从基因组角度探讨果蝇蛋白质的进化

蛋白质进化的驱动力是分子进化中最基本的问题之一，研究者们早已在群体 遗传学研究中做出了许多模型和推测。基因组时代的到来使得证实这些经典理论 成为可能果蝇12 个基因组测序计划产生了大量新的数据，通过分析这些新的数 据，可以获得对果蝇蛋白质进化的更深入认识，也可以为分子进化研究的许多经 典理论提供验证。 我们利用黑腹果蝇种组的六个基因组，结合比较基因组学和功能基因组学的 研究手段，对黑腹果蝇种组中蛋白质的进化速率与许多可能影响蛋白质进化的功 能基因组学参数进行了统计学分析，从全基因组水平上探讨了果蝇蛋白质的进 化。 研究结果表明，表达特异性是决定果蝇蛋白质进化的最显著因素，广泛表达 的持家基因具有更低的进化速率，而表达量尽管与蛋白质进化呈负相关，但是这 个效应并不强，表达对蛋白质进化的影响与密码子偏好性和基因的功能多样性无 关，可能是由翻译后选择导致的。基因的功能重要性和基因的功能密度都对蛋白 质的进化有显著的影响，二者之间存在一定的联系，但是基因的功能密度对蛋白 质进化的影响要大于基因的功能重要性。蛋白质长度受到表达量选择，高表达的 基因往往具有更短的蛋白长度，因此，高表达蛋白的蛋白质长度与蛋白质进化速 率不相关，但是蛋白质长度在非高表达基因中对蛋白质进化存在显著的影响，其 机制可以部分的由基因的功能密度来解释，更确切的机制还需进一步研究。第一 个内含子的长度与蛋白质的进化速率显著相关，可能是由于第一个内含子中存在 较多的调控序列导致。基因重复的固定机制主要是高复杂度基因发生重复后的亚 功能化，而功能补偿效应和剂量平衡效应并不重要。基因的重组率在全基因组水 平上与蛋白质进化速率显著负相关，可能是因为基因组中大多数蛋白并不参与到 正选择的过程当中所致。 本研究系统的分析了影响果蝇蛋白质进化速率的各种功能基因组学参数的 效应，除了重新分析了过往研究中提到的基因表达水平，蛋白质相互作用，蛋白质长度这些参数在果蝇蛋白质进化中的影响，本工作还分析了许多新的参数，包 括表达特异度，内含子长度，基因功能重要性，基因功能密度，基因重复，基因 重组等。我们的工作不仅进一步证实了许多在进化基因组学研究中被广泛接受的 理论，还获得了一些与过去研究不同的结果，例如，果蝇蛋白质长度与蛋白质进 化速率呈负相关，第一个内含子在蛋白质进化中有很重要的作用等。