Chen S, Zou Z. · Molecular ecology resources · 2025

Detecting Convergence of Amino Acid Physicochemical Properties Underlying the Organismal Adaptive Convergent Evolution.

Resumo em português

Muitos estudos propuseram diversos métodos genômicos comparativos para investigar a base molecular da convergência funcional adaptativa entre espécies, convencionalmente por meio da detecção da convergência de estados de aminoácidos entre sequências proteicas ortólogas dessas espécies ou linhagens. Contudo, diferentes aminoácidos com propriedades fisicoquímicas semelhantes em um sítio podem contribuir para a similaridade funcional da proteína. Assim, a convergência de propriedades fisicoquímicas dos aminoácidos, além da convergência de estados, também pode contribuir para a convergência adaptativa das funções dos organismos? Aqui, agrupamos aminoácidos em classes fisicoquimicamente semelhantes e desenvolvemos pipelines computacionais para detectar a Convergência de Propriedades dos Aminoácidos (CAAP, https://github.com/shanschen33/CAAP) modificando métodos prévios de detecção de convergência de estados. Investigando três casos de convergência em organismos, incluindo mamíferos ecolocalizadores, mamíferos marinhos e manguezais lenhosos, encontramos genes com CAAP que provavelmente contribuem para a adaptação funcional respectiva, apoiados por evidências ortogonais como análises de enriquecimento funcional e seleção positiva. Nossos achados em múltiplos casos corroboram a hipótese de que a CAAP pode sustentar a evolução convergente adaptativa das funções dos organismos, enfatizando a importância de considerar características da sequência mais complexas que estados de aminoácidos ao estudar convergência adaptativa de sequência.

Resumo original em inglês

Many studies have proposed various comparative genomic methods to probe the molecular basis for adaptive functional convergence between species, conventionally by detecting the convergence of amino acid states between orthologous protein sequences of these species or lineages. However, different amino acids with similar physicochemical properties at a site may contribute to the functional similarity of the protein. Hence, could the convergence of amino acid physicochemical properties, in addition to state convergence, also contribute to adaptive convergence of organismal functions? Here we grouped amino acids into physicochemically similar classes, and developed computational pipelines to detect the Convergence of Amino Acid Properties (CAAP, https://github.com/shanschen33/CAAP) by modifying previous state convergence detection methods. Investigating three organismal convergence cases including echolocating mammals, marine mammals and woody mangroves, we found genes with CAAP that likely contribute to the respective functional adaptation, supported by orthogonal evidence such as functional enrichment and positive selection analyses. Our findings in multiple cases corroborate the hypothesis that CAAP may underlie adaptive convergent evolution of organismal functions, emphasising the importance of considering sequence features more complex than amino acid states when studying adaptive sequence convergence.