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接下来,我们试图确定可能伴随着不同物种对不同环境和新生态系统的功能适应的积极选择的特征。
我们将非同义词与同义密码子取代的比率DN/DS作为阳性选择(> 1)或负选择的证据(<1). Although dN/dS is typically calculated for whole genes, the additional mammals sequenced enabled analysis at the codon level: simulations predicted a 250-fold gain in sensitivity compared to HMRD, identifying 53% of positive sites at 5% FDR (Supplementary Text 16).
Applying this test to 6.05 million codons in 12,871 gene trees, we found evidence of strong purifying selection (dN/dS < 0.5) for 84.2% of codons and positive selection (dN/dS > 1.5) for 2.4% of codons (with 94.1% of sites <1 and 5.9% >1; Supplementary Table 9). At 5% FDR, we found 15,383 positively selected sites in 4,431 proteins. The genes fall into three classes based on the distribution of selective constraint: 84.8% of genes show uniformly high purifying selection, 8.9% show distributed positive selection across their length and 6.3% show localized positive selection concentrated in small clusters (Fig. 3b and Supplementary Fig. 21, Supplementary Tables 10 and 11).
Genes with distributed positive selection were enriched in such functional categories as immune response (PBonf < 10−16) and taste perception (PBonf < 10−10), which are known to evolve rapidly, but also in some unexpected functions such as meiotic chromosome segregation (PBonf < 10−23) and DNA-dependent regulation of transcription (PBonf < 10−19; Supplementary Table 12). Localized positive selection was enriched in core biochemical processes, including microtubule-based movement (PBonf < 10−10), DNA topological change (PBonf < 10−4) and telomere maintenance (PBonf < 7 × 10−3), suggesting adaptation at important functional sites.
Focusing on 451 unique Pfam protein-domain annotations, we found abundant purifying selection, with 225 domains showing purifying selection for >75% of their sites, and 447 domains showing negative selection for >他们的站点的50%(补充表13)。具有大量正面选择位点的大量部分的结构域包括参与视网膜结合的CRAL/三人组(2.6%),参与骨重塑的蛋白酶抑制剂 - 囊蛋白(2.2%)和与分泌相关的EMP24/Gold/P24家族(1.6%) 。
移动元素提供了一种优雅的机制 ,可以在整个基因组上分布一个共同的序列,然后可以将其保留在将有利的调节功能授予主机的位置,这是一种称为“剥离”过程。我们的数据显示 ,涉及7 MB的哺乳动物基因组常见的280,000个移动元件(补充文本17),这与10,000例先前认可的病例相当大的扩展。在与有袋动物的差异和尤特里亚人的辐射之间的9000万年中产生的110万个约束元素中,我们可以将> 19%追溯到移动元素的exaptations 。在某些情况下 ,通常只有每种移动元件的小部分(中位11%)受到限制,在某些情况下与已知的调节基序相匹配。除了基因沙漠以外,最近的显影在祖先的调节元件附近发现 ,这些元素在祖先元素中含量丰富,但几乎没有显示出最近的被释放(p <10-300,补充图22)。
先前祖先约束元素中的谱系特异性快速进化显示了与大脑和肢体发育相关的人类阳性选择45 。将此签名应用于人类和灵长类动物血统 ,我们确定了563个人类加速区域(HAR)和577个灵长类动物加速区域(PARS)(fdr <10%)(补充文本18,补充表14和15),显着扩大了先前已知的Hars4646。54个Hars(9.4%)和49个PARS(8.5%)重叠增强剂相关的染色质标记和实验验证的增强剂(补充文本18)。Hars中的替代模式表明,GC偏置基因转化(BGC)对绝大多数地区的加速进化概不负责(15%显示了BGC的证据) 。
携带或相邻HAR和PAR的基因富含细胞外信号传导 ,受体活性,免疫,轴突引导 ,软骨发育和胚胎模式规范(补充图23)。例如,与X连锁形式的智障形式相关的FGF13基因座包含在神经系统,上皮组织和肿瘤中表达的FGF13的5'末端附近的四个har ,表明同工型调节中的人类特异性变化(补充图24)。
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希望本篇文章《使用29个哺乳动物的人类进化约束的高分辨率图》能对你有所帮助!
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