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非同義置換とは、タンパク質のアミノ酸配列を変化させるヌクレオチド変異のことである。非同義置換は、アミノ酸配列を変化させず、（場合によっては）サイレント変異である同義置換とは異なる。非同義置換は生物に生物学的変化をもたらすため、自然選択の対象となる。
ある遺伝子座における非同義置換を、同じ遺伝子座における同義置換と比較することで、K a /K s比が得られます。この比は、遺伝子配列の進化速度を測定するために使用されます。[ 1 ]遺伝子の非同義ヌクレオチド置換のレベルが同義ヌクレオチド置換のレベルよりも低い場合、K a /K s比< 1 はタンパク質をコードするように制約されている配列の特徴であるため、その遺伝子は機能的であると推測できます。[ 2 ]
非同義置換は、置換突然変異とも呼ばれます。
非同義置換にはいくつかの一般的な種類があります。[ 3 ]
ミスセンス変異とは、点突然変異、つまり単一のヌクレオチドの変異によって異なるアミノ酸に置換され、結果としてコードされるタンパク質に変化が生じる、非同義置換のことである。
ナンセンス変異は、DNA配列の変異によって元のアミノ酸が終止コドンに変化し、タンパク質が途中で終結してしまう非同義置換です。終止コドンに関わる別のタイプの変異は、ノンストップ変異またはリードスルー変異として知られており、終止コドンがアミノ酸コドンに置き換えられることで、タンパク質が規定よりも長くなります。[ 3 ]
研究によると、非同義置換の多様性は同義置換の多様性よりも著しく低いことが示されている。[ 4 ]これは、非同義置換が同義突然変異よりもはるかに高い選択圧にさらされているためである。[ 5 ]木村元夫（1968）は、発生した突然変異のほとんどが中立または「ほぼ中立」でない限り、計算された突然変異率はあり得ないほど高いと判断した。[ 3 ]彼は、これが真実であれば、遺伝的浮動は自然選択よりも分子進化においてより強力な要因になると判断した。[ 6 ]「ほぼ中立」理論は、非同義置換に作用する分子進化は突然変異、遺伝的浮動、および非常に弱い自然選択によって駆動され、集団サイズに極めて敏感であると提唱している。[ 7 ]特定の遺伝子座で自然選択が行われているかどうかを判断するために、マクドナルド・クレイトマン検定を行うことができる。[ 8 ]このテストは、近縁種間の同義遺伝子と非同義遺伝子の比率を、種内の同義多型と非同義多型の比率と比較することから成ります。比率が同じであれば、その遺伝子座では分子進化の中立説が真であり、進化は主に遺伝的浮動によって進行しています。種内よりも種間で非同義置換が多い場合、有益な対立遺伝子に対して正の自然選択が起こっており、自然選択が起こっています。[ 3 ]非同義置換は、病原体抵抗性に関わる遺伝子座、精子競争や卵子と精子の相互作用に関わる生殖遺伝子座、複製して新しい機能を獲得した遺伝子でより一般的であることがわかっており、正の選択が起こっていることを示しています。[ 3 ]
突然変異率を正確にモデル化する研究は長年にわたって行われてきました。Ziheng YangとRasmus Nielsenによる最近の論文では、さまざまな方法を比較し、新しいモデリング方法を開発しました。彼らは、新しい方法はバイアスが小さいため大規模スクリーニングに適しているが、最大尤度モデルは単純で、系統発生を考慮しながら複数の配列を比較できる柔軟性があるため、ほとんどのシナリオで好ましいことを発見しました。[ 9 ]
YangとNielsenによるさらなる研究では、非同義置換と同義置換の比率が、異なる進化系統の遺伝子座間で変動することが明らかになった。霊長類、偶蹄類、齧歯類の核遺伝子座を研究した結果、研究対象とした48の遺伝子座のうち22の遺伝子座でこの比率が有意に変動することがわかった。この結果は、突然変異はほとんどが中立または有害であるとする厳密な中立分子進化論に強く反論し、有利な突然変異を含む理論を支持するものである。[ 10 ]