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中央教条

中心法则

在生物物理规模上理解遗传学的基本方面之一是表征一系列过程,这些过程跨越碱基对的原始序列信息(例如AGCGGTCGCAAG…。)和各种大分子(编织在一起以创建序列集)之间的鸿沟。组织,并促进生理过程,从而产生生物体。 这组现象被最简洁地封装在经常被破坏的状态中 分子生物学中心教条。 简而言之,DNA序列的信息是 转录翻译 变成蛋白质。 尽管为了获得更高的准确性和精确度,必须始终添加以下现象的警告: 拼接。 过程范围的巴洛克式特征使得分子遗传学已成为一个庞大的事业,在很大程度上取代了经典的孟德尔遗传学。

从进化的角度来看,一个关键的结构细节是 氨基酸 蛋白质的基本组成部分通常由 核苷酸三联体,或 密码子。 例如,氨基酸甘氨酸是“四倍简并”,GG AGG GGG CGG U (对于RNA Uracil,U,是DNA,T中的胸腺嘧啶的替代物),都对其进行编码。 请注意,更改固定在密码子的第三个位置。 改变第一个或第二个位置将改变氨基酸终产物,并可能干扰最终蛋白质的功能(或也许 在某些情况下完全干扰转录)。 这些是 代名词 替换,因为它们不会改变序列的功能导入,与 非同义的 位置(可能会取消或更改功能)。 在进化的背景下,人们可能会认为这些同义替代是“沉默的”。 因为自然选择取决于遗传变量的变化 ,并且同义替换大概不会改变表型,通常假设在这些基础上的进化变化是选择性的 中性。 相反,非同义的更改可能有害或有益(前者比后者更可能,因为打破或有复杂性比创建新的或有复杂性要容易)。 因此,跨谱系的非同义和同义碱基上的遗传变化比率是常见的 可能选择的量度 在一个基因上。



在这一点上,我已经从最肤浅的角度勾勒出了一组命题,这些命题涵盖了DNA生化力学的具体物理领域以及抽象的正式进化遗传模型,该模型概述了等位基因频率在时间和空间上的轨迹。 但是,命题总是嵌入公理中,而这些公理可能并不总是字面真实的。。 例如,某些氨基酸在氨基酸产量方面名义上等价的密码子受到青睐 偏见 源自各种效率 平移机械 的细胞。 在时尚之后,这也是自然的选择,但它并不通过生命过程中某个阶段的个体有机体的适应性以直接的方式体现出来。 在某些情况下,同义突变会发生变化 监管途径 显着地等等。 尽管所有这些与理想的偏离都可能是大多数研究人员接受的,但对于同义突变的中性框架的实用性允许事先假设它们不受选择。

A 新文 in 公共科学遗传学, 在同义站点中进行强纯化选择 黑腹果蝇着重强调了许多公义位置在中的可能性,从而着眼于该公理的鲁棒性。 果蝇 受制于 强烈 净化选择。 即,推定的沉默转变产生明显的功能差异,这导致生物体的适应性大大降低,从而从多态性库中去除了突变等位基因。 注意这里的关键限定词是 强大。 诸如突变偏倚和调节差异之类的动态变化意味着,许多人甚至在同义的位点上都会承认选择的弱小而温和。 这些作者主张一些更为激进的观点。

图 1C

坦率地说,该论文内容丰富,内容丰富,从统计遗传学到发育生物学的学科广度令人印象深刻。 但是核心结果可以归结为原始计数 单核苷酸多态性。 特别是他们比较了 内含子像同义位点一样,也被认为是中性的,因为它们不是产生蛋白质的最终RNA转录本的一部分,以此作为检查其感兴趣位点的参考。 尽管您可以在这篇文章顶部的面板中观察到一些微妙之处,但这似乎与4D(四倍简并)站点中的中立性有些偏离。 在上面的第二个面板中更清楚。 同义位点的遗传变异似乎比应有的少。 这是一种提纯选择的方法,它可以连续地从种群中去除低频有害突变。 但是为什么呢 强烈 选择? 作者强调的问题是,先前研究的数据集根本不够密集和丰富,无法区分强纯化选择和弱纯化选择,因为在较粗略的分析范围内,效果会非常相似。 相反,在这里,作者使用了100多个果蝇品系,并装配了近1万个4D SNP。 通过对种群进行如此深入的采样,他们甚至能够探测到很小的差异,因为强选择在清除非常低频率的等位基因方面会明显更有​​效(考虑到在较小的样本中,很可能会遗漏低N变异体)。

成为论文 公共科学遗传学 它免费提供给所有人阅读,因此我将为您节省所有细节,包括如何校正GC含量的偏差,可能的选择性扫描以使来自侧面区域的信号失真等。他们能够使用重采样技术来确认尽管将数据划分为多个类别确实使我有些担心,但它们的推理的鲁棒性还是有一点。 此外,还提到了使用“简约性”,这有点令人担忧,特别是由于作者甚至承认这可能会得出错误的结论这一事实。 但是,即使细节中有许多令人生畏的运动部件,总体效果还是相当可观的。 我还应该提到,他们探讨了密码子偏倚可能在产生这种模式中可能发挥的作用,而且似乎不太可能(特别是因为纯化选择似乎会影响最佳和非最佳密码子)。 而且,还有一些相当奇怪的结果,例如他们发现纯化选择是 较弱 X染色体上的染色体比常染色体上的染色体(与我的相反,我认为是他们的期望)。

本文的“后端”有所不同,因为它分析了感兴趣的基因组区域(4D位点)的功能和发育方面。 他们报告说,例如,净化选择是在整个保护区进行的 果蝇 物种。 不奇怪。 但是,在整个血统中的站点上似乎也存在大量的取代和变化,这有待纯化血统。 这暗示着获得突变的功能,可以区分 果蝇 物种。 最后,关于基因表达的时间分布的广泛模式也涉及到4D位点,这些位点是高度保守的。 由于我对开发生物学并不精通,因此我会将其留给其他人使用,尽管结果对我来说是不透明的,但这似乎是暗示性的。

一篇论文并没有推翻40年的分子进化过程。 即使验证中立理论的一些主要假设和结果是错误的,也不会否定中立作为无效假设的效用。 但是,如果将同义位点作为中立性的基准,并且一直受到严格的纯化选择,那么这的确意味着我们对影响遗传进化史的力量平衡的理解。 果蝇 可能是完全错误的。 关于预选赛 果蝇 我认为这是有道理的,因为从我之前回忆的结果来看,该模型有机体普遍存在选择现象,而这可能并不适用于所有分类单元。 作者对结果的一般性进行了论证,他们也许是正确的,但我认为人们应该对这种说法更为谨慎。 这确实告诉我们的是 现代基因组学和数据的扩展并不能以更精细的规模揭示自然,但实际上可能是在抽烟长期隐藏在平原地区的结构和模式。

引文: Lawrie DS,Messer PW,Hershberg R和Petrov DA(2013) 黑腹果蝇。 PLoS Genet 9(5):e1003527。 doi:10.1371 / journal.pgen.1003527

(从重新发布 探索/ GNXP 经作者或代表的许可)
 
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  1. 果蝇的X染色体?!! 谁知道(当然不是我)? 我认为这是严格意义上的哺乳动物。 鸟类有 ZW,在(一些?)爬行动物和两栖动物中,性别取决于妊娠温度。 等等。 也许真的有事 苍蝇 😉

    • 回复: @拉齐布·汗(Razib Khan)
    @马塞尔普鲁斯特

    是的,这很奇怪。 我认为关键的重要问题是男性是异配性别,就像胎盘一样。

    , 乍得
    @马塞尔普鲁斯特

    有些植物具有 XY 和 ZW 性别决定系统。 关键因素正如Razib所说,就是异配性。

  2. @马塞尔普鲁斯特
    果蝇的X染色体?!! 谁知道(当然不是我)? 我认为这是严格意义上的哺乳动物。 鸟类有 ZW,在(一些?)爬行动物和两栖动物中,性别取决于妊娠温度。 等等。 也许真的有事 苍蝇 ;)

    回复:@Razib Khan、@Chad

    是的,这很奇怪。 我认为关键的重要问题是男性是异配性别,就像胎盘一样。

  3. @马塞尔普鲁斯特
    果蝇的X染色体?!! 谁知道(当然不是我)? 我认为这是严格意义上的哺乳动物。 鸟类有 ZW,在(一些?)爬行动物和两栖动物中,性别取决于妊娠温度。 等等。 也许真的有事 苍蝇 ;)

    回复:@Razib Khan、@Chad

    有些植物具有 XY 和 ZW 性别决定系统。 关键因素正如Razib所说,就是异配性。

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