dN/dS 比值(dN/dS ratio)
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假设你想知道一位编辑是否在意书稿中某个特定段落。你读不到编辑的心思,但你能观察他的修改。如果编辑爽快地接受那些只改措辞的改动,却悄悄否决那些改变意思的改动,你就能看出意思对他要紧。dN/dS比值正是把这一招用到蛋白质编码基因上:它把改变蛋白质的改动与不改变蛋白质的改动相比较,以读出选择一直在做什么。
它依托于遗传密码。编码区里的突变,要么是同义的(它改了DNA,但由于密码的冗余,拼出的仍是同一个氨基酸——蛋白质不变),要么是非同义的(它改变了氨基酸——蛋白质被改变)。dS是每个可用同义位点上的同义改变速率;dN是每个可用非同义位点上的非同义改变速率。由于同义改变几乎对选择隐形,dS估计的是中性的背景速率。把dN与这一背景相比较,便揭示出蛋白质所受的压力:dN/dS接近1,表示对蛋白质的改变积累得和中性改变差不多自由(没有强选择);dN/dS远低于1,表示改变蛋白质的改动正被清除(纯化选择——通常的情形);dN/dS高于1,则是较罕见、令人兴奋的信号,表明正向选择在主动青睐改变。
这使dN/dS成为仅凭序列、无需任何实验就能检测选择的主力工具之一。它被用来寻找处于正向选择下的基因——与病原体赛跑的免疫基因、躲避抗体的病毒表面蛋白、在人类演化中被塑造的基因。两点诚实的告诫:把dN/dS在整个基因上取平均,可能把少数处于强正向选择下的位点淹没在一片保守位点的海洋里(所以常需要针对位点的方法),而接近1的值是含混的——它可能意味着真正的中性,也可能是相反压力相互抵消的混合。
流感病毒的表面蛋白,在抗体抓附的那些位点上常表现出大于1的dN/dS:改变那里的氨基酸有助于病毒逃避免疫,所以正向选择推动改变蛋白质的改动比沉默改动更快。
dN/dS小于1为纯化选择;接近1为中性;大于1为正向选择。
整个基因的dN/dS是在每个密码子上取平均,所以少数处于正向选择下的位点会藏在一个保守基因里、把平均值拉到1以下——找出真正的正向选择往往需要逐位点检验的方法。