dN/dS 比值(dN/dS ratio)
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假設你想知道一位編輯是否在意書稿中某個特定段落。你讀不到編輯的心思,但你能觀察他的修改。如果編輯爽快地接受那些只改措辭的改動,卻悄悄否決那些改變意思的改動,你就能看出意思對他要緊。dN/dS比值正是把這一招用到蛋白質編碼基因上:它把改變蛋白質的改動與不改變蛋白質的改動相比較,以讀出選擇一直在做什麼。
它依託於遺傳密碼。編碼區裡的突變,要麼是同義的(它改了DNA,但由於密碼的冗餘,拼出的仍是同一個胺基酸——蛋白質不變),要麼是非同義的(它改變了胺基酸——蛋白質被改變)。dS是每個可用同義位點上的同義改變速率;dN是每個可用非同義位點上的非同義改變速率。由於同義改變幾乎對選擇隱形,dS估計的是中性的背景速率。把dN與這一背景相比較,便揭示出蛋白質所受的壓力:dN/dS接近1,表示對蛋白質的改變積累得和中性改變差不多自由(沒有強選擇);dN/dS遠低於1,表示改變蛋白質的改動正被清除(純化選擇——通常的情形);dN/dS高於1,則是較罕見、令人興奮的信號,表明正向選擇在主動青睞改變。
這使dN/dS成為僅憑序列、無需任何實驗就能檢測選擇的主力工具之一。它被用來尋找處於正向選擇下的基因——與病原體賽跑的免疫基因、躲避抗體的病毒表面蛋白、在人類演化中被塑造的基因。兩點誠實的告誡:把dN/dS在整個基因上取平均,可能把少數處於強正向選擇下的位點淹沒在一片保守位點的海洋裡(所以常需要針對位點的方法),而接近1的值是含混的——它可能意味著真正的中性,也可能是相反壓力相互抵消的混合。
流感病毒的表面蛋白,在抗體抓附的那些位點上常表現出大於1的dN/dS:改變那裡的胺基酸有助於病毒逃避免疫,所以正向選擇推動改變蛋白質的改動比沉默改動更快。
dN/dS小於1為純化選擇;接近1為中性;大於1為正向選擇。
整個基因的dN/dS是在每個密碼子上取平均,所以少數處於正向選擇下的位點會藏在一個保守基因裡、把平均值拉到1以下——找出真正的正向選擇往往需要逐位點檢驗的方法。