Selection on synonymous codons in mammalian rhodopsins: a possible role in optimizing translational processes
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Synonymous codon usage can affect many cellular processes, particularly those associated with translation such as polypeptide elongation and folding, mRNA degradation/stability, and splicing. Highly expressed genes are thought to experience stronger selection pressures on synonymous codons. This should result in codon usage bias even in species with relatively low effective population sizes, like mammals, where synonymous site selection is thought to be weak. Here we use phylogenetic codon-based likelihood models to explore patterns of codon usage bias in a dataset of 18 mammalian rhodopsin sequences, the protein mediating the first step in vision in the eye, and one of the most highly expressed genes in vertebrates. We use these patterns to infer selection pressures on key translational mechanisms including polypeptide elongation, protein folding, mRNA stability, and splicing. RESULTS: Overall, patterns of selection in mammalian rhodopsin appear to be correlated with post-transcriptional and translational processes. We found significant evidence for selection at synonymous sites using phylogenetic mutation-selection likelihood models, with C-ending codons found to have the highest relative fitness, and to be significantly more abundant at conserved sites. In general, these codons corresponded with the most abundant tRNAs in mammals. We found significant differences in codon usage bias between rhodopsin loops versus helices, though there was no significant difference in mean synonymous substitution rate between these motifs. We also found a significantly higher proportion of GC-ending codons at paired sites in rhodopsin mRNA secondary structure, and significantly lower synonymous mutation rates in putative exonic splicing enhancer (ESE) regions than in non-ESE regions. CONCLUSIONS: By focusing on a single highly expressed gene we both distinguish synonymous codon selection from mutational effects and analytically explore underlying functional mechanisms. Our results suggest that codon bias in mammalian rhodopsin arises from selection to optimally balance high overall translational speed, accuracy, and proper protein folding, especially in structurally complicated regions. Selection at synonymous sites may also be contributing to mRNA stability and splicing efficiency at exonic-splicing-enhancer (ESE) regions. Our results highlight the importance of investigating highly expressed genes in a broader phylogenetic context in order to better understand the evolution of synonymous substitutions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».