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《西南农业大学》 2003年
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通过碱基对的非对称性比较来探测分子序列替换模型的异质性

黄蛟龙  
【摘要】: 基于相当大量的DNA序列的获得,其被广泛地用于物种的系统发生、多基因家族的演化,以及在分子水平上的进化机制的研究。许多的这些研究都是通过DNA序列的系统发生分析来实现的。在分子系统发生研究中一个通常假设是一棵系统发生树的所有枝中的替代过程是相同的,即同质性假设(homogeneity assumption)(Tourasse, N. J., W. -H. Li., 1999)。另一个常见的假设是静止性,也就是核苷酸频率不随时间变化,因此等于祖先的核苷酸频率(Gu and Li 1996)。如果同质性或静止性成立,则在序列中的碱基组成应是相似的。然而许多数据集表明,这两个假设经常是不成立的(Lockhart et al. 1994; Galtier and Gouy 1995)。如果忽略非同质性或非静止性会误导系统发生的重建、有关分子进化机制的推断(Hasegawa et al. 1993; Steel et al. 1993; Funk et al. 1995; Galtier and Gouy 1998; Naylor and Brown 1998; Rodriguez-Trellese et al. 2000; Tarrio et al. 2000),以及在同质性或静止性不成立的序列数据集中,影响分子钟假设的检测(Tourasse and Li 1999)。因此,在分子系统发生分析前,首先对给定的DNA序列集进行同质性假设检测是非常重要的。并且基于对违反同质性假设的认知,研究者可以选择一些关于系统发生重建的高级方法(LOCKHART et al. 1994; GALTIER and GOUY 1998),或者如果可能的话,将那些冒犯这个假设的序列去除之后再来做系统发生分析(Nei and Kumar 2000)。对于那些非典型变化模型的基因和物种鉴别,用于阐述其观察到的差异的进化机制的可靠性来说,也是非常有用的。更进一步地,对于违反同质性假设的DNA序列数据集的分析,不仅用于阐明在非典型替代过程下的基因和物种形成的可观察到的差异的进化机制,也为深入研究系统发生的方法提供了重要的线索。 尽管违背了这个假设就相对地影响了系统发生的推论和进化假设测验的粘度,但检测这 个假设却鲜见研究。近来,Kumar and Gadgh (200)提出了一个简单的测量一差异指针 (isparity index,ID)来量化这种在分子序列间观察到的替代模型的不同,并用它发展了 一个统计检测。由于这个统计量峋)的概率分布是未知的,故必须利用Monte Carlo方法 来检测这无效同质性假设。很显然,稳定的经验分布依靠于大量的模拟重复。所以这个基于 Monte Carlo方法 ID检测的精度也就依赖于模拟重复的次数。因此,这个检测方法的计算是 非常耗时的,也限制它更加一般的应用。 在本论文研究中,对于一对序列进化模型的可观察到的不同,我们提出了一个相对简 单的方法,来检测在DNA序列间替代过程的同质性。这个方法是非常简单的,只要序列可 以对准(aliguent),就可以非常容易地运用它。我们在各种不同的生物学条件下检查了这 个检测的效能,发展了一个 MOnte Carlo方法来检测观察到模型的同质性,并通过计算机模 拟和真实数据的分析,比较我们的卡方检测与 Kumar and Gadwtar的ID检测之间的效能差 异。 实际上,卡方检测不管在座位间下列条件是否满足皆是成立的:一)替代率的异质性,(n) 进化率膜型的相关性,(iii)替代模型的变异。计算机模拟也显示出卡方检测在各种真实的生 物学条件下的序列进化模型中是非常有效的。一个应用是卡方检测用于11种节肢动物的线 粒体DNA的比较中发现,水蚤或卤虫与其他9种节肢动物以高百分比抛弃了质性进化模型 假设,显然是由于AT含量高引起的,而在两种蚊于中却仅有7.69%。 因此,这个测验可作为一个诊断工具来鉴别基因和世系,而这些基因和世系用广泛不 同的进化过程来反映观察到的模型变化。且在比较基因组学和分子系统发生学研究中,对这 些基因和世系的鉴别是发现已经形成的生物体基因组进化过程的一个重要前期步骤。一般而 言,卡方检测作为一个工具在筛选非典型变化模型的基因和世系的进化是很有用的。 利用 Wsual C~F’:rr言编写了以上所有方法的计算程序。
【学位授予单位】:西南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:Q811.3

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