Ka/Ks与分子进化常用软件

Ka/Ks与分子进化常用软件 

Ka/Ks

　　在遗传学中，Ka/Ks或者dN/dS表示的是异意替换（Ka）和同意替换（Ks）之间的比例。这个比例可以判断是否有选择压力作用于这个蛋白质编码基因。
　　不导致氨基酸改变的核苷酸变异我们称为同义突变，反之则称为非同义突变。一般认为，同义突变不受自然选择，而非同义突变则受到自然选择作用。在进化分析中，了解同义突变和非同义突变发生的速率是很有意义的。常用的参数有以下几种：同义突变频率(Ks)、非同义突变频率(Ka)、非同义突变率与同义突变率的比值(Ka/Ks)。如果Ka/Ks>1，则认为有正选择效应。如果Ka/Ks=1，则认为存在中性选择。如果Ka/Ks<1，则认为有纯化选择作用。

Ks = 同义突变SNP数/同义位点数
即同义突变率
Ka = 非同义突变SNP数/非同义位点数
即非同义突变率
同义突变SNP数= Σ同义SNP
非同义突变SNP数= Σ非同义SNP
同义位点数= Σ同义位点
非同义位点数= Σ非同义位点

uKa>>Ks或者Ka/Ks >> 1，基因受正选择(positive selection)
uKa＝Ks或者Ka/Ks ＝1，基因中性进化(neutral evolution)
uKa<<Ks或者Ka/Ks << 1，基因受纯化选择(purify selection)

检测序列的功能性（funcional or pseudo）
筛选正在快速进化的基因（rapid evolution）
 Ks可以反映事件发生的时间（age）

分子进化领域常用软件
系统进化树构建软件列表：
Phylip
Clustalw
PAML－Codml
其他
选择压力ka/ks计算软件列表：
PAML－yn00
Kaks_calculator
K-estimator
其他
snp搜索软件列表：
polyphred
SNPdetector
BGI-Variation analysis

非同义替换率（氨基酸改变，dn）与同义替换率的（氨基酸不改变，ds）的比值（dn/ds）也经常被用于分化分析。dn/ds的比值为1表示所研究的基因在中性选择（neutral selection）下进化，小于0. 25意味着纯化选择（purifying selection）下进化，当比值大于1时则被认为进行正向选择（positive selection）下的进化(Hurst et al, 2002; Swanson et al 2003)。

对于研究蛋白编码序列突变的一种简单而有效的分类方法是将替换分成同义
替换(Synonymous substitution) 和错义替换(Non-synonymous substitution)。同义替换是指那些可以引
起所编码的氨基酸发生不改变的替换，一般认为这样的替换不会受到选择的压力或者受到的选择作用
比较小；非同义替换是指那些可以改变所编码的氨基酸的替换，这样的替换有时候会导致新的功能。
依据密码子的简并性(degeneracy)可以将核苷酸位点分成两类：同义替换位点(Synonymous site)和错
义替换位点(Non-synonymous site)。同义替换率和错义替换率定义为：每代或者每年在每个可能的同
义（错义）位点上实际发生的同义（错义）替换数目（rS, rN）。然而由于对序列分化的时间不能确
定，因此同义替换率(Synonymous substitution, Ks 或 dS)和错义替换率(Non-synonymous substitutionrate, Ka 或dN)可以定义为：在两序列分化至今的 t 年里每个可能的同义（错义）位点上实际发生
的同义（错义）替换数目。因此有：Ka = 2rNt,Ks = 2rSt 。通过比较错义替换率和同义替换率的相对
比值可以确定这个基因在进化中受到的选择压力。Ka, Ks 的之间的比值是已经为人们所接受和广泛
应用的表现进化动力的指标。

Similar to dn / ds ratios,
the rate of accumulation of non-synonymous polymorphism
(pN) scaled by the rate of synonymous polymorphism
(pS) provides a glimpse on the selective forces
driving the evolution of a protein-coding sequence.
Thus, genes with a high pN / pS (i.e. >1) ratio are likely
to be evolving under the influence of positive selection