Context dependent selection in molecular evolution

Povolotskaya, Inna

Context dependent selection in molecular evolution

Document Type

Doctoral thesis
Published Version

Author

Povolotskaya, Inna

Director

Kondrashov, Fyodor A.

Publication Date

2015-02-16

Pages

135 p.

Citation

Povolotskaya, I. Context dependent selection in molecular evolution. Universitat Pompeu Fabra; 2015. handle: http://hdl.handle.net/10803/384000

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Doctoral program

Programa de doctorat en Biomedicina

Abstract

Se ha predicho teóreticamente que la epistasis, es decir, las interacciones genéticas entre diferentes mutaciones, cumple un rol sustancial en procesos evolutivos, tales como la emergencia de la reproducción sexual, la recombinación, la especiación y la evolución adaptativa. Sin embargo, existe poca evidencia experimental o estadística de la ubicuidad de las interacciones epistáticas en la naturaleza. Aquí, estudiamos la evolución de las proteínas a largo plazo, y demostramos que el modelo constante de selección independiente, no es capaz de describir las tasas y patrones de divergencia encontrados en las proteínas: las proteínas divergen mas allá de los límites teóricos y la tasa de divergencia es mucho mas lenta que la esperada. A su vez, demostramos que la evolución de las proteínas se explica mejor bajo la suposición de un intercambio rápido entre los valores de eficacia biológica asociados con aminoácidos individuales. Mas aún, extendemos nuestro estudio computacional y construimos un modelo teórico que captura el efecto de la selección inconstante sobre la evolución molecular.
Epistasis, or genetic interactions between different mutations, is theoretically predicted to play a substantial role in such evolutionary processes as emergence of sexual reproduction and recombination, speciation, adaptive evolution. However, there is little experimental or statistical evidence of the ubiquity of epistatic interactions in nature. Here, we study long-term protein evolution and show that the constant independent selection model cannot describe rates and patterns of protein divergence: protein sequences diverge beyond theoretical limits and the rate of divergence is much slower than predicted. We show that protein evolution is best explained under the assumption of rapid turnover of fitness values associated with individual amino acids. We further extend this computational study and build a theoretical model to capture the effect of non-constant selection on molecular evolution.

Keywords

Protein evolution, Selection, Epistasis, Fitness landscape, Evolución de las proteínas, Selección, Paisaje de fitness, Evolució molecular, Evolució de les proteïnes, Selecció