同义替代的遗传效应概要.ppt

同义替代的遗传效应 DNA序列变异类型 核苷酸替代——分类 核苷酸替代的遗传学效应 缺失和插入 缺失和插入统称裂缝(gap)，因为当一个带有缺失或插入的序列与原序列比较时，两序列中将有一个会出现裂缝. 在编码区，如果裂缝事件所涉及的核苷酸不是3的倍数，将造成阅读框架的移动，于是裂缝下游的编码序列将会按错误的相位阅读。后果是产生长度异常的蛋白质。 转换(Transition Ts)和颠换(Transversion，Tv) 替换是DNA序列最重要的进化方式。按照发生替换的碱基类型可区分转换(Transition Ts)和颠换(Transversion，Tv)两种类型。在DNA进化过程中Ts发生的频率要比Tv高得多。从碱基替换对所编码的多败链功能的影响角度看．替换又可分成同义替换或沉默突变(指并不引起氨基酸取代的替换)、错义替换(能引起氨基酸取代的替换)，反无义替换(形成终止密码子的替换)。 密码子不同位点的替代速率 编码蛋白质的DNA序列在进化过程中上述几类替换的速率差异很大，而且与密码子的位置密切相关。密码子第二位碱基替换都能引起氨基酸取代，第一位碱基替换的95％能引起氨基酸取代，而第三位碱基替换中大约有28％引起氨基酸取代。因而同一密码子不同位置的核苷酸之间替换速率很不相同、密码子第三位比第一、二位碱基的替换速率要高很多，显然这是由于第三位密码子的替换多属于同义替换，约5％的第一位碱基的替换也是同义的，所以第一位碱基替换速率要比第二位高些。 同义和非同义替换速率可通过比较同源DNA的同源密码于之间的核苷酸差异来估算，对真核生物的42个基因的分析结果显示，非同义替换速率(0.004—1．41)x10-9，平均0．88x10-9；同义替换速率为每年每位点(1．43一11.77)x10-9，平均为4．65x10-9，因此同义替换速率是另二种替换的5倍。此外在核基因中，尽管许多密码子第三位的替换不改变氨基酸，但仍表现出某类碱基组成的偏向性，这种密码子偏向性(codon prefercnene or bias)随不同基因而变化。一般地，密码子偏向性强度与基因表达速度呈正相关，与核基因的进化速率呈负相关。 基因中不同区域的核苷酸替代的平均速率 每一个有意义密码子通过一次核苷酸替换可能突变成9种其他密码子。例如，CCU(pro)可以经历6种非同义替换，变成UCU(Ser),ACU(Thr)，GCU(Ala),CUU(Leu),CAU(His),CGU(Arg)以及3种同义的替换，变成CCC,CCA,CCG. 由于遗传密码的结构，同义替代主要发生在密码子的第三位上，事实上，第3位上所有可能发生的改变中，大约70%是同义的。相比之下，密码子第2位上的所有替代都是非同义的或无义的，密码子第1位发生的可能替代中，绝大多数是非同义的（96%）。 假定在基因组中所有密码子以同一频率出现，且所有核苷酸替代频率是相同的，则同义、非同义和无义替代的百分比大致为25%、71%和4%。 遗传密码表 由于编码氨基酸的密码子的简并性，同一氨基酸可以使用不同的密码子编码。 在20种氨基酸中，除了甲硫氨酸、蛋氨酸只有一个密码子外，其余18种氨基酸中每个氨基酸都有2-6个同义密码子。 密码子使用频率 如果每个核苷酸位点上的核苷酸替代是随机发生的，则每个位点上4种核苷酸A、T、C和G将以等概率出现。因此，如果无自然选择或无突变基因偏倚的话，则可期望编码同一氨基酸的各个同义密码子以相同的频率出现。例如，缬氨酸由4个密码子GUU、GUC、GUA和GUG编码。这样，检验一个基因中的缬氨酸时， GUU、GUC、GUA和GUG的相对频率将会接近25％。 实际上，编码同一个氨基酸的不同同义密码子通常有不同的频率，某些密码子比另一些有更高的使用频率。 图1.4指出了大肠杆菌（E. coli）RNA聚合酶中的同义密码子的使用频率（使用次数）。对缬氨酸而言，四个密码子几乎被等同使用，虽然GUU的使用频率比GUC多。但在精氨酸上，CGU和CGC几乎达到专门使用的程度, 而CGA、CGG、AGA和AGG差不多没有被使用。这种密码子使用偏倚，一般在原核和真核细胞上都能见到。 在生物界，蛋白质编码基因的同义密码子的使用并不随机、也不平均，各种生物体都偏爱使用同义密码子中的某些个别的密码子，而且不同物种、不同生物体的基因在密码子使用上存也在着很大的差异. 从原核生物到真核生物，其基因组中同义密码子使用偏性的现象广泛存在，这一现象的产生与诸多因素有关： 密码子使用偏倚的原因 1、密码子与反密码子的相互作用、tRNA的丰度以及基因转录和翻译的效率。密码子的使用偏性与细胞内的tRNA