Modelos de Substituição de Códons para Detectar Adaptação Molecular em Locais Individuais ao Longo de Linhagens Específicas

A razão da taxa de substituição não sinônima (alterando o aminoácido) para sinônima (silenciosa) (omega = d(N)/d(S)) fornece uma medida da seleção natural no nível da proteína, com omega = 1, >1 e <1, indicando evolução neutra, seleção purificadora e seleção positiva, respectivamente. Estudos anteriores que usaram essa medida para detectar seleção positiva frequentemente adotaram uma abordagem de comparação par a par, estimando taxas de substituição ao fazer a média sobre todos os locais na proteína. Como a maioria dos aminoácidos em uma proteína funcional está sob restrições estruturais e funcionais e a evolução adaptativa provavelmente afeta apenas alguns locais em alguns momentos, essa abordagem de média das taxas sobre locais e ao longo do tempo tem pouco poder. Anteriormente, desenvolvemos modelos de substituição baseados em códons que permitem que a razão omega varie entre linhagens ou entre locais. Neste artigo, estendemos modelos anteriores para permitir que a razão omega varie tanto entre locais quanto entre linhagens e implementamos os novos modelos no framework de verossimilhança. Esses modelos podem ser úteis para identificar seleção positiva ao longo de linhagens pré-especificadas que afetam apenas alguns locais na proteína. Aplicamos esses modelos de ramificação-local, assim como modelos específicos de ramificação e local anteriores, a três conjuntos de dados: os genes da lisozima de primatas, os genes supressores de tumor BRCA1 de primatas e a família do gene de fitocromo (PHY) em angiospermas. A seleção positiva é detectada nos genes de lisozima e BRCA tanto pelos modelos novos quanto pelos antigos. No entanto, apenas os novos modelos detectaram seleção positiva agindo sobre linhagens após a duplicação gênica na família do gene PHY. Testes adicionais em vários conjuntos de dados sugerem que os novos modelos podem ser úteis na detecção de seleção positiva após a duplicação gênica na evolução de famílias gênicas.