Сравнение скорости эволюции старых и новых копий недавно
advertisement
Сравнение скорости эволюции старых и новых копий недавно дуплицированных генов человека Е.Н.Шустрова, Е.Н.Гордиенко*, И.И.Артамонова Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН, Москва, Россия *egordienko@gmail.com отрицательный отбор, его действие тем сильнее, чем меньше значение Kn/Ks. Более ранние исследования показали, что: 1) сразу после дупликации давление отбора на последовательности снижается на какое-то время, а скорость эволюции возрастает , 2) существует чёткая корреляция между уровнем экспрессии гена и скоростью его эволюции , 3) присутствует асимметрия скорости эволюции двух копий дуплицированного гена , затрагивая заметную долю дупликаций. Аннотация Хорошо известно, что дупликации, приводящие к увеличению количества генов, являются действенным механизмом эволюции. Дупликации и мутационный процесс тесно связаны, и в том числе приводят к появлению генов с новыми функциями. Для некоторых случаев было показано, что после дупликации в двух копиях гена эволюция происходит с различными скоростями. Предложен новый способ выявления старой и новой копий паралогичных генов и оценена асимметрия скоростей эволюции недавно дуплицированных генов человека. 2. Результаты и обсуждение В работе проведена оценка скоростей эволюции недавно дуплицированных генов человека. При этом применен новый способ выявления старой и новой копий паралогичных генов. На первом этапе работы были построены таблицы ортологов для человека и мыши. За основу были взяты данные из базы Homologene. В дополнение были построены ортологичные ряды с помощью метода BBH. Для групп ортологов, состав которых отличался между Homologene и таблицами BBH, было проведено ручное курирование для уточнения. Всего было найдено 16822 групп ортологов. Далее для каждой группы ортологов, содержащей два или более белков человека, была проведена следующая процедура. Было построено множественное выравнивание аминокислотных последовательностей. Далее с помощью метода максимального правдоподобия было построено филогенетическое дерево, топология дерева подтверждена бутстреп-анализом. Нас интересовали только недавние дупликации ветки человека, поэтому были выбраны только те 1. Введение Статистический анализ нуклеотидных последовательностей позволяет описать отбор, который действует на гены, в том числе на старую и новую копии одного гена после дупликации. Частота синонимичных замен (Ks) и частота несинонимичных замен на сайт (Kn) – наблюдаемые параметры, которые используют для оценки отбора. На основании этих частот можно определить, какому отбору подвергались те или иные последовательности. При этом силу и направление действия отбора принято определять отношением Kn/Ks: Kn/Ks > 1 соответствует положительному отбору, направленному на сохранение в популяции новых полезных мутаций, Kn/Ks < 1 – отрицательному, направленному на сохранение важных консервативных позиций, значение Kn/Ks = 1 означает нейтральную эволюцию. Когда на последовательность действует 165 группы ортологов, для которых белки человека ближе по эволюционной дистанции друг другу, чем белкам из мыши. Далее, в зависимости от расположения генов в геноме, определялся тип дупликации – тандемная или нетандемная. Результаты тандемных дупликаций анализировались по ориентации относительно общего геномного окружения группы. Если группа включала гены, расположенные на одной цепи, ее исключали из дальнейшего анализа: в этом случае невозможно различить старую и новую копии генов. На данный момент завершена пилотная часть исследования, в котором исследован неполный набор ортологичных кластеров. Среди пар генов человека, появившихся в результате приматоспецифичных дупликаций, примерно одинаковое число появилось в результате тандемных и нетандемных дупликаций. Среди тандемных пар вероятность инвертированной взаимной ориентации паралогов почти в 2,5 раза ниже, чем прямой. Нами было исследовано влияние геномного окружения на скорость эволюции паралогичных генов. Оказалось, что для новой копии гена, образовавшегося путём нетандемной дупликации гена-предшественника, как при дупликации ДНК-сегмента, так и в случае появления процессированной копии, характерно более слабое давление отрицательного отбора и более высокая скорость эволюции. В случае же тандемных дупликаций генов не выявлено определённой тенденции асимметрии действия отбора на старую и новую копии. 3. Литература 1. Lynch, M. and J.S. Conery, The evolutionary fate and consequences of duplicate genes. Science, 2000. 290(5494): p. 1151-5. 2. Subramanian, S. and S. Kumar, Gene expression intensity shapes evolutionary rates of the proteins encoded by the vertebrate genome. Genetics, 2004. 168(1): p. 373-81. 3. Panchin, A.Y., et al., Asymmetric and nonuniform evolution of recently duplicated human genes. Biology direct, 2010. 5: p. 54. 166
