今天给大家带来的是一篇关于生信分析的文献，该篇文献是生信分析者学习的好范例，发表于2020年11月27日在线发表在Science Advances杂志（IF:13.116）。Robust inference of positive selection on regulatory sequences in the human brain人脑调控序列正选择的强力推理摘要一个长期的假设是，人类和黑猩猩之间的差异可能更多地是由调节水平的适应而不是由蛋白质序列的适应所驱动的。这一点在人脑进化的调节适应中尤其突出。该课题组提出了一种新的检测转录因子结合位点正选择的方法，该方法基于结合的机器学习模型来测量预测的亲和力变化。与其他方法不同，这种方法既不需要定义先验中性位点，也不需要检测加速进化，从而消除了主要的偏差来源。该课题组扫描了29个人类和11个小鼠组织或细胞类型中CTCF结合位点的阳性选择信号，发现人脑相关细胞类型的阳性选择比例最高。这一结果与基因调控的适应性进化在人脑进化中起着重要作用的观点是一致的。背景介绍方法1、正选择突变：gkmsvm训练2、生成deltaSVM的经验零分布3、小鼠验证分析：芯片序列数据4、人体验证分析：芯片序列数据5、果蝇验证分析：芯片序列数据6、人体CTCF分析：芯片序列数据流程图结果1、推断正选择过程的说明gkm向量机（SVM）分类器→计算所有可能的10个多聚体的SVM权重→预测对转录因子结合亲和力的贡献→计算deltaSVM→预测置换的结合亲和力影响→将每一个经验的TFBS与一个姊妹物种和一个外群的祖先序列相比较。TFBSs的自适应进化期望将它们从次优推向最优结合强度，或从旧的最优推向新的最优结合强度→预计将累积不断改变表型的替代物，使其结合更强或更弱，而在纯化选择下进化的TFB预计将累积以近似相等的方式增加或减少结合的替代物，在恒定的最佳值附近。这个推理遵循表型的符号测试原则→自适应选择下deltaSVM的绝对值较大→推断自然选择的作用，将TFBS推到比其祖先状态更高（正deltaSVM）或更低（负deltaSVM）结合亲和力的新适应度峰值。2、小鼠肝脏TFBSs阳性选择的检测在从CAST/EiJ分化后，在导致C57BL/6J的谱系上的正选择（A）。gkmsvm非常精确地分离CEBPA结合位点和随机序列（B）。基于三个物种的实验芯片序列峰，以SPRET/EiJ为外群，该课题组确定了三类CEBPA结合位点：在所有三个物种中保守（“保守”，24280个位点），C57BL/6J中的谱系特异性增益（“增益”，6304个位点），以及C57BL/6J中的谱系特异性丢失（“丢失”，6692个位点）。deltaSVMs的分布对于守恒是对称的，对于增益是向正deltaSVMs倾斜的，对于损失是向负deltaSVMs倾斜的。这些结果证实了基于gkmsvm的方法能够准确地预测取代对转录因子结合亲和力变化的影响几乎20%的增益在正选择下进化（D）。在焦点物种C57BL/6J中，阳性结合位点（PBSs）比非阳性选择结合位点（非pbs）具有更高的结合亲和力（，E和F）。使用CAST/EiJ作为祖先结合亲和力的近似值，发现祖先具有更强亲和力（G）。3、用人肝TFBSs验证正选择推理在与黑猩猩分化后，以大猩猩为外群的人类谱系中，CEBPA结合位点的选择是阳性的（A）。在小鼠中，从15806个人类CEBPA结合位点训练的gkmsvm可以非常精确地分离TFBSs和随机序列（B）。deltaSVMs的分布稍不对称，正值的比例较高（C）。阳性结合位点(PBSs)在人类和黑猩猩之间的固定核苷酸变化与人类多态性位点的比率显著高于非PBSs（D）。PBS靶基因在人群中的表达方差显著低于非PBS靶基因（E）。这些结果有力地说明该课题组的方法是检测真实的自适应进化信号。4、人组织CTCF结合位点的适应性进化与其他细胞类型相比，与大脑相关的细胞类型具有更高的阳性选择比例（A）。没有一种组织类型具有特别高的适应性进化，与大脑相关的组织是最低的（B）。讨论该课题组的方法不需要定义先验中性位点，而是考虑变异对活动的影响。此外，在负选择背景下的正选择可能不会使进化速度高于中性预期，但结合亲和力的一致变化仍然可以检测到。最重要的验证是独立于群体数据的预测验证了更高的替代与多态性比率的期望（D）。这和相邻基因的较低表达差异（E）与正选择将增加分化但消除多态性以及选择的表型将受到更强的纯化选择的预测一致。此外，结合亲和力的变化发生在该课题组模型预测的方向上（，E到G），并且可以验证多效性限制适应的预测。该课题组的结果支持长期以来提出的适应性调节变化在人脑进化中的重要性。并且检测到高比例的正选择的脑相关细胞类型在功能上与认知能力有关。在脑细胞类型之外，该课题组发现男性生殖系统（前列腺和包皮）比女性生殖系统（卵巢、子宫和阴道）具有更高的适应性调节进化。局限性：1、在序列进化的零模型中，该课题组假设每个碱基对（bp）位点都有独立的突变模式，并且所有位点的突变率都是一致的。然而，突变率和突变模式都取决于相邻的核苷酸。2、虽然该课题组没有通过对老鼠进行同样的分析来发现类似的模式，但还不可能得出人类或灵长类动物特有的模式。欢迎关注转录组| 甲基化 | 重测序 | 单细胞 | m6A|多组学  cytoscape | limma | WGCNA |水熊虫传奇|linux电泳 | PCR | 测序简史 | 核型 | NIPT | 基础实验 基因| 2019-nCoV | 富集分析 | 联合分析 |微环境 瘟疫追凶| 思路汇总| 学者 | 科研 | 撤稿| 读博|工作