Background mRNA can form local secondary structure within the protein-coding sequence, and the strength of this structure is thought to influence gene expression regulation. Previous studies suggest that secondary structure strength may be maintained under selection, but the details of this phenomenon are not well understood. Results We perform a comprehensive study of the selection on local mRNA folding strengths considering variation between species across the tree of life. We show for the first time that local folding strength selection tends to follow a conserved characteristic profile in most phyla, with selection for weak folding at the two ends of the coding region and for strong folding elsewhere in the coding sequence, with an additional peak of selection for strong folding located downstream of the start codon. The strength of this pattern varies between species and organism groups, and we highlight contradicting cases. To better understand the underlying evolutionary process, we show that selection strengths in the different regions are strongly correlated, and report four factors which have a clear predictive effect on local mRNA folding selection within the coding sequence in different species. Conclusions The correlations observed between selection for local secondary structure strength in the different regions and with the four genomic and environmental factors suggest that they are shaped by the same evolutionary process throughout the coding sequence, and might be maintained under direct selection related to optimization of gene expression and specifically translation regulation.

中文翻译：

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生命之树编码序列中局部 mRNA 折叠强度选择的高分辨率建模

背景 mRNA 可以在蛋白质编码序列内形成局部二级结构，这种结构的强度被认为会影响基因表达调控。以前的研究表明，二级结构强度可能会在选择下保持不变，但这种现象的细节尚不清楚。结果我们考虑到整个生命之树物种之间的差异，对局部 mRNA 折叠强度的选择进行了全面研究。我们首次表明局部折叠强度选择在大多数门中倾向于遵循保守的特征谱，选择编码区两端的弱折叠和编码序列中其他地方的强折叠，还有一个额外的峰值选择位于起始密码子下游的强折叠。这种模式的强度因物种和生物群而异，我们强调了相互矛盾的情况。为了更好地理解潜在的进化过程，我们表明不同区域的选择强度是强相关的，并报告了四个对不同物种编码序列内局部 mRNA 折叠选择具有明确预测作用的因素。结论 在不同区域对局部二级结构强度的选择与四种基因组和环境因素之间观察到的相关性表明它们在整个编码序列中由相同的进化过程形成，并且可能在与基因优化相关的直接选择下保持表达，特别是翻译调节。我们强调矛盾的案例。为了更好地理解潜在的进化过程，我们表明不同区域的选择强度是强相关的，并报告了四个对不同物种编码序列内局部 mRNA 折叠选择具有明确预测作用的因素。结论 在不同区域对局部二级结构强度的选择与四种基因组和环境因素之间观察到的相关性表明它们在整个编码序列中由相同的进化过程形成，并且可能在与基因优化相关的直接选择下保持表达，特别是翻译调节。我们强调矛盾的案例。为了更好地理解潜在的进化过程，我们表明不同区域的选择强度是强相关的，并报告了四个对不同物种编码序列内局部 mRNA 折叠选择具有明确预测作用的因素。结论 在不同区域对局部二级结构强度的选择与四种基因组和环境因素之间观察到的相关性表明它们在整个编码序列中由相同的进化过程形成，并且可能在与基因优化相关的直接选择下保持表达，特别是翻译调节。我们表明不同区域的选择强度密切相关，并报告了对不同物种编码序列内局部 mRNA 折叠选择具有明确预测作用的四个因素。结论 在不同区域对局部二级结构强度的选择与四种基因组和环境因素之间观察到的相关性表明它们在整个编码序列中由相同的进化过程形成，并且可能在与基因优化相关的直接选择下保持表达，特别是翻译调节。我们表明不同区域的选择强度密切相关，并报告了对不同物种编码序列内局部 mRNA 折叠选择具有明确预测作用的四个因素。结论 在不同区域对局部二级结构强度的选择与四种基因组和环境因素之间观察到的相关性表明它们在整个编码序列中由相同的进化过程形成，并且可能在与基因优化相关的直接选择下保持表达，特别是翻译调节。