Wykorzystując ogólną formę teorii mutacji kierunkowych, niniejszy artykuł analizuje wpływ mutacji w genach mutatorowych na mutacji w genach mutatorowych na zawartość G+C w DNA, częstotliwość mutacji substytucyjnych i zmiany ewolucyjne (mutacje kumulacyjne) mutacji substytucyjnych i zmiany ewolucyjne (mutacje skumulowane) pod różnych stopniach selektywnych ograniczeń. Teoria mutacji kierunkowych przewiduje że gdy odchylenie mutacyjne między parami nukleotydów A/T i G/C jest zrównoważony ze składem zasad neutralnego zestawu nukleotydów DNA, częstotliwość mutacji na gen będzie częstotliwość mutacji na gen będzie znacznie niższa niż częstotliwość bezpośrednio po wystąpieniu mutacji mutatora. To przewidywanie wyjaśnia szeroką zmienność zawartości G+C DNA wśród organizmów jednokomórkowych, a być może także szeroką wewnątrzgenomową heterogeniczność pozycji trzeciego kodonu dla genów wielokomórkowych eukariontów. Obecne analizy prowadzą do kilku przewidywań, które nie są spójne z wieloma często przyjmowanymi założeniami w dziedzinie ewolucji molekularnej, w tym z przekonaniem o ewolucji molekularnej, w tym wiarą w stałe tempo ewolucji, symetryczne rozgałęzienia drzew filogenetycznych, ogólność wyższej częstotliwości mutacji dla neutralnych zestawów nukleotydów. mutacji dla neutralnych zestawów nukleotydów, pogląd, że mutacje mutatorowe są generalnie szkodliwe ze względu na ich mutatorowe są generalnie szkodliwe ze względu na ich wysoką częstość mutacji oraz teleologiczne teleologiczne wyjaśnienia składu zasad DNA. --- W wyniku analizy sekwencji nukleotydowej operonu endosymbionta mszycy operonu homologicznego do Escherichia coli groE, zauważyliśmy, że kierunkowe podstawienia zasad w kierunku wzrostu zawartości A + T stanowią oczywisty trend ewolucyjny w tym prokarioncie. trend ewolucyjny w tym prokariotycznym operonie, przechowywanym przez długi czas przez komórkę eukariotyczną. komórkę eukariotyczną. Wynik ten, w połączeniu z wcześniejszymi doniesieniami, podniósł możliwość, że genomowe DNA prokariotów rezydujących w komórce eukariotycznej podlega kierunkowej presji mutacji A/T i/lub zarówno negatywnej, jak i pozytywnej selekcji działającej w warunkach działającej w warunkach specyficznych dla środowiska wewnątrzkomórkowego. środowiska. --- Kod genetyczny prokariotów był pod wpływem kierunkowej mutacji (GC/AT), która została wywarta na cały genom. Ta wpływa na wybór kodonów synonimicznych, skład aminokwasowy białek i antykodonów tRNA. białek i antykodonów tRNA. Nieprzypisane kodony byłyby produkowane w bakterii z genomami o bardzo wysokiej zawartości GC lub AT poprzez usunięcie niektórych kodonów i i odpowiadających im tRNA. Wysokie ciśnienie AT wraz z ekonomizacją genomu doprowadziło do zmiany przypisania kodonu UGA, ze stopu na tryptofan, w Mycoplasma. Mycoplasma. --- Przedstawiamy nowe podejście do analizy kierunkowej presji mutacji i zawartości nukleotydów w genach kodujących białka. nukleotydów w genach kodujących białka. Ciśnienie mutacji kierunkowych, heterogeniczność heterogeniczność w prawdopodobieństwie różnych substytucji nukleotydów, jest wykorzystywana do wyjaśnienia do wyjaśnienia rosnącej lub malejącej zawartości guaniny-cytozyny (GC%) w DNA i jest reprezentowany przez microD, zgodnie z Sueoka (1962, Proc Natl Acad Sci USA 48:582-592). Nowa metoda wykorzystuje symulację, aby ułatwić identyfikację znaczącą presję A+T lub G+C, jak również porównanie kierunkowej mutacji między genami, nawet jeśli są one tłumaczone przez różne kody genetyczne. kody genetyczne. Wykorzystujemy tę metodę do analizy ewolucji kierunkowej i zawartości nukleotydów w mitochondrialnych genach cytochromu b. Wyniki badania 110 taksonów wskazują, że geny cytochromu b większości taksonów podlegają znacznej taksonów podlegają znacznej kierunkowej presji mutacyjnej i że gen gen podlega presji A+T w większości przypadków. Jedynie u ptaka anseriformalnego Cairina moschata gen cytochromu b podlega znaczącej presji G+C. Procent GC w nonsynonimowych miejscach kodonowych zmniejsza się proporcjonalnie wraz ze wzrostem presji A+T i z nachyleniem mniejszym niż jeden, co wskazuje na obecność selektywnych ograniczeń. ograniczeń. Geny cytochromu b owadów, nicieni i eumycota są podlegają ekstremalnej presji A+T (microD = 0,123, 0,224 i 0,130), a równolegle równolegle, GC% nonsynonimicznych miejsc kodonowych zmniejszyło się z około 0,44 w organizmach, które nie są poddawane presji A+T lub G+C do około 0,332, 0,323 i 0,367, odpowiednio. Rozkład taksonów według GC% w miejscach kodonów nonsynonimicznych miejscach kodonowych i kierunkowej presji mutacyjnej potwierdza pogląd że zmienność tych parametrów jest składnikiem filogenetycznym. --- Wskazówki dotyczące ewolucji kodu genetycznego można znaleźć, porównując użycie antykodonów w różnych organizmach i organellach. Zawartość GC w DNA zmienia się w wyniku w wyniku kierunkowej presji mutacyjnej (presja AT/GC), szczególnie u bakterii. bakterii. Niskiej zawartości GC u Mycoplasma towarzyszy użycie UGA dla tryptofanu i, u pierwotniaków orzęsionych, wykorzystanie UAA i UAG dla glutaminy. Są to przykłady "wychwytywania kodonów stop", które zostało poprzedzone duplikacją genów tRNA a następnie substytucje nukleotydów w ich sekwencjach, w tym zmiany mutacyjne w ich antykodonach. zmiany w ich antykodonach. Ewolucyjne zmiany w kodzie mogły wynikać z zaniku kodonów i antykodonów wynikającego z presji GC oraz z ich ponownego pojawienia się, gdy ich ponownego pojawienia się, gdy kierunek presji został odwrócony. W ten sposób kodon UGA i antykodon UCA dla tryptofanu mogły zniknąć pod wpływem GC i ponownie pojawić się w Mycoplasma pod ciśnieniem AT. Kodon stop UGA mógł być trzecim z trzech pojawiających się kodonów stop, pochodzącym z mutacji w UAA. mutacji w UAA. Zmiany w kodzie są adaptacyjne i nieszkodliwe. My proponujemy, że liczba antykodonów wzrosła i że ewolucja trwała aż do powstania trzech istniejących form uniwersalnego kodu: eukariotycznego, eubakteryjnego oraz kodu dla halobakterii i metanokoków. Te trzy kody odróżniają się od siebie wzorem antykodonów. Kod eukariotyczny zawiera osiem antykodonów INN (ANN), które zastąpiły antykodony GNN w wyniku presji AT. w wyniku presji AT. Kody mitochondrialne i chloroplastowe wyewoluowały z kodu eubakteryjnego poprzez ekonomizację genomu i presję AT, co doprowadziło do utraty antykodonów GNN i CNN.(ABSTRAKT SKRÓCONY DO 250 SŁÓW) --- Na kod genetyczny ma wpływ kierunkowa presja mutacyjna wpływająca na skład zasad DNA. skład zasad DNA, czasami w kierunku zwiększonej zawartości GC a innym razem w kierunku AT. Taka presja doprowadziła do zmian w gatunkowych kodonów i antykodonów tRNA, a także w przypisaniach aminokwasów do kodonów w mitochondriach. aminokwasów w mitochondriach i w kilku nienaruszonych organizmach. Te zmiany kodu są prawdopodobnie niedawnymi wydarzeniami ewolucyjnymi. Kod genetyczny nie jest "zamrożony", ale zamiast tego wciąż ewoluuje. --- Ilościowa teoria kierunkowej presji mutacyjnej zaproponowana w 1962 roku wyjaśniła szeroką zmienność składu zasad DNA obserwowaną wśród różnych bakterii bakterii i jego niewielką heterogeniczność w obrębie poszczególnych gatunków bakterii. Teoria opierała się na założeniu, że wpływ mutacji na genom jest nie jest przypadkowy, ale ma kierunek w kierunku wyższej lub niższej zawartości guaniny plus cytozyny w DNA. w DNA, a presja ta generuje kierunkowe zmiany bardziej w neutralnych częściach genomu niż w częściach funkcjonalnie istotnych. Teraz, gdy dostępne są dane sekwencji DNA DNA, teoria ta pozwala na oszacowanie zakresu neutralności mutacji kierunkowych. neutralności kierunkowej presji mutacyjnej względem selekcji. Nowo zdefiniowane parametry zostały wykorzystane w analizie i odkryto dwie pozornie uniwersalne stałe. zostały odkryte. Analiza sekwencji DNA ujawniła, że praktycznie wszystkie organizmy podlegają kierunkowej presji mutacyjnej. Teoria ta oferuje również również wiarygodne wyjaśnienie dużej heterogeniczności w zawartości guaniny plus cytozyny w różnych częściach genomu kręgowców.
Pomiędzy którymi typami zasad DNA wprowadzane są odchylenia mutacyjne spowodowane kierunkową presją mutacji?
Szybkości mutacji substytucyjnych w dwóch kierunkach, v (od pary AT do pary GC) i u (od pary GC do pary AT), zwykle nie są takie same. W związku z tym wpływ mutacji na genom nie jest przypadkowy, ale ma kierunek w kierunku wyższej lub niższej zawartości GC w DNA. Efekt netto, v/(u + v), został wcześniej zdefiniowany jako kierunkowa presja mutacji. Tak więc kierunkowa presja mutacyjna (presja GC/AT) odnosi się do tendencyjności mutacyjnej między zasadami alfa (A lub T) i gamma (G lub C).