نظریه خنثی تکامل مولکولی

نظریه خنثی بیان می‌کند که بیشتر تغییرات مولکولی درون گونه‌ها و جایگزینی بین گونه‌ها از نظر انتخابی خنثی هستند و به جای انتخاب مثبت، تحت تأثیر رانش ژنتیکی تصادفی قرار دارند.

Definition

نظریه خنثی تکامل مولکولی پیشنهاد می‌کند که اکثریت قریب به اتفاق تغییرات تکاملی در سطح مولکولی نه توسط انتخاب، بلکه توسط رانش تصادفی آلل‌های جهش‌یافته‌ای که از نظر انتخابی خنثی هستند، ایجاد می‌شوند. نظریه تقریباً خنثی این مفهوم را به جهش‌های کمی مضر بسط می‌دهد که سرنوشت آن‌ها به اندازه مؤثر جمعیت بستگی دارد.

Scope

این موضوع نظریه خنثی کیمورا و بسط تقریباً خنثی اوهتا، پیش‌بینی‌های آن‌ها در مورد نرخ‌های جایگزینی و تنوع موجود، بحث تاریخی خنثی‌گرایان-انتخاب‌گرایان، و نقش محوری مدل خنثی به عنوان فرضیه صفر در ژنتیک جمعیت مولکولی را پوشش می‌دهد.

Core questions

• نظریه خنثی چه پیش‌بینی‌هایی در مورد نرخ‌های جایگزینی و تنوع ژنتیکی دارد؟
• چرا نرخ جایگزینی خنثی مستقل از اندازه جمعیت است؟
• نظریه تقریباً خنثی چگونه جهش‌های کمی مضر را در بر می‌گیرد؟
• چرا مدل خنثی به عنوان فرضیه صفر برای شناسایی انتخاب عمل می‌کند؟

Key theories

نظریه خنثی کیمورا

بیشتر پلی‌مورفیسم و جایگزینی مولکولی از نظر انتخابی خنثی است، بنابراین نرخ جایگزینی خنثی برابر با نرخ جهش خنثی است و مستقل از اندازه جمعیت است، که تجمع تقریباً ساعت‌گونه تغییرات را پیش‌بینی می‌کند.

نظریه تقریباً خنثی اوهتا

بخش بزرگی از جهش‌ها فقط کمی مضر هستند؛ اینکه آیا چنین جهش‌هایی به صورت خنثی رفتار می‌کنند و رانش می‌یابند یا توسط انتخاب حذف می‌شوند، به حاصل‌ضرب ضریب انتخاب و اندازه مؤثر جمعیت بستگی دارد، که نرخ‌های مولکولی را به دموگرافی مرتبط می‌کند.

Mechanisms

برای یک جهش کاملاً خنثی، احتمال تثبیت نهایی برابر با فراوانی اولیه آن است، و نرخ جایگزینی بلندمدت برابر با نرخ جهش خنثی در هر نسل است، مستقل از اندازه جمعیت. تنوع ژنتیکی درون یک جمعیت منعکس‌کننده تعادلی بین جهش‌هایی است که آلل‌های خنثی را معرفی می‌کنند و رانشی که آن‌ها را حذف می‌کند، که با اندازه مؤثر جمعیت مقیاس‌بندی می‌شود. در نظریه تقریباً خنثی، جهش‌هایی با ضرایب انتخاب کوچک در جمعیت‌های کوچک عملاً خنثی هستند اما در جمعیت‌های بزرگ برای انتخاب قابل مشاهده‌اند، بنابراین نرخ‌های جایگزینی و کارایی انتخاب با دموگرافی متفاوت است. این پیش‌بینی‌ها مبنای کمی را فراهم می‌کنند که بر اساس آن انتخاب مثبت و متعادل‌کننده شناسایی می‌شوند.

Clinical relevance

چارچوب خنثی زیربنای روش‌هایی است که مناطق محدود شده عملکردی، و بنابراین احتمالاً از نظر بالینی مهم، ژنوم را با شناسایی انحرافات از انتظار خنثی شناسایی می‌کنند، و همچنین زمان‌بندی مولکولی مورد استفاده در نظارت بر عوامل بیماری‌زا را کالیبره می‌کند.

History

کیمورا نظریه خنثی را در سال 1968 پیشنهاد کرد، و کینگ و جوکس به طور مستقل در سال 1969 برای تکامل مولکولی غیرداروینی استدلال کردند. اوهتا نظریه تقریباً خنثی را در اوایل دهه 1970 اضافه کرد، و کتاب کیمورا در سال 1983 این چارچوب را که با وجود دهه‌ها بحث در مورد شیوع انتخاب، مدل صفر استاندارد باقی مانده است، سنتز کرد.

Debates

تکامل مولکولی چقدر خنثی است؟

بحث خنثی‌گرایان-انتخاب‌گرایان مربوط به این است که چه کسری از تنوع و واگرایی مولکولی خنثی در مقابل انتخابی است؛ داده‌های ژنومی تکامل سازگار قابل توجهی را در برخی ارگانیسم‌ها نشان می‌دهند که مدل خنثی را به جای رد کردن، اصلاح می‌کند.

Key figures

• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta
• Jack King
• Thomas Jukes

Seminal works

• kimura1983
• ohta1973
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

آیا نظریه خنثی به این معنی است که تکامل تصادفی است؟

فقط در سطح مولکولی برای تغییرات خنثی. این نظریه بیان می‌کند که بیشتر جایگزینی‌های مولکولی خنثی هستند و توسط رانش تثبیت می‌شوند، در حالی که همچنان می‌پذیرد که تکامل سازگار ارگانیسم‌ها توسط انتخاب طبیعی هدایت می‌شود.

چرا نرخ جایگزینی خنثی مستقل از اندازه جمعیت است؟

زیرا در یک جمعیت بزرگتر، جهش‌های خنثی بیشتری در هر نسل ایجاد می‌شوند اما هر کدام شانس تثبیت متناسباً کمتری دارند؛ این دو اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند و نرخ جایگزینی برابر با نرخ جهش باقی می‌ماند.