ژنتیک جمعیت مولکولی

ژنتیک جمعیت مولکولی، تغییرات توالی DNA را در درون و بین جمعیت‌ها تجزیه و تحلیل می‌کند تا تاریخچه جمعیتی و نیروهای انتخابی که ژنوم‌ها را شکل داده‌اند، استنباط کند.

Definition

ژنتیک جمعیت مولکولی مطالعه تغییرات ژنتیکی در سطح توالی‌های DNA درون جمعیت‌ها است. این رشته نظریه ژنتیک جمعیت را با داده‌های توالی ترکیب می‌کند تا پارامترهایی مانند تنوع نوکلئوتیدی، نوترکیبی، و انتخاب را تخمین بزند و تاریخچه جمعیتی را بازسازی کند.

Scope

این موضوع شامل توصیف تغییرات مولکولی از طریق آمار تنوع و طیف فراوانی جایگاه، استفاده از نظریه ائتلاف برای مدل‌سازی شجره‌نامه‌ها، آزمون‌هایی که انتخاب را از دموگرافی خنثی متمایز می‌کنند، و استنباط تغییرات اندازه جمعیت، مهاجرت، و آمیختگی از داده‌های ژنومی است.

Core questions

• تغییرات توالی در یک جمعیت چگونه خلاصه و کمی‌سازی می‌شود؟
• نظریه ائتلاف چگونه شجره‌نامه توالی‌های نمونه‌برداری شده را مدل‌سازی می‌کند؟
• کدام آزمون‌های آماری انتخاب طبیعی را از فرآیندهای جمعیتی خنثی متمایز می‌کنند؟
• طیف فراوانی جایگاه چه چیزی را می‌تواند در مورد تاریخچه جمعیت و انتخاب آشکار کند؟

Key theories

نظریه خنثی و تقریباً خنثی

بسیاری از تغییرات و واگرایی‌های مولکولی توسط جهش و رانش که بر روی واریانت‌های خنثی یا کمی مضر عمل می‌کنند، کنترل می‌شوند و انتظار صفر را فراهم می‌کنند که بر اساس آن انتخاب شناسایی می‌شود.

نظریه ائتلاف

شجره‌نامه آلل‌های نمونه‌برداری شده، که به عقب در زمان تا اجداد مشترک ردیابی می‌شود، چارچوبی قدرتمند برای پیش‌بینی الگوهای تغییرات و برای استنباط آماری از داده‌های توالی فراهم می‌کند.

Mechanisms

تغییرات توسط آمارهایی مانند تعداد جایگاه‌های تفکیک‌کننده، تنوع نوکلئوتیدی، و طیف فراوانی جایگاه، که نشان می‌دهد واریانت‌های مشتق شده چقدر رایج هستند، خلاصه می‌شوند. مدل ائتلاف این الگوها را با ردیابی دودمان‌ها به عقب تا آخرین جد مشترکشان مدل‌سازی می‌کند، با انتظاراتی که به اندازه مؤثر جمعیت، جهش، نوترکیبی، و دموگرافی بستگی دارد. آزمون‌های خنثی‌گرایی، تنوع و واگرایی مشاهده شده را با انتظارات خنثی مقایسه می‌کنند تا انتخاب را شناسایی کنند. رویدادهای جمعیتی مانند گسترش‌ها، تنگناهای جمعیتی، و آمیختگی، امضاهای متمایزی را در طیف فراوانی و در عدم تعادل پیوستگی بر جای می‌گذارند که می‌توانند از داده‌های سراسر ژنوم استنباط شوند.

Clinical relevance

این روش‌ها تاریخچه جمعیت انسانی و مهاجرت را بازسازی می‌کنند، امضاهای سازگاری اخیر را در ژنوم انسان شناسایی می‌کنند، و تکامل و گسترش عوامل بیماری‌زا را ردیابی می‌کنند، که به نظارت بر سلامت عمومی و تفسیر واریانت‌های مرتبط با بیماری کمک می‌کند.

History

این رشته با الکتروفورز آلوآنزیم در دهه ۱۹۶۰ آغاز شد، که تنوع غیرمنتظره بالایی را آشکار کرد و بحث خنثی‌گرایی-انتخاب‌گرایی را برانگیخت. توالی‌یابی DNA، نظریه ائتلاف در دهه ۱۹۸۰، و توالی‌یابی در مقیاس ژنوم آن را به ژنومیک جمعیت تبدیل کرد و امکان استنباط دقیق انتخاب و دموگرافی را فراهم آورد.

Debates

شناسایی انتخاب در برابر زمینه جمعیتی

از آنجا که رویدادهای جمعیتی و انتخاب می‌توانند الگوهای مشابهی از تغییرات را ایجاد کنند، تمایز قابل اعتماد این دو از داده‌های ژنومی یک چالش روش‌شناختی پایدار است.

Key figures

• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta
• John Maynard Smith
• Richard Lewontin

Seminal works

• saetreRavinet2019
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

ائتلاف چیست؟

ائتلاف یک مدل ریاضی است که نسب یک نمونه از آلل‌ها را به عقب در زمان ردیابی می‌کند تا زمانی که آنها در اجداد مشترک ادغام شوند، و اساس بسیاری از استنباط‌های مدرن ژنتیک جمعیت را فراهم می‌کند.

آیا می‌توانیم انتخاب را از تاریخچه جمعیت در داده‌های DNA تشخیص دهیم؟

اغلب، اما نه همیشه به آسانی؛ انتخاب و تغییرات جمعیتی می‌توانند امضاهای همپوشان بر جای بگذارند، بنابراین محققان از آزمون‌های متعدد و مقایسه‌های سراسر ژنوم برای جداسازی آنها استفاده می‌کنند.