生物信息学概论第三章替换模式.ppt

3.4.1相对速率检测分子进化研究中运用的大多数分化时间是根据对极不完整的化石记录的解释而得来的，因此它们的准确性值得怀疑。为避免使用这些不准确的时间以防止出现问题，Sarich和Wilson发明了一个简单的测定不同家系中总替换率的方法，此方法可以不依赖分化的具体时间为了测定物种1和物种2的相对（变异）速率，我们假定以另一个不太相关的物种3作为外群或外部参考物种123人猩猩狒狒A第31页，共38页，星期日，2025年，2月5日假设两物种的替换数目为沿着系统发生树各分支的替换数目的总和，如下式所示：d13=dA1+dA3d23=dA2+dA3d12=dA1+dA2经过简单代数变换，可得到物种1和物种2独立分化后的差异dA1=(d12+d13-d23)/2dA2=(d12+d23–d13)/2根据定义，物种1和物种2的分化起始时间是相同的，所以分子时钟假设预测dA1和dA2的值也应该是相等的第32页，共38页，星期日，2025年，2月5日任意基因的进化速率在家系进化的整个过程中保持稳定是分子时钟假说的前提条件。研究发现，分子时钟随种群的不同而变化。现在发现鼠和兔的替换率大体上是相同的；但是人和猿的分子进化率只有古欧洲猴子的一半事实上，人和鼠同源基因相对进化率的检测表明：啮齿动物基因替换率是灵长目的两倍由于分子时钟的这种不稳定现象，用分子分化的时间来推测共同祖先最后出现的时间就可能出现问题。因此，在做这种推测之前，必须保证所研究的物种应该有相同的时钟，就像啮齿动物一样3.4.2家系中变异率的变化第33页，共38页，星期日，2025年，2月5日有几种可能的说法对相对进化率检测中发现的进化率的差异进行了解释，比如猴子的繁殖时间比人类短，啮齿类就更短了生殖细胞DNA复制的数量与替换率的关系比与分化时间的关系更为密切产生差异的部分原因也可能是自分化以来两家系间的其他差异，如平均修复效率、新陈代谢率和适应新生态环境的必要条件这些因素都很难用常规方法量化我们知道在分化之前有相似属性，我们也知道它们的差异程度，但是对于在整个进化过程中其他时间二者的差异我们了解的却很少第34页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.5不同细胞器内基因的进化研究对象哺乳动物线粒体DNA（mtDNA）：平均长度16000bp植物叶绿体DNA（cpDNA）：平均长度120000～220000bp形态较小和异常的遗传模式（哺乳动物中，线粒体是由母亲提供）令人们对它如何积累替换这一问题产生了兴趣线粒体生物的新陈代谢使得线粒体中出现的高浓度诱变剂（尤其是自由氧基），它能使mtDNA发生突变的速度比在细胞核中的DNA高出10倍。因此，对mtDNA的比较研究常用来探索紧密关联的生物体种群间的关系（但对于那些分化已有千万年之久的物种，由于每个位点都有可能发生多重替换，此方法用处不大）叶绿体叶绿体的替换速率远小于mtDNA，它的Ks和Ka只有同物种细胞核基因的1/4到1/5第35页，共38页，星期日，2025年，2月5日本章总结DNA和其他分子一样，随着时间推移积累化学损伤。当这些损伤和DNA的修复误差导致DNA分子信息内容的改变，所谓的突变就发生了突变并不总是以相同的程度影响生物体是适应性。自然选择剔除了许多突变，那些被保留下来的突变就被称为替换替换率可以衡量基因及基因组其他部分功能的重要性。一些模型考虑了位点上多重替换发生的可能，用这些模型可以估算两个核苷酸或氨基酸序列之间真实的替换数目相对替换率检测表明：即使基因所受的功能约束程度差不多，某些生物体的替换率仍然比其他种类的替换率高第36页，共38页，星期日，2025年，2月5日生物信息学概论第三章替换模式第1页，共38页，星期日，2025年，2月5日分析已经发生的替换数目和性质，对于分子进化的研究有很重要的意义.这种分析也为生物信息学的研究人员致力于识别和刻画具有重要功能的基因部分提供了强有力的线索。第2页，共38页，星期日，2025年，2月5日本章内容基因内的替换模式估算替换数目基因间进化率的变化分子时钟细胞器的进化第3页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1基因内的替换模式基因突变：一种核苷酸替换成另一种，以及插入/删除事件有利的中性的不利的有利的变化实际上只占少数核苷酸序列的某些变化对一个生物体的影响比其他因素更大第4页，共38页，星期日，2025年，2月5日3.1.1突变率r=K/(2T)r：替换速率（突变率）K:来源于同一祖先的两个序列之间的替换数量T：分叉时间如