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中性演化论

https://zh.wikipedia.org/wiki/中性演化理論

一、自然界中的基因突变#

自然选择的基础:遗传变异 不断变化的环境

遗传变异的类型:

  • 染色体重组
  • 染色体突变(核型的改变:多倍化、染色体数目的变化、重排)
  • 基因(碱基)突变(转换、颠换、移码)

Dobzhansky的果蝇实验:从野外捉自然健康果蝇,不断近亲交配(隐性基因纯合)

二、基因突变的基础#

1953年,沃森、克里克

60年代,等位酶的发现,由不同等位基因编码、可以用电泳区分的同一种酶

三、中性理论的提出#

中性理论的假设#

一个哺乳动物有20个独立分配的位点,每个位点有两个等位基因

非达尔文主义(Non-Darwinian Evolution)#

密码子的第三位变化更快

兼并性

解释#

存在很多选择上中性的等位基因,它们的频率由突变率和遗传漂变而定

遗传漂变:在有限数量的后代中,由于取样误差,基因频率和基因型频率随机波动,都有可能不同于上一代

基因频率的随机波动(随机游荡)

蛋白质的多态性是由选择上中性或接近中性的等位基因被遗传漂变随机固定的

固定:种群中同一代的所有个体共享一种突变的等位基因

遗传漂变及其重要性#

自然选择和遗传漂变都是进化的重要力量

遗传漂变决定群体的杂合度#

H=2p(1p)H=2p(1-p)

一个位点上的遗传变异会不断下降并且最终丢失,杂合体的频率随着一个等位基因频率更接近于1(而另一个等位基因频率更接近于0)而下降

杂合度下降的速率通常被用作衡量一个种群内遗传漂变速率的指标

遗传漂变的主要表现形式#

  • 岛屿效应
  • 瓶颈效应
  • 奠基者效应

有效种群大小#

影响NeN_e的因素

  • 性别的比率,性别种群少的个体对下一代的基因频率贡献大
  • 种群大小的波动,应考虑种群的历史发展(瓶颈效应)
  • 实际上参与生育的个体

遗传漂变中ss的定义及计算#

绝对中性:s=0s=0

被选择:s>0s>0

被淘汰:s<0s<0

每代的进化改变(从被固定的突变体的角度):

k=2Nupk=2Nup

uu:每代、每个配子的突变速率

NN:群体中的个体数

每代群体中新的突变:2Nu2Nu

pp:每个突变在群体中被固定的概率

中性的等位基因被固定的概率为该基因的概率

对于新发生的突变而言,每代被固定在种群中的中性突变的概率p=1/2Np=1/2N

因此当ss等于或趋于零,即中性选择时,任何一代中产生中性突变在将来被固定下来的数目:

k=(2Nu)/(1/2N)=uk=(2Nu)/(1/2N)=u,即与群体大小无关

平均来说,中性突变大约需要4Ne4N_e代才能在种群中固定

s|s|不是等于或趋于零时,此时与种群大小有关

突变的数量存在被低估的风险——多击

通过假基因、其他非翻译序列及四倍简并的第三碱基位置的种间比较

假基因:重复——失去功能(对于机体功能无影响选择压力小)

突变率的进化意义#

将所有的基因加和后,突变带来的影响还是非常可观的

不同基因及不同染色体区域的突变率各不相同,受到环境甚至基因本身的影响(特异性免疫细胞

木村中性理论的主要内容#

  1. 突变大多数是中性,它不影响核酸和蛋白质的功能,对生物个体的生存既无好处也无坏处
  2. 中性突变通过随机的遗传漂变在种群下固定下来,在分子水平上自然选择不起作用
  3. 进化速率由中性突变的速率所决定,也就是由核苷酸和氨基酸的置换率所决定,它对所有的生物几乎都是恒定的

总结#

中性突变,随机选择

  • 承认负选择
  • 反对正选择(错误)
  • 强调功能约束
  • 功能的约束造成不同基因突变速率不一样
  • 功能重要的部分变化会影响其功能,大多数的变化均受负选择的作用
  • 功能不很重要的变化不影响其功能

近中性演化理论#

  1. 新突变的概率受到遗传漂变和选择的共同影响
  2. 一些突变具有微小的害处和好处也一样受到基因漂变的影响,都有可能被固定下来

分子进化的主要研究内容#

  1. 经典进化和分子进化的区别
    1. 经典进化:表型
    2. DNA、RNA、蛋白质分子
  2. 分子进化的一些术语
    1. 一致性(identity):两个序列中完全相同的部分(保守)
    2. 相似性(similarity):特征相像,但是来源不明确(理化性质相似,对蛋白质性质影响不大)
    3. 同源性:来自于同一个祖先
    4. 如果两个基因或蛋白质的序列一致性或相似性很高
      1. DNA的一致性60%以上
      2. 氨基酸的一致性30%以上
      3. 它们具有相同或相似的生物学功能
      4. 同源
        1. 直系同源:随着新物种的产生而产生的同源基因(纵向)
        2. 并系同源:由基因的重复而产生的同源基因(横向)
  3. 分子演化速率的计算
    1. 蛋白质(氨基酸)水平的演化速率
      1. 必须有两个或两个以上的同源序列,氨基酸代替速率是相对的
      2. 每个氨基酸就是一个位点,空位不算
    2. 分化的时间越短,差异越小
    3. 分子钟(匀速演化
中性演化论
https://fuwari.vercel.app/posts/进化生物学/中性演化论/
Author
Duck
Published at
2024-09-30