طیف فراوانی آلل و طیف فراوانی جایگاه
طیف فراوانی آلل (یا جایگاه) توزیع فراوانیهای واریانت در یک نمونه است: این طیف تعداد جایگاههای متغیر را که یک آلل در یک نسخه، دو نسخه و غیره تا کل نمونه وجود دارد، شمارش میکند. از آنجایی که تاریخچه جمعیتی و انتخاب طبیعی هر یک اثر متمایزی بر این توزیع میگذارند، این طیف یکی از آموزندهترین خلاصهها از دادههای ژنتیک جمعیت است.
Definition
طیف فراوانی جایگاه، توزیع تعداد آلل مشتق شده (یا فرعی) در تمام جایگاههای متغیر در یک نمونه است؛ به طور معادل، این طیف نشان میدهد که چند جایگاه دارای هر فراوانی آلل ممکن در نمونه هستند.
Scope
این مدخل تعریف طیف فراوانی تاشده و بازنشده، انتظار آن تحت مدلهای خنثی، و استفاده از آن به عنوان هدفی برای استنتاج جمعیتی و انتخابی را پوشش میدهد. این یک موضوع روششناختی است و تفسیر بالینی از فراوانی واریانت خاصی را ارائه نمیدهد.
Core questions
- طیف فراوانی برای نمونهای از توالیها چگونه تعریف میشود؟
- طیف در یک جمعیت خنثی و با اندازه ثابت چگونه به نظر میرسد؟
- رشد جمعیت، تنگناهای جمعیتی و انتخاب چگونه طیف را تغییر میدهند؟
- طیف چگونه برای برازش مدلهای جمعیتی استفاده میشود؟
Key concepts
- طیف تاشده در مقابل طیف بازنشده
- آللهای مشتق شده و اجدادی
- افزایش واریانتهای نادر
- D تاجیما
- استنتاج جمعیتی
- تأثیر رشد جمعیت بر تنوع نادر
Key theories
- انتظار ادغامشونده طیف فراوانی
- تحت مدل استاندارد خنثی ادغامشونده، تعداد مورد انتظار جایگاههایی با آلل مشتق شده که i بار وجود دارد، متناسب با 1/i است که منجر به افزایش مشخصی از واریانتهای نادر میشود؛ انحرافات از این انتظار، که توسط آمارههایی مانند D تاجیما خلاصه میشوند، برای تشخیص تغییرات جمعیتی یا انتخاب استفاده میشوند.
Mechanisms
هر جایگاه تفکیککننده، تعداد آلل نمونه خود را به طیف اضافه میکند. تحت مدل خنثی ادغامشونده (coalescent)، طیف مورد انتظار به شدت به سمت واریانتهای نادر متمایل است و رویدادهای جمعیتی آن را به طور قابل پیشبینی تغییر شکل میدهند: رشد اخیر جمعیت، تعداد واریانتهای بسیار نادر را افزایش میدهد، در حالی که تنگناهای جمعیتی (bottlenecks) آنها را کاهش میدهند. انتخاب نیز طیف را به صورت محلی تغییر میدهد. روشهای استنتاج، مدلهای جمعیتی یا انتخابی را با تطبیق طیف مشاهدهشده با انتظار آن برازش میدهند و توالییابی عمیق نمونههای بزرگ، فراوانی واریانتهای کدکننده نادر را نشان داده است که با رشد سریع و اخیر جمعیت انسانی سازگار است.
Clinical relevance
طیف فراوانی زیربنای آستانههای فراوانی آلل است که هنگام فیلتر کردن واریانتها در ژنومیک بالینی استفاده میشود، زیرا نادر بودن یک واریانت در جمعیتهای مرجع بخشی از نحوه سنجش اهمیت بالقوه آن است. این مدخل توزیع فراوانیها در سطح جمعیت را توضیح میدهد و مبنایی برای تصمیمگیریهای تشخیصی یا درمانی فردی نیست.
Evidence & guidelines
انتظار خنثی طیف به نظریه ادغامشونده (coalescent theory) و آماره آزمون تاجیما (Tajima's test statistic) بازمیگردد، در حالی که مطالعات تجربی اگزومهای انسانی و چارچوبهای استنتاج جمعیتی نشان میدهند که چگونه طیف مشاهدهشده برای بازسازی تاریخچه جمعیت و توصیف بار واریانتهای نادر استفاده میشود.
History
طیف فراوانی از نظریه انتشار و ادغامشونده به عنوان خلاصهای فشرده از دادههای پلیمورفیسم پدید آمد. با توالییابی در مقیاس ژنوم و اگزوم، این طیف به یک هدف استنتاجی عملی تبدیل شد و تحلیلهای نمونههای بزرگ انسانی در اوایل دهه ۲۰۱۰ از این طیف برای نشان دادن رشد انفجاری اخیر و افزایش واریانتهای نادر ناشی از آن استفاده کردند.
Key figures
- Fumio Tajima
- Simon Gravel
- Laurent Excoffier
- Carlos Bustamante
Related topics
Seminal works
- tajima-1989
- gravel-2011
- tennessen-2012
Frequently asked questions
- تفاوت بین طیف تاشده و بازنشده چیست؟
- طیف بازنشده آلل مشتق شده را از آلل اجدادی متمایز میکند، که مستلزم دانستن این است که کدام آلل اجدادی است؛ طیف تاشده، که زمانی که وضعیت اجدادی ناشناخته است استفاده میشود، به جای آن تعداد آلل فرعی را شمارش میکند.
- چرا طیف فراوانی تعداد زیادی واریانت نادر را نشان میدهد؟
- حتی تحت یک مدل خنثی ساده، انتظار میرود واریانتهای نادر غالب باشند، و رشد اخیر جمعیت انسانی این پدیده را بیشتر تقویت کرده و منجر به افزایش زیادی از واریانتهای بسیار نادر در نمونههای بزرگ شده است.