dNdS与KaKs的关系，你搞清了吗？
选择压分析是进化生物学分析中一项重要的内容，也是现在生信人必备的基本技能之一，生信人公众号在过去的推送中也有过相关介绍。不论在阅读文献还是在实际研究作中，相信大家都经常遇到本文标题中出现的这两组英文用以表述和检测正选择、负选择或中性进化：dN/dS和ka/ks。然而，它们究竟有什么区别和联系？
回答这个问题，就不得不从其历史说起。上世纪中叶的生物学界，可谓风云际会、群雄并起。一方面，物理学家和化学家的蜂拥而至，导致了DNA双螺旋结构的发现，以及分子生物学的迅速发展。另一方面，以木村资生（Masahiko Kimura）为首的群体遗传学家划时代地提出了中性漂变理论，在进化生物学领域掀起了一股“中性风”(1-3)。上世纪70年代以来，随着DNA序列数据的开始积累，这一理论在分子进化领域得到了越来越多的证据(4)。简单来说，就是在当时掌握的基因序列中，同义突变远多于非同义突变(5)。为了更好地研究中性理论和自然选择在基因进化上所起的作用，非同义突变和同义突变的定量化研究显得十分迫切。
在这一领域，三位来自九州大学的学者率先进行了了有益的尝试和探索(6)。接下来，两组来自美国德州大学奥斯汀分校（University of Texas, Houston）的科学家做出了重要的贡献，可以说正是这些工作奠定了后来使用dNdS（kaks）进行选择压检验的理论基础(7, 8)。其中一组包括台湾著名学者李文雄（Wen-Hsiung Li）和吴仲义（Chung-I Wu），另一组是根井正利（Masatoshi Nei）和五条堀孝（Gojobori Takashi）（两位日本学者的中文名真不好查，小编花了不少时间才搞定）。
这里，我们对计算过程加以简单介绍，以便大家有一直观印象。我们选取根井正利所著的经典书目《分子进化与系统发育》中的进化通径法（Evolutionary Pathway Methods）为例。考虑密码子TTT转变为GTA的过程。作为一个可以编码苯丙氨酸的密码子，TTT的前两个位点的变化，都将导致氨基酸的变化，而第三个位点的突变，有三分之一的可能性会导致氨基酸变化。所以说，对于该密码子，非同义位点则是2+1/3=8/3，而同义位点的数目是2/3（这两个数字下面还有用到）。然后，再比较TTT到GTA变化的简约通经，如下图所示：
假设以上两种通经概率相等，那么，如上图所示，非同义突变数为(1+2)/2=1.5，而同义突变的数目等于(1+0)/2=0.5。于是，每个位点的非同义和同义替换数目就分别等于1.5/(8/3)=0.56和0.5/(1/3)=1.5。
答案终于要揭晓了：两组科学家对每个位点的非同义和同义替换数目有着不同的描述：李文雄使用的是kaks，而根井正利则将同样的概念命名为dNdS。dN（ka）代表每非同义位点的碱基替代数，而dS（ks）则是每同义位点的碱基替代数。
李文雄：
根井正利：
所以，两者除了初始命名不同，没有任何区别。笔者在谷歌学术上做了一个简单的检索，dnds和kaks的使用频数分别是20300和10400。因此，尽管dnds的辐射范围更广些，只要不是谈论相关概念的发展史，在论文里使用哪个都没差。
那么，dN/dS（kA/kS）是如何被引入对于正选择的判断呢？这一比值最高又可以达到多少？我们下期再见。
参考文献
1.Freese E, Yoshida A. The role of mutations in evolution. Evolving Genes and Proteins: Academic, New York; 1965. p. 341-55.
2.Kimura M. Evolutionary Rate at Molecular Level. Nature. 1968;217(5129):624-&.
3.Freese E. On the evolution of base composition of DNA. J Theor Biol. 1962;3:82-101.
4.Kimura M. The neutral theory of molecular evolution: Cambridge; 1983.
5.Kimura M. Preponderance Of Synonymous Changes as Evidence for Neutral Theory Of Molecular Evolution. Nature. 1977;267(5608):275-6.
6.Miyata T, Yasunaga T, Nishida T. Nucleotide sequence divergence and functional constraint in mRNA evolution. Proc Natl Acad Sci U S A. 1980;77(12):7328-32.
7.Li WH, Wu CI, Luo CC. A new method for estimating synonymous and nonsynonymous rates of nucleotide substitution considering the relative likelihood of nucleotide and codon changes. Mol Biol Evol. 1985;2(2):150-74.
8.Nei M, Gojobori T. Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitutions. Mol Biol Evol. 1986;3(5):418-26.
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