比较基因组进化分析-正选择基因检测
比较基因组进化分析-正选择基因检测
王佳茜
科技服务肿瘤研究部
摘 要：非同义替换率（Ka）和同义替换率（Ks）对于重建系统发育以及揭示编码蛋白的进
化过程有着非常重要的作用。本文会对分子进化论进行简要概述，总结非同义突变率（Ka）以及同义突变率（Ks）的计算方法和工具（KaKs_Calculator），构建系统进化树的方法和工具（PAML）。
关键词：分子进化论；系统发育树；KaKs_Calculator；PAML
进化论是用来解释生物在世代与世代之间具有变异现象的一套理论，其核心是描述生物进化的历史（系统进化树）和探索进化过程的机制。19世纪中叶，达尔文创立的进化学说推动了自哥白尼以来的西方思想史上的第二次革命，其中心思想是自然选择。上个世纪 60年代，随着分子生物学的兴起和技术的应用，进化理论的也进入了分子时代。达尔文的自然选择理论似乎在分子水平失效了，经过多年思索的日本学者木村资生于1968年在Nature上撰文提出中性突变假说，这个理论认为在分子遗传学的层次上，基因的变化大多数是中性突变，也就是对生物个体既没有好处也没有坏处的突变。同时 Linus Pauling和Emile Zuckerkandl的分子钟（ molecular clock）理论也为中理论提供了有力的支撑。演化生物学就形成了的分子水平的中性演化理论和宏观水平的自然选择的现代达尔文理论。
当前分子进化的研究已是进化论研究的重要手段，并建立了一套依赖于核酸、蛋白质序列信息的理论方法。对于编码蛋白的基因，非同义替换率（nonsynonymous substitution rate , Ka）与同义替换率（synonymoussubstitution rate , Ks）的比值（Ka/Ks）被广泛地用来检测基因是否受到选择作用。不导致氨基酸改变的核苷酸变异我们称为同义突变，反之则称为非同义突变。一般认为，同义突变不受自然选择，而非同义突变则受到自然选择作用。如果Ka/Ks =1,则认为是中性突变，即同义替换与错义替换有相同的可能被固定下来，指示此基因经历的是一个中性的进化过程；如果Ka/Ks > 1,则认为此基因的进化过程受到了正向选择，此基因发生非同义突变后作为优势被保留下来了；而如果Ka/Ks <1，则认为是受到了纯化选择，此基因发生非同义突变后作为劣势被淘汰了。Ka与Ks具体的数学定义是：Ka = 非同义突变SNP数/非同义位点数；Ks = 同义突变SNP数/同义位点数。图1说明了突变SNP数与位点数的定义。
FENG Si-lin . Research on methodof the construction of phylogenetic tree. 2009