Mutation, duplication, and selection in mammalian genomes

Abstract

This thesis comprises comparative genomics analyses primarily focussing on the evolution of mammalian proteins. We concentrate on three species of direct relevance as model organisms, for which high quality genome sequences are available, and human. Having previously investigated protein evolution in terms of substitution rates, here we explored less well studied insertions and deletions (indels). We show that indel and substitution frequencies are correlated at the level of protein sequence, and that indels, and in particular insertions, are elevated in regions of low-complexity and repetitive sequence. Furthermore we observe that selection acts more strongly against the incorporation of insertions than deletions in coding sequence. We also look examine in detail the process of evolution following gene duplication in rodents. We show that in general there is a marked increase in evolutionary rate following duplication, which is restricted to the new copy. We find evidence that this increase is sometimes driven by positive selection, and often accompanied by changes in tissue expression profile. These results lead support to the role of neofuntionalisation following gene duplication.

Aquesta tesi consta d’anàlisis de genòmica comparada centrades principalment en l'evolució de les proteïnes de mamífers. Les anàlisis se centren en humans i en tres espècies de gran rellevància com a organismes model, per les quals les seqüències genòmiques són d’alta qualitat. Després d'haver investigat prèviament l'evolució de proteïnes considerant les taxes de substitució, en aquesta tesi hem explorat les insercions i delecions (indels), menys estudiades. Demostrem que existeix una correlació entre la freqüència d’indels i substitucions en la seqüència proteica, i que els indels, i en particular, les insercions, són habituals en les regions de baixa complexitat i seqüències repetitives. A més, observem que la selecció actua més fortament en contra de la incorporació d'insercions que de delecions en la seqüència codificant. D’altra banda, també pretenem analitzar detalladament el procés evolutiu després d’una duplicació gènica en rosegadors. Demostrem que, en general, hi ha un marcat augment en la taxa d'evolució després de la duplicació, que es limita a la nova còpia. I trobem evidències que aquest augment és, de vegades, impulsat per la selecció positiva, i, sovint acompanyada de canvis en el perfil d'expressió de teixits. Aquests resultats recolzen el procés de neofuncionalització després de la duplicació gènica.