描述原核生物核心基因组 SNP GC 含量随时间演化的简单随机模型
种群与进化
2019-08-27 v1
摘要
生物体的基因组由腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）等核苷酸组成。所有原核生物都具有双链 DNA 基因组，其中一条链的 A 和 G（嘌呤）分别与另一条链的 T 和 C（嘧啶）结合。因此，一条链上 A 的数量几乎等于另一条链上 T 的数量，一条链上 G 的数量与另一条链上 C 的数量关系亦然。总体上，这一关系被形式化为 Chargaff 第一奇偶规则；其链间等价形式即 Chargaff 第二奇偶规则。因此，任何双链 DNA 基因组的 GC 含量可表示为 %GC=100%-%AT。原核生物 GC 含量的分类学间差异可能很大，但在微生物基因组内通常很小。已发现这种变异与系统发育和环境因素均相关。由于基因组内新的单核苷酸多态性（SNPs）至少部分与环境相关，SNP GC 含量可视为生物体环境影响、生活方式和系统发育的复合度量。我们提出一个数学模型，描述微生物基因组中 SNP GC 含量如何随 AT->GC 和 GC->AT 突变率并受高斯白噪声扰动作为时间函数演化。该模型表明，在非重组细菌中，突变可能先不知不觉地积累，然后突然失控波动。因此，突变率的微小变化可能突然变得不可持续，若不及早抵消，最终将驱使物种走向灭绝。该模型专门适用于共生原核生物，符合 Muller 棘轮所预测的情形，并可能表明这并非总是一个渐进的退化过程。
引用
@article{arxiv.1908.09144,
title = {A simple stochastic model to describe the evolution over time of core genome SNP GC content in prokaryotes},
author = {Jon Bohlin and Brittany Rose and Ola Brynildsrud and Birgitte Freiesleben De Blasio},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.09144},
year = {2019}
}