dN/dS與分子進化常用軟件

半個大緣 2015-07-18

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轉(zhuǎn)自http://blog.sina.com.cn/s/blog_69851efe0100y4m7.html

　　在遺傳學中，Ka/Ks或者dN/dS表示的是異意替換（Ka）和同意替換（Ks）之間的比例。這個比例可以判斷是否有選擇壓力作用于這個蛋白質(zhì)編碼基因。
　　不導致氨基酸改變的核苷酸變異我們稱為同義突變，反之則稱為非同義突變。一般認為，同義突變不受自然選擇，而非同義突變則受到自然選擇作用。在進化分析中，了解同義突變和非同義突變發(fā)生的速率是很有意義的。常用的參數(shù)有以下幾種：同義突變頻率(Ks)、非同義突變頻率(Ka)、非同義突變率與同義突變率的比值(Ka/Ks)。如果Ka/Ks>1，則認為有正選擇效應。如果Ka/Ks=1，則認為存在中性選擇。如果Ka/Ks<1，則認為有純化選擇作用。

Ks = 同義突變SNP數(shù)/同義位點數(shù)，即同義突變率
Ka = 非同義突變SNP數(shù)/非同義位點數(shù)，即非同義突變率
同義突變SNP數(shù)= Σ同義SNP
非同義突變SNP數(shù)= Σ非同義SNP
同義位點數(shù)= Σ同義位點
非同義位點數(shù)= Σ非同義位點

uKa>>Ks或者Ka/Ks >> 1，基因受正選擇(positive selection)
uKa＝Ks或者Ka/Ks ＝1，基因中性進化(neutral evolution)
uKa<<Ks或者Ka/Ks << 1，基因受純化選擇(purify selection)

檢測序列的功能性（funcional or pseudo）
篩選正在快速進化的基因（rapid evolution）
Ks可以反映事件發(fā)生的時間（age）

分子進化領(lǐng)域常用軟件
系統(tǒng)進化樹構(gòu)建軟件列表：
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非同義替換率（氨基酸改變，dn）與同義替換率的（氨基酸不改變，ds）的比值（dn/ds）也經(jīng)常被用于分化分析。dn/ds的比值為1表示所研究的基因在中性選擇（neutral selection）下進化，小于0. 25意味著純化選擇（purifying selection）下進化，當比值大于1時則被認為進行正向選擇（positive selection）下的進化(Hurst et al, 2002; Swanson et al 2003)。

對于研究蛋白編碼序列突變的一種簡單而有效的分類方法是將替換分成同義替換(Synonymous substitution) 和錯義替換(Non-synonymous substitution)。同義替換是指那些可以引起所編碼的氨基酸發(fā)生不改變的替換，一般認為這樣的替換不會受到選擇的壓力或者受到的選擇作用比較??；非同義替換是指那些可以改變所編碼的氨基酸的替換，這樣的替換有時候會導致新的功能。
依據(jù)密碼子的簡并性(degeneracy)可以將核苷酸位點分成兩類：同義替換位點(Synonymous site)和錯義替換位點(Non-synonymous site)。同義替換率和錯義替換率定義為：每代或者每年在每個可能的同義（錯義）位點上實際發(fā)生的同義（錯義）替換數(shù)目（rS, rN）。然而由于對序列分化的時間不能確定，因此同義替換率(Synonymous substitution, Ks 或 dS)和錯義替換率(Non-synonymous substitutionrate, Ka 或dN)可以定義為：在兩序列分化至今的 t 年里每個可能的同義（錯義）位點上實際發(fā)生的同義（錯義）替換數(shù)目。因此有：Ka = 2rNt,Ks = 2rSt 。通過比較錯義替換率和同義替換率的相對比值可以確定這個基因在進化中受到的選擇壓力。Ka, Ks 的之間的比值是已經(jīng)為人們所接受和廣泛應用的表現(xiàn)進化動力的指標。

Similar to dn / ds ratios,
the rate of accumulation of non-synonymous polymorphism
(pN) scaled by the rate of synonymous polymorphism
(pS) provides a glimpse on the selective forces
driving the evolution of a protein-coding sequence.
Thus, genes with a high pN / pS (i.e. >1) ratio are likely
to be evolving under the influence of positive selection

uKa>>Ks或者Ka/Ks >> 1，基因受正選擇(positive selection)
uKa＝Ks或者Ka/Ks ＝1，基因中性進化(neutral evolution)
uKa<<Ks或者Ka/Ks << 1，基因受純化選擇(purify selection)

檢測序列的功能性（funcional or pseudo）
篩選正在快速進化的基因（rapid evolution）
Ks可以反映事件發(fā)生的時間（age）

uKa>>Ks或者Ka/Ks >> 1，基因受正選擇(positive selection)
uKa＝Ks或者Ka/Ks ＝1，基因中性進化(neutral evolution)
uKa<<Ks或者Ka/Ks << 1，基因受純化選擇(purify selection)

檢測序列的功能性（funcional or pseudo）
篩選正在快速進化的基因（rapid evolution）
Ks可以反映事件發(fā)生的時間（age）

對于研究蛋白編碼序列突變的一種簡單而有效的分類方法是將替換分成同義替換(Synonymous substitution) 和錯義替換(Non-synonymous substitution)。同義替換是指那些可以引起所編碼的氨基酸發(fā)生不改變的替換，一般認為這樣的替換不會受到選擇的壓力或者受到的選擇作用比較小；非同義替換是指那些可以改變所編碼的氨基酸的替換，這樣的替換有時候會導致新的功能。
依據(jù)密碼子的簡并性(degeneracy)可以將核苷酸位點分成兩類：同義替換位點(Synonymous site)和錯義替換位點(Non-synonymous site)。同義替換率和錯義替換率定義為：每代或者每年在每個可能的同義（錯義）位點上實際發(fā)生的同義（錯義）替換數(shù)目（rS, rN）。然而由于對序列分化的時間不能確定，因此同義替換率(Synonymous substitution, Ks 或 dS)和錯義替換率(Non-synonymous substitutionrate, Ka 或dN)可以定義為：在兩序列分化至今的 t 年里每個可能的同義（錯義）位點上實際發(fā)生的同義（錯義）替換數(shù)目。因此有：Ka = 2rNt,Ks = 2rSt 。通過比較錯義替換率和同義替換率的相對比值可以確定這個基因在進化中受到的選擇壓力。Ka, Ks 的之間的比值是已經(jīng)為人們所接受和廣泛應用的表現(xiàn)進化動力的指標。