التكيف الجزيئي وكشف الانتقاء

التكيف الجزيئي هو تغير تطوري في التسلسلات مدفوع بالانتقاء الإيجابي، وتكشف مجموعة من الاختبارات الإحصائية عن بصماته مقابل الخلفية المحايدة.

Definition

يشير التكيف الجزيئي إلى التغيرات في تسلسلات الحمض النووي أو البروتين التي يفضلها الانتقاء الطبيعي الإيجابي. يشمل كشف الانتقاء الأساليب الإحصائية المستخدمة لتحديد مثل هذا التغير التكيفي وتمييزه عن التطور المحايد والتأثيرات الديموغرافية.

Scope

يغطي هذا الموضوع كيف يترك الانتقاء الطبيعي علامات قابلة للكشف في البيانات الجزيئية، ومقارنة معدلات الاستبدال غير المترادف والمترادف، والاختبارات التي تقارن التباين مع التباعد، وعمليات المسح للكنس الانتقائي، والتحديات المتمثلة في تمييز الانتقاء عن التاريخ الديموغرافي.

Core questions

• كيف يترك الانتقاء الإيجابي بصمة قابلة للكشف في بيانات التسلسل؟
• ماذا تكشف نسبة الاستبدالات غير المترادفة إلى المترادفة عن الانتقاء؟
• كيف تحدد الاختبارات التي تقارن التباين والتباعد التكيف؟
• كيف يمكن الكشف عن الكنس الانتقائي، وكيف يتم فصل الانتقاء عن الديموغرافيا؟

Key theories

اختبارات نسبة المعدل للانتقاء

تكشف مقارنة معدل الاستبدالات التي تغير الأحماض الأمينية (غير المترادفة) بالاستبدالات الصامتة (المترادفة) عن الانتقاء التنقيوي عندما تكون النسبة منخفضة وعن الانتقاء الإيجابي عندما تتجاوز الواحد، باستخدام التوقعات المحايدة كخط أساس.

اختبارات التباين-التباعد

الأطر التي تقارن التباين داخل الأنواع مع التباعد بين الأنواع في المواقع المنتقاة مقابل المواقع المحايدة تقدر نسبة الاستبدالات المدفوعة بالتكيف.

Mechanisms

يعتمد كشف الانتقاء على الانحرافات عن التوقعات المحايدة. تقارن نسبة dN/dS معدلات الاستبدال التي تغير الأحماض الأمينية بمعدلات الاستبدال المترادفة: تشير القيم الأقل من واحد إلى الانتقاء التنقيوي (purifying selection) وتشير القيم الأعلى من واحد إلى الانتقاء الإيجابي المتكرر. تكتشف الاختبارات القائمة على طيف تردد الموقع الانحراف نحو المتغيرات النادرة التي خلفتها عمليات الكنس الحديثة. تقسم الأساليب التي تقارن التباين داخل الأنواع مع التباعد بين الأنواع الاستبدالات إلى فئات محايدة وتكيفية. نظرًا لأن النمو السكاني، والاختناقات، والبنية السكانية يمكن أن تحاكي الانتقاء، فإن الاستدلال القوي يتطلب التحكم في التاريخ الديموغرافي، غالبًا عن طريق مقارنة المناطق المرشحة بالخلفيات المحايدة على مستوى الجينوم.

Clinical relevance

يحدد الكشف عن التكيف الجزيئي الجينات سريعة التطور في صراعات المضيف والممرض، ومواقع الجهاز المناعي، وأهداف الأدوية، مما يساعد في تحديد المواقع الخاضعة للانتقاء للمقاومة أو الهروب المناعي والتي تعتبر ذات صلة بتصميم اللقاحات والعلاجات.

History

بعد النظرية المحايدة، تطورت أساليب الكشف عن الانتقاء بسرعة: ظهرت نماذج dN/dS القائمة على الكودونات ومقارنة التباين مع التباعد في أواخر الثمانينيات والتسعينيات. ثم أتاح التسلسل على مستوى الجينوم عمليات مسح للكنس الانتقائي وتقديرات لمعدل التطور التكيفي على مستوى الجينوم.

Debates

فصل الانتقاء عن الديموغرافيا

نظرًا لأن الأحداث الديموغرافية والانتقاء يمكن أن تنتج بصمات متداخلة في بيانات التسلسل، فإن موثوقية عمليات مسح الانتقاء على مستوى الجينوم وتقديرات التكيف لا تزال مصدر قلق منهجي.

Key figures

• Masatoshi Nei
• Ziheng Yang
• John McDonald
• Martin Kreitman

Seminal works

• saetreRavinet2019
• futuyma2017
• ohta1973

Frequently asked questions

ماذا تشير نسبة dN/dS الأكبر من واحد؟

تشير إلى أن الاستبدالات التي تغير الأحماض الأمينية قد تراكمت بشكل أسرع من الاستبدالات الصامتة، وهي بصمة للانتقاء الإيجابي المتكرر الذي يفضل تغير البروتين في ذلك الجين أو مجموعة المواقع.

لماذا تمثل الديموغرافيا مشكلة في الكشف عن الانتقاء؟

نظرًا لأن تغيرات حجم السكان، والاختناقات، والبنية السكانية يمكن أن تنتج أنماط تسلسل تشبه تلك التي يتركها الانتقاء، يجب أن تأخذ التحليلات في الاعتبار التاريخ الديموغرافي لتجنب الخلط بينه وبين التكيف.