necesită acum atât dovezi că modificările nu s-au datorat BGC, cât și o examinare a impactului modificărilor aminoacizilor.

Comentarii

Prin trimiterea unui comentariu, sunteți de acord să respectați Termenii și condițiile și Regulile comunității. Dacă găsiți ceva jignitor sau nu respectați termenii sau liniile directoare, marcați-l ca fiind nepotrivit.