果蝇中功能性重复基因的适应性删除

《Journal of Evolutionary Biology》：Adaptive deletion of functional duplicate genes in Drosophila

　　

摘要

传统上认为基因缺失是一种非适应性机制，其目的是消除功能冗余。然而，新的证据表明，基因缺失对具有独特功能的组织特异性重复基因的影响尤为显著。在这里，我们研究了基因缺失是优先去除约束较弱、正在退化的重复基因，还是通过某种适应性过程去除功能活跃的重复基因。为了确定哪些重复基因会丢失，我们系统地分析了果蝇（Drosophila）中的100个基因缺失事件，整合了序列、表达、相互作用和结构数据。我们发现，功能独特的重复基因中较年轻的子代基因更倾向于被删除，而冗余重复基因则没有这种偏好。与预期相反，在约束条件放宽的情况下，被删除的功能独特基因进化速度较慢，表达水平较高，参与的蛋白质-蛋白质相互作用更多，并且与冗余重复基因相比，它们的结构差异和内在无序性没有增加。与单拷贝基因相比，被删除的功能独特基因具有相似的进化速率，表达水平略低，网络连接性更强，结构差异相当，内在无序性较低。这些模式表明，基因缺失更多地影响功能活跃的基因而非退化的基因。总的来说，我们的研究结果支持这样一种假设：果蝇中的基因缺失可能是一种适应性过程，作用于暂时具有功能的重复基因，这一过程可能是由基因组优化或环境依赖性的有害效应驱动的。