Evolúciós távolság

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2015. február 18-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .

Az evolúciós távolság  két szervezet közötti genetikai különbségeket jellemző mennyiség. A homológ gének nukleotidszekvenciájának összehasonlításával állapítható meg. A genetikai különbségek mértéke a gén megfelelő pozícióiban a nukleotid eltérések százalékos aránya [1] .

Meghatározási módszerek

Páronkénti távolság

A legegyszerűbb érték, amely az evolúciós távolságot jellemzi, a nem illeszkedő nukleotidok aránya a gén megfelelő pozícióinak páronkénti összehasonlításában. Ezt a mennyiséget "páronkénti távolságnak" nevezik (általában p szimbólummal jelöljük ).

Például a gén következő két régiójának összehasonlításakor

CAGACAGTCA CA C AC T G C CA

10 nukleotidonként három eltérés van, p = 0,3.

A páronkénti távolság nem írja le megfelelően az élőlények közötti evolúciós különbségeket:

A páronkénti távolság hátrányait kiküszöböljük, ha bonyolultabb képleteket használunk a távolság meghatározásához:

és egyéb módszerek.

A Jukes-Cantor módszer

A Jukes-Cantor módszer [ 2] a legegyszerűbb kísérlet a  véletlenszerű nukleotid egyezések kizárására, ennek valószínűsége 25%. Ez egy egyparaméteres módszer, amely a nukleotid eltérések arányát (azaz a páronkénti távolságot p ) használja paraméterként. A távolságot a következő képlet segítségével számítjuk ki

A módszer feltételezi, hogy mind a négy nukleotid (A, C, T, D) azonos arányban van jelen a DNS-ben, és az egyik nukleotid másikkal való helyettesítésének valószínűsége bármely nukleotidpár esetében azonos.

A képletből látható, hogy p > 0,75 esetén a kifejezésnek nincs értelme (negatív kifejezés a logaritmus előjele alatt). Ez a módszer hátránya, mivel a p > 0,75 helyzetek (a különböző nukleotidok több mint 75%-a) elvben nem kizártak.

A képletet 1965-ben, a molekuláris biológia kutatásának hajnalán Thomas Jukes , a Kaliforniai Egyetem kémiaprofesszora javasolta.és ugyanennek a karnak a hallgatója, Charles Cantor. Az 1960-as évek közepén a biokémiai technológia elérte azt a szintet, hogy lehetővé vált az egyes DNS-fragmensek és a fehérjék aminosavszekvenciáinak megfejtése. Ez lehetővé tette a nukleotidszekvenciák összehasonlításával a különféle organizmusok evolúciós közelségének és az egyes fajok evolúciós útjainak nyomon követését. Jukes és Kantor az úttörők közé tartozott e módszer formalizálásában, és Kantor lett az egyik első számítógépes program szerzője a nukleotidszekvenciák elemzésére [3] .

A képlet alkalmazására példaként említhetők a humán α- és β-hemoglobint kódoló gének fragmentumai. Úgy gondolják, hogy körülbelül 400 millió évvel ezelőtt mindkét gén ugyanabból az ősi génből származik [3] .

ACCAACGTCAAGGCCGCCTGGGGTAAGGTT (α-hemoglobin) TCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGGAAGGTG (β-hemoglobin)

A töredékek összehasonlítása 30 nukleotidonként 12 különbséget mutat ( p = 0,4). Egy egyszerű eltérés-számítás azonban nem veszi figyelembe annak valószínűségét, hogy bizonyos pozíciókban többszörös mutációk fordulnak elő, beleértve azokat is, amelyek az eredeti nukleotid visszaállításához vezettek. A Jukes-Cantor formula távolságot ad

A képletből tehát az következik, hogy többszörös szubsztitúciót is figyelembe véve 0,572·30=17 mutáció fordult elő a vizsgált DNS-fragmensben.

Kimura módszer

A Motoo Kimura egy módszert javasolt a távolság kiszámítására, amelyet "Kimura 2-parameter distance"-nak ( angolul  Kimura 2-parameter distance, K2P ) neveztek el. A Kimura modell feltételezi, hogy a nukleotidszubsztitúciók különböző változatai nem egyformán valószínűek, és kétféle szubsztitúciót vesz figyelembe:

A Kimura modellben a távolságot a képlet határozza meg

ahol P  az átmenetek aránya, Q  a transzverziók aránya.

Példaként figyelembe véve az α- és β-hemoglobin génfragmensek közötti evolúciós távolságot, a következőt kapjuk:

ACCAACGTCAAGGCCGCCTGGGGTAAGGTT (α-hemoglobin) TCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGGAAGGTG (β-hemoglobin) Q PPQ P QQ QPQ QQ

A Tajima-Nei módszer

A Tajima- Ney modellben a távolságot a következő összefüggések határozzák meg [4] :

ahol

x ij  – a nukleotidpárok relatív gyakorisága; g i  - a nukleotidok relatív gyakorisága.

Példaként számítsuk ki a távolságot a humán α- és β-hemoglobint kódoló gének fragmentumai között.

ACCAACGTCAAGGCCGCCTGGGGTAAGGTT (α-hemoglobin) TCTGCCGTTACTGCCCTGTGGGGGAAGGTG (β-hemoglobin)
Nukleotid
_
xij _ gi_ _
A T C
A 10/60 = 0,167
T 1/30 = 0,0333 13/60 = 0,217
C 2/30 = 0,0667 3/30 = 0,100 15/60 = 0,250
G 1/30 = 0,0333 3/30 = 0,100 2/30 = 0,0667 22/60 = 0,367

Egyes forrásokban a Tajima-Nei távolságot egyszerűbb képlet alapján történő számításnak nevezik

ahol

Abban az esetben, ha minden nukleotid azonos gyakorisággal fordul elő ( gi = 0,25 ), ez a képlet egybeesik a Jukes-Cantor képlettel ( b = 0,75).

Az ezekkel a képletekkel végzett számítások ugyanazt a példát adják

Jegyzetek

  1. A molekuláris evolúcióban, populációgenetikában és molekuláris biológiában használt kifejezések szószedete Archiválva : 2007. január 28. a Wayback Machine -nél . A Fehérorosz Állami Orvostudományi Egyetem Általános Kémiai Tanszéke Népbiztosok Tanácsának honlapján.
  2. TH Jukes , CR Cantor (1969) A fehérjemolekulák evolúciója. In HN Munro, szerk., Mammalian Protein Metabolism, pp. 21-132, Academic Press, New York.
  3. 1 2 Thomas H. Jukes (1990. április 30.) Hány nukleotidcsere történt valójában? Aktuális versenyek: 33 (18), p. 21.
  4. Sudhir Kumar, Koichiro Tamura és Masatoshi Nei . 4.1 Nukleotid helyettesítések  . MEGA: Molekuláris evolúciós genetikai elemzés. 1.01-es verzió . MEGA, Molecular Evolutionary Genetics Analysis (1993). Letöltve: 2015. február 18.

Lásd még

Linkek