비교유전체학 (Comparative genomics)

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1. 비교유전체학(Comparative genomics) 정의

- 인간 유전체 연구를 위해서 여러 생물종을 모델로 이용하여 인체 생명현상 및 질환을 연구.

- 서로 다른 생물 간의 유전체를 DNA 혹 PROTEIN수준에서 비교.

2. 형질에 영향을 주는 molecular mechanisms

- 이전의 진화모델은 Gene (mutation) 수준과 Population (selection) 수준으로 설명되었다.

- 더하여, 'biased embryos model'은 Organism 수준에서 developmental reprogramming의 4가지 진화방식을 설명한다.

▶ heterochrony - change due to change in timing (유전자 발현의 타이밍 변형)

▶ heterotopy - change in the position at which a character is expressed (위치적 발현양의 변형) 

▶ heterometry - a change in quantity or degree of gene expression (유전자 발현 총량의 변형)

▶ heterotypy - phenotypic change from one type to another (유전자에 의한 산물의 변형)

3. 유전자 상동성 (Homology)

- Homology : 어떠한 형질이 진화의 과정 동안 보존된 것을 말하며, 이는 형태적 형질이나 분자적 형질, 유전자 서열도 해당.

▶ Ortholog : 한 개체가 진화되어 여러 종으로 분화되었을 때, 유전자의 기능이 그대로 보존되어 서로 유사한 기능을 수행하는 것을 의미.

 Speciation (종의 분화).

▶ Paralog : 한 조상에서 온 유전자지만, 서열은 유사해도 기능이 좀 달라진 것들을 의미.

     Gene Duplication (유전자 중복).

4. dN/dS 분석

- dN/dS 분석 : Nonsynonymous 변이와 Synonymous 변이를 고려하여 진화속도 추정.

▶ Nonsynonymous (dN): 아미노산을 변형시키는 염기 돌연변이 (Selection-dependent).

▶ Synonymous (dS): 아미노산을 변형시키지 않는 염기 돌연변이 (Time-dependent).

▶ dN/dS > 1 : Positive selection, 기존 상태를 벗어나려 한다. 진화속도가 빠르다.

▶ dN/dS = 1 : Neutral selection, 중립적이다.

▶ dN/dS < 1 : Negative(Purifying) selection, 기존 상태를 유지하려 한다. 진화속도가 느리다. 

- 흔히, PAML (Phylogenetic Analysis by Maximum Likelihood)을 통해 dN/dS 계산한다.

- dN/dS 분석시, 시퀀스의 conservation이 어느 정도 높은 구간에서 사용하도록 권장한다. Conservation이 낮은 곳에서 분석되면 무의미한 variant에 의해 의미없는 dN/dS 값이 산출될 것이다.

#참고문헌

1) Epigenetic Regulation of Trinucleotide Repeat Expansions and Contrac-tions and the “Biased Embryos” Hypothesis for Rapid MorphologicalEvolution [accessed Sep 07 2018].

2) https://en.wikipedia.org/wiki/Ka/Ks_ratio.

비교유전체학 (Comparative genomics) End.

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