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.2010年5月13日；6（5）：e1000944。
doi:10.1371/journal.pgen.1000944。

基因表达、基因剂量进化和蛋白质进化速度之间的关系

Jean-François痛风 1, 丹尼尔·卡恩, 劳伦特·杜蕾特; 草履虫后基因组学联盟
附属公司

基因表达、基因剂量进化和蛋白质进化速度之间的关系

Jean-François痛风等。 公共科学图书馆-基因. .

勘误表in

  • 公共科学图书馆-遗传学。2010;6(6). doi:10.1371/annotation/c55d5089-ba2f-449d-8696-2bc8395978db

摘要

对影响基因的选择性约束的理解是生物学中的一个主要问题。众所周知，基因表达水平是蛋白质进化速度的主要决定因素，但这种关系的原因仍存在很大争议。在这里，我们证明基因表达也是基因剂量进化的主要决定因素：草履虫谱系中全基因组复制后的基因丢失率与基因表达水平呈负相关，并且这种关系不是已知影响基因重复命运的其他因素的副产品。这表明基因剂量的改变通常对高表达基因更有害。这一规则也适用于其他分类群：在酵母中，我们发现基因表达水平与基因剂量减少的适应度影响之间存在明确的关系。为了解释这些观察结果，我们提出了一个基于以下事实的模型：基因的最佳表达水平对应于其表达的收益和成本之间的权衡。该COSTEX模型预测，在高表达基因中，对改变基因表达水平或影响编码蛋白的突变的选择性压力平均应更强，因此基因丢失频率和蛋白质进化速度应与基因表达负相关。因此，COSTEX模型为观察到的基因表达水平与基因进化不同方面之间的一般关系提供了一个简单而通用的解释。

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数字

图1
图1。基因表达水平与WGD后基因保留频率的关系。
Ohnologon根据其表达水平进行分类，对于每个分类，我们计算了自WGD以来保留两个拷贝的Ohnologons的频率（参见材料和方法）。圆形：最近的WGD（23404 ohnologon）；交叉：中间WGD（16464 ohnologon）；钻石：旧WGD（9050 ohnologon）。背景中的直方图表示所有基因的表达水平在草履虫属对于每个WGD，局部加权多项式回归（lowess，如R软件[52]中所实现的那样）显示为一条实线，以便于直观查看。
图2
图2。蛋白质复合物亚基和其他基因的基因表达和保留之间的关系。
通过与酵母蛋白的同源性（交叉）预测与蛋白质复合物有关的基因以及酵母中具有同源性（圆圈）的其他基因的表达水平，计算其保留率。这两组分别包含590个和4384个ohnologon，分为10个和17个箱子。实线对应于局部加权多项式回归（如R软件[52]中所实现的lowess）。
图3
图3。基因表达水平与酵母中杂合子KO的适应度损失之间的关系。
酵母中一个等位基因缺失后的适应度被视为在中给出的所有条件下测得的最小适应度。根据基因的表达水平（来自的表达数据，见材料和方法）和每个仓计算的平均适应度对基因进行仓化。分析的18个仓共包含5030个基因。误差条对应95%置信区间。
图4
图4。COSTEX模型预测的最佳表达水平不同值的适应度函数。
这些图表示适应度函数w个(x)对于以下几个值X（X）0。它们是在假设仿射效益函数的情况下生成的B类(x)在方程式（2）中，用于增加最佳表达式级别X（X）0：虚线、虚线和连续线表示低、中、高X（X）0分别是。
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