روش‌های استنباط آمیختگی و تبار

روش‌های استنباط آمیختگی و تبار، از طریق ژنوتیپ‌های یک فرد، نسبت‌های ژنوم او را که از جمعیت‌های منبع اجدادی مختلف مشتق شده‌اند، تخمین می‌زنند و آزمایش می‌کنند که آیا جمعیت‌ها در گذشته تبادل ژنی داشته‌اند یا خیر. این روش‌ها الگوهای اشتراک آلل را به اظهارات کمی درباره تبار و آمیختگی جمعیت تبدیل می‌کنند.

Definition

استنباط تبار، تخمین منبع(های) اجدادی ژنوم یک فرد از داده‌های ژنتیکی است؛ استنباط آمیختگی به طور خاص نسبت‌های مشارکت‌کننده از جمعیت‌های اجدادی متمایز را تخمین می‌زند و جریان ژنی تاریخی بین آن‌ها را آزمایش می‌کند.

Scope

این مدخل شامل خوشه‌بندی مبتنی بر مدل و تخمین نسبت تبار، رویکردهای کاهش ابعاد، و آزمون‌های رسمی آمیختگی، همراه با مفروضاتی که این روش‌ها بر آن‌ها تکیه دارند، می‌شود. این یک موضوع روش‌شناختی است؛ استنباط آماری تبار ژنتیکی را توصیف می‌کند و هیچ ادعای بالینی یا اجتماعی درباره دسته‌بندی‌های تبار ارائه نمی‌دهد.

Core questions

• نسبت‌های تبار چگونه از داده‌های ژنوتیپ تخمین زده می‌شوند؟
• خوشه‌بندی مبتنی بر مدل و رویکردهای مؤلفه‌های اصلی چه تفاوتی با هم دارند؟
• جریان ژنی گذشته بین جمعیت‌ها چگونه به طور رسمی آزمایش می‌شود؟
• چه مفروضات و محدودیت‌هایی بر تخمین‌های تبار تأثیر می‌گذارند؟

Key concepts

• نسبت‌های تبار
• خوشه‌بندی مبتنی بر مدل (STRUCTURE/ADMIXTURE)
• تعداد جمعیت‌های منبع (K)
• تحلیل مؤلفه‌های اصلی
• آماره‌های f و آزمون‌های آمیختگی
• پانل‌های مرجع برای تبار

Key theories

آمیختگی تبار مبتنی بر مدل

ژنوم هر فرد به عنوان آمیخته‌ای از K جمعیت اجدادی با فراوانی‌های آللی متمایز مدل‌سازی می‌شود؛ روش‌های مبتنی بر احتمال یا بیزی به طور مشترک فراوانی‌های آللی اجدادی و نسبت‌های تبار هر فرد را تخمین می‌زنند و یک تجزیه احتمالی از ساختار ارائه می‌دهند.

Mechanisms

روش‌های مبتنی بر مدل، هر ژنوم را به عنوان آمیخته‌ای از K جمعیت اجدادی در نظر می‌گیرند و با استفاده از احتمال یا استنباط بیزی، هم فراوانی‌های آللی اجدادی و هم نسبت‌های آمیختگی هر فرد را تخمین می‌زنند؛ یک پیاده‌سازی کارآمد حداکثر احتمال، این امر را در مقیاس ژنوم امکان‌پذیر ساخت. رویکردهای مکمل از تحلیل مؤلفه‌های اصلی برای قرار دادن افراد در یک فضای تبار کم‌بعد بدون تعیین جمعیت‌ها از پیش استفاده می‌کنند. آزمون‌های رسمی آمیختگی مبتنی بر آماره‌های f، الگوهای اشتراک آلل بین جمعیت‌ها را برای شناسایی و کمی‌سازی جریان ژنی تاریخی مقایسه می‌کنند. همه این‌ها به جمعیت‌های مرجع مناسب و انتخاب تعداد جمعیت‌های منبع بستگی دارند.

Clinical relevance

استنباط تبار از مدیریت صحیح ساختار جمعیت در مطالعات ژنتیکی و استفاده مناسب از داده‌های مرجع منطبق با تبار هنگام تفسیر نتایج ژنومی پشتیبانی می‌کند. این مدخل روش‌های آماری مورد استفاده برای تخمین تبار ژنتیکی را توصیف می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی، یا برای برابر دانستن تبار ژنتیکی با هویت اجتماعی نیست.

Evidence & guidelines

تخمین تبار مبتنی بر مدل توسط چارچوب STRUCTURE تثبیت شد و با پیاده‌سازی‌های حداکثر احتمال مقیاس‌پذیر گردید، در حالی که روش‌های مؤلفه‌های اصلی و آزمون‌های آمیختگی آماره f رویکردهای مکمل و پرکاربردی را ارائه می‌دهند؛ بررسی‌های سراسر ژنومی از تنوع جهانی انسان کاربرد آن‌ها را در بین جمعیت‌ها نشان می‌دهد.

History

خوشه‌بندی مبتنی بر مدل ژنوتیپ‌های چندلوکوسی در حدود سال 2000 معرفی شد و به سرعت به یک استاندارد برای توصیف ساختار جمعیت تبدیل گردید؛ با افزایش داده‌های سراسر ژنومی، پیاده‌سازی‌های سریع‌تر حداکثر احتمال به دنبال آن آمدند. روش‌های مؤلفه‌های اصلی در اواسط دهه 2000 برای استنباط تبار تطبیق داده شدند، و چارچوب‌های آماره f آزمون‌های آمیختگی باستانی را رسمی کردند، که همگی استنباط تبار و آمیختگی را به ابزارهای اصلی ژنومیک جمعیت تبدیل کردند.

Debates

تعداد جمعیت‌های منبع (K) چگونه باید انتخاب و تفسیر شود؟

روش‌های مبتنی بر مدل نیاز به تعیین یا انتخاب K دارند، اما خوشه‌های استنباط شده ساختارهای آماری هستند که تفسیر آن‌ها به نمونه‌برداری و K بستگی دارد؛ در نظر گرفتن آن‌ها به عنوان جمعیت‌های طبیعی و گسسته می‌تواند گمراه‌کننده باشد.

Key figures

• Jonathan Pritchard
• John Novembre
• David Reich
• Nick Patterson

Seminal works

• pritchard-2000
• alexander-2009
• patterson-2012

Frequently asked questions

نسبت تبار، مثلاً 30% از یک جمعیت، به چه معناست؟

این یک تخمین مبتنی بر مدل است که تقریباً 30% از ژنوم فرد به بهترین وجه با فراوانی‌های آللی آن منبع اجدادی استنباط شده توضیح داده می‌شود؛ این یک تجزیه آماری نسبت به جمعیت‌های مرجع انتخاب شده است، نه یک برچسب بیولوژیکی ثابت.

آمیختگی بین جمعیت‌ها چگونه شناسایی می‌شود؟

آزمون‌های رسمی مبتنی بر آماره‌های f الگوهای تنوع مشترک بین چندین جمعیت را مقایسه می‌کنند؛ انحرافات از آنچه بدون جریان ژنی انتظار می‌رود، شواهدی مبنی بر وقوع آمیختگی ارائه می‌دهند.