News and Science: La mayor amenaza a la evolución en 60 años
60 años de estudios de la evolución están amenazados por mutaciones sinónimas no neutrales. Las mutaciones sinónimas son mutaciones que cambian un codón en un gen pero no cambian el aminoácido codificado por ese codón. Durante muchos años, se pensó que las mutaciones sinónimas eran neutrales, es decir, que no tenían ningún efecto sobre la aptitud de un organismo. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que este no es siempre el caso. De hecho, muchas mutaciones sinónimas pueden tener un efecto negativo en la aptitud física.
El descubrimiento de que las mutaciones sinónimas pueden ser no neutrales tiene implicaciones importantes para el estudio de la evolución. Por ejemplo, significa que debemos ser más cuidadosos al interpretar los resultados de estudios que utilizan mutaciones sinónimas como sustitutos de mutaciones neutras.
Ocho pruebas principales basadas en sustituciones no sinónimas versus sinónimas son:
Ka/Ks
Prueba Z de selección
Prueba de McDonald-Kreitman
Índice de neutralidad (NI)
relación dN/dS
Prueba H de Fay y Wu
Prueba D de Fu y Li
Índice de presión de selección (SPI)
Estas pruebas se utilizan para detectar la selección positiva en genes o loci genéticos, que es cuando una mutación se ve favorecida por la selección natural y aumenta su frecuencia en una población con el tiempo. La selección positiva puede conducir a la evolución de nuevas adaptaciones y la diversificación de especies.
Desde principios de los años setenta se han publicado literalmente decenas de miles de artículos basados en estas proporciones. Los científicos estaban seguros de que estaban midiendo la selección natural.
Necesitamos desarrollar nuevos métodos para estudiar los efectos de mutaciones sinónimas en la aptitud física.
Aquí hay algunos ejemplos específicos de cómo las mutaciones sinónimas no neutrales podrían amenazar 60 años de estudios de evolución:
Teoría neutral: uno de los principios fundamentales de la teoría neutral es que la mayoría de las mutaciones son neutrales, lo que significa que no tienen ningún efecto sobre la aptitud de un organismo. Esta teoría se basa en la observación de que la gran mayoría de mutaciones en una población son sinónimas. Sin embargo, si las mutaciones sinónimas no siempre son neutrales, esto socava uno de los supuestos clave de la teoría neutral.
Genética de poblaciones: La genética de poblaciones es el estudio de cómo se distribuye la variación genética dentro y entre las poblaciones. Muchos modelos genéticos de poblaciones se basan en el supuesto de que las mutaciones son neutrales. Sin embargo, si las mutaciones sinónimas no siempre son neutrales, esto podría invalidar las conclusiones de los modelos genéticos de poblaciones.
Medicina evolutiva: la medicina evolutiva es un campo que aplica principios evolutivos al estudio de las enfermedades humanas. Muchos estudios médicos evolutivos se basan en el supuesto de que las mutaciones sinónimas son neutrales. Sin embargo, si las mutaciones sinónimas no siempre son neutrales, esto podría complicar la interpretación de los estudios médicos evolutivos.
En general, el descubrimiento de mutaciones sinónimas no neutrales es un desafío importante para el campo de la biología evolutiva. Nos obliga a repensar algunas de nuestras suposiciones básicas sobre la evolución y a desarrollar nuevos métodos para estudiar los efectos de las mutaciones sobre la aptitud física.
Es importante señalar que el campo de la biología evolutiva todavía está asimilando las implicaciones de las mutaciones sinónimas no neutrales. Es demasiado pronto para decir exactamente cómo este nuevo conocimiento cambiará nuestra comprensión de la evolución. Sin embargo, está claro que las mutaciones sinónimas no neutrales tienen el potencial de revolucionar la forma en que estudiamos la evolución.
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Artículos que muestran. Sustituciones sinónimas no neutrales: las mutaciones sinónimas en genes de levadura representativos son en su mayoría fuertemente no neutrales. Junio de 2022, 72 citas.
Las mutaciones sinónimas en genes que codifican proteínas no alteran las secuencias de proteínas y, por lo tanto, generalmente se supone que son neutras o casi neutras.
Construimos 8.341 mutantes de levadura, cada uno de los cuales porta una mutación sinónima, no sinónima o sin sentido en uno de los 21 genes endógenos.
Tres cuartas partes de las mutaciones sinónimas dieron como resultado una reducción significativa en la aptitud física y la distribución de los efectos de la aptitud física fue en general similar:
Investigaciones en entornos adicionales revelaron mayores variaciones de aptitud entre entornos para mutantes no sinónimos que para mutantes sinónimos a pesar de sus distribuciones de aptitud similares en cada entorno, lo que sugiere que una proporción menor de mutantes no sinónimos que de mutantes sinónimos siempre no son nocivas en un entorno cambiante para permitir la fijación. , lo que podría explicar la observación común de tasas de sustitución de sinónimos y no sinónimos sustancialmente más bajas.
La fuerte no neutralidad de la mayoría de las mutaciones sinónimas, si fuera cierta para otros genes y en otros organismos, requeriría un nuevo examen de numerosas conclusiones biológicas sobre la mutación, la selección, el tamaño efectivo de la población, el tiempo de divergencia y los mecanismos de la enfermedad que se basan en la suposición. que las mutaciones sinónimas son neutrales.
•Bases moleculares para fuertes efectos fenotípicos de sustituciones sinónimas de sitio único en el gen de la toxina ccdB de E. coli
2023
Las mutaciones sinónimas en la región N-terminal involucrada en el inicio de la traducción mostraron los efectos fenotípicos no neutrales más fuertes.
Demostramos que muchas mutaciones sinónimas de un solo sitio del gen de la toxina ccdB muestran efectos fenotípicos significativos en un contexto operónico.
•Variantes sinónimos y no sinónimos que exigen un cambio de paradigma en genética
2023
Se introdujo una nueva categoría, variación sin sentido, para describir variantes que no introducen un codón de parada en el sitio de variación, pero que conducen a diferentes tipos de cambios en la proteína codificada.
Por lo tanto, existe la necesidad de evaluar y reflejar los principios de numerosos aspectos de la genética, que van desde la denominación y clasificación de las variaciones hasta los cálculos evolutivos.
•Efectos epistáticos y de aptitud física de mutaciones sinónimas en levaduras
En conjunto, estos estudios profundizan nuestra comprensión de la aptitud y los efectos epistáticos de las mutaciones sinónimas y exigen una reconsideración de muchas conclusiones previas que dependen de la suposición neutral de las mutaciones sinónimas.
Aquí hay una lista de otros 10 artículos sobre el tema de las mutaciones sinónimas no neutrales:
Mutaciones sinónimas rompen su declaración de neutralidad (2023) - BioTechniques
Las mutaciones sinónimas no siempre son neutrales (2022) - Genética
La distribución de los efectos de la aptitud física entre mutaciones sinónimas en una población de levaduras (2022) - eLife
Las mutaciones sinónimas pueden afectar la estructura y función de las proteínas (2021) - Tendencias en genética
El papel de las mutaciones sinónimas en las enfermedades humanas (2020) - Nature Reviews Genetics
Mutaciones sinónimos y su impacto en la expresión genética (2019) - Fronteras de la genética
Las mutaciones sinónimas pueden afectar el uso de codones y la estabilidad del ARNm (2018) - Nucleic Acids Research
Mutaciones sinónimos y su impacto en la evolución de las proteínas (2017) - Biología molecular y evolución
Mutaciones sinónimos y su papel en la adaptación (2016) - Revisión anual de ecología, evolución y sistemática
Esta lista no es exhaustiva, pero proporciona una buena visión general de la literatura reciente sobre este tema. Es importante señalar que el campo de la investigación sobre mutaciones sinónimas no neutrales es todavía relativamente joven y evoluciona rápidamente, por lo que es probable que se obtengan nuevos conocimientos en los próximos años.
Enlace a Google Scholar: sustituciones de sinónimos no neutrales para más artículos.
