In the history of evolution, evolution can be divided largely by microevolution and macroevolution. The microevolution is the changes in allele frequencies that occur over time within a population and the mac-roevolution is the change that occurs at or above the level of species. In 1927, this idea was firstly suggested, and it is the foundation of modern evolution theory. However, many evolutionary biologists found that mac-roevolution could happen without gradual compounding of small changes - microevolution -. Then, which method occurred microevolution and macroevolution? It is hard to verify macroevolution to experiment, so difference between microevolution and macroevolution analyzed by only morphological and fossil study, but the systems biology which arose with development of computer can analyze many species’ DNA sequence.
In this study, we analyzed difference between intra-species (microevolution) and inter-species (macro-evolution) to use the measurement called ERC (Evolutionary Rate Co-variation) which can measure the co-evolution between two genes. Also DNA sequences of 39 strains of yeast S.cerevisiae and 18 yeast fungal groups were used. We compared protein-protein interaction network, co-expression network and synthetic lethality interaction network that are organism’s major interactions. In protein-protein interaction network, we compared binary interaction network which related in transient response and co-complex interaction network which related in continuous complex formation. Average intra and inter-species ERC of co-complex interac-tion network are both larger than binary interaction network. Also average ERC of interaction between essen-tial genes are smaller in intra-species than inter-species for both protein-protein interaction networks. In co-expression network, we analyzed co-expression network of three species - S.cerevisiae, S.paradoxus, S.mikatae -. To compare with intra-species ERC, genetic evolution distance between three species reflect the value of average ERC, and we found that these differences are occurred by difference of co-evolution trend between non-essential genes. Lastly, synthetic lethality interaction network have larger average ERC in inter-species rather than intra-species. Also we found that cell cycle related genes are not co-evolve in intra-species, but co-evolve in inter-species through GO analysis.
진화의 역사에 있어서 진화는 크게 소진화와 대진화로 나뉜다. 같은 종 내의 다른 아종으로 분화하는 소진화와, 새로운 종 이상으로 분화하는 종 간의 진화인 대진화이다. 이러한 개념은 1927년 처음 제시되었으며, 진화의 현대적 개념을 세우는데 중요한 초석이 되었다. 진화에 대한 일반적인 생각은 대진화는 소진화의 축적으로 이루어 진다는 것이다. 그러나 여러 진화생물학자의 연구에 따르면 대진화는 소진화의 축적으로만 일어나는 것이 아니라는 사실이 밝혀졌다. 그렇다면 소진화와 대진화는 어떠한 방식으로 일어나는 것일까? 진화의 특성상 실험을 통해서 대진화를 검증하기 어려웠기 때문에, 대진화와 소진화의 차이점은 화석 연구나 형태학적 분석을 통해서만 이루어졌다. 하지만 컴퓨터의 발전과 함께 태동한 시스템생물학은 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 인간게놈프로젝트 이후 많은 종의 DNA 염기서열을 분석할 수 있게 해주었다.
본 연구에서는 ERC(Evolutionary Rate Co-variation)라는 두 유전자간 공진화를 측정할 수 있는 측정방법을 사용하여 종 내(소진화), 종 간(대진화)에서 일어나는 두 진화의 차이점을 분석하였다. 분석에는 S.cerevisiae의 39개 아종과 이스트 18종의 DNA 염기서열을 사용하였다. 종 간, 종 내 공진화 비교를 위해, 생명체의 주요 상호작용인 단백질-단백질 상호작용 네트워크, 공발현 네트워크, 합성치사 상호작용 네트워크를 대상으로 유전자 상호작용간 종 내, 종 간의 ERC를 측정하고 네트워크 별로 차이점을 분석하였다. 단백질-단백질 상호작용 네트워크 분석에는 일시적 반응에 관여하는 바이너리 상호작용 네트워크, 지속적인 복합체 형성에 관여하는 공동 복합체 상호작용 네트워크를 비교하였다. 공동 복합체 상호작용 네트워크가 종 내, 종 간의 평균 ERC 모두 바이너리 상호작용 네트워크보다 높았으며, 필수유전자 간의 상호작용이 종 내에서는 낮은 평균 ERC 수치를 가지나 종 간에서는 높은 ERC 수치를 가짐을 확인할 수 있었다. 공발현 네트워크는 S.cerevisiae, S.paradoxus, S.mikatae 3 종의 공발현 네트워크를 종 내, 종 간에 대하여 분석하였다. S.cerevisiae 종 내와 비교 할 때 유전적 진화 거리에 따라 평균 ERC 값이 낮아졌으며, 이러한 차이는 비-필수유전자 - 비-필수유전자 상호작용의 공진화에 따라 차이가 남을 확인하였다. 마지막으로 합성치사 상호작용 네트워크는 종 간에서 종 내보다 더 높은 평균 ERC를 가짐을 확인하였다. 그리고 GO분석을 통해 cell cycle 관련 유전자가 종 내에서는 공진화 하지 않음을 알 수 있었다.
