相對進化速率檢驗

為了理解物種基因的進化,一個基本的想法是分別比較兩個物種與一個參照外群的遺傳距離,即相對速率檢驗的思路。

基本思路

相對進化速率檢驗(relative-rate test)是檢驗分子鐘或分子序列相對進化速率的常用方法。以三個物種為例簡單來說,就是利用第三個物種(外群)來檢驗兩個物種是否以相同的速率進化。
我們無法對兩條DNA序列的祖先序列的狀態有直接的了解,並且兩條序列(兩個物種)的分歧時間我們無法直接得知,因此兩條序列的進化速率無法直接比較。為了理解物種基因的進化,一個基本的想法是分別比較兩個物種與一個參照外群的遺傳距離,即相對速率檢驗的思路。

方法原理

下面結合圖示(圖1)闡述該檢驗方法的基本原理。假設比較物種A和B的進化速率,C為選取的外群,在這裡A、B、C都是實際存在的物種;實際上,A和B物種的DNA序列來源於其祖先類群O,因為我們無法得知O的狀態,因此用C來代替,也即我們用AC和BC代表兩個物種和祖先的遺傳差異。
相對進化速率檢驗的零假設為:AC-BC=0,即物種A和B分別與C的遺傳差異相同,這時候A和B有相同的進化速率。該檢驗假定核酸替代數目符合泊松(Poisson)分布,那么就可以用標準化常態分配來檢驗A和B兩個支系中核酸替代數是否相同,如果顯著差異,則推翻零假設,即認為進化速率存在差異。

選擇參照外群的標準

一般情況下,AO和BO要小於比AC和BC。在具體的計算中,所計算的是AC-BC(也即比較A和B分別與C的差異是否顯著)。因此,從理論上來說,選取參照外群的標準是:選擇的參照序列應該使AC-BC能夠很好的模擬AO-BO,也即使OC最小,也即選擇的外群與假定的祖先類群序列差異最小。
根據上面的內容,參照序列(或物種)的選擇的指導原則應該是:選擇與內群最近的外群。因此,相對速率檢驗往往依賴於物種間可靠的系統發育關係。並且研究發現,增加外群的數目並不能使得檢驗的可靠性增加,也就是說,儘可能選擇一個最近的外群足矣。

其他關鍵問題

1)有研究發現,當增加所比較的內群序列數目時,相對進化速率檢驗的可靠性會提高。
2)保證系統發育關係的可靠性。

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