आणविक अनुकूलन और चयन का पता लगाना

आणविक अनुकूलन सकारात्मक चयन द्वारा संचालित अनुक्रमों में विकासवादी परिवर्तन है, और सांख्यिकीय परीक्षणों की एक श्रृंखला तटस्थ पृष्ठभूमि के खिलाफ इसके हस्ताक्षरों का पता लगाती है।

Definition

आणविक अनुकूलन न्यूक्लिक एसिड या प्रोटीन अनुक्रमों में उन परिवर्तनों को संदर्भित करता है जिन्हें सकारात्मक प्राकृतिक चयन द्वारा पसंद किया जाता है। चयन का पता लगाना उन सांख्यिकीय तरीकों को शामिल करता है जिनका उपयोग ऐसे अनुकूली परिवर्तन की पहचान करने और इसे तटस्थ विकास और जनसांख्यिकीय प्रभावों से अलग करने के लिए किया जाता है।

Scope

यह विषय बताता है कि कैसे प्राकृतिक चयन आणविक डेटा में पता लगाने योग्य निशान छोड़ता है, गैर-पर्यायवाची और पर्यायवाची प्रतिस्थापन दरों की तुलना, बहुरूपता को विचलन के साथ विपरीत करने वाले परीक्षण, चयनात्मक स्वीप के लिए स्कैन, और जनसांख्यिकीय इतिहास से चयन को अलग करने की चुनौतियाँ।

Core questions

• सकारात्मक चयन अनुक्रम डेटा में एक पता लगाने योग्य हस्ताक्षर कैसे छोड़ता है?
• गैर-पर्यायवाची से पर्यायवाची प्रतिस्थापनों का अनुपात चयन के बारे में क्या बताता है?
• बहुरूपता और विचलन को विपरीत करने वाले परीक्षण अनुकूलन की पहचान कैसे करते हैं?
• चयनात्मक स्वीप का पता कैसे लगाया जा सकता है, और जनसांख्यिकी से चयन को कैसे अलग किया जाता है?

Key theories

चयन के दर-अनुपात परीक्षण

अमीनो-एसिड-परिवर्तन (गैर-पर्यायवाची) से मूक (पर्यायवाची) प्रतिस्थापनों की दर की तुलना करने से शुद्धिकरण चयन का पता चलता है जब अनुपात कम होता है और सकारात्मक चयन का पता चलता है जब यह एक से अधिक होता है, तटस्थ अपेक्षाओं को आधार रेखा के रूप में उपयोग करते हुए।

बहुरूपता-विचलन परीक्षण

वे ढाँचे जो चयनित बनाम तटस्थ साइटों पर प्रजातियों के भीतर बहुरूपता को प्रजातियों के बीच विचलन के साथ विपरीत करते हैं, अनुकूलन द्वारा संचालित प्रतिस्थापनों के अनुपात का अनुमान लगाते हैं।

Mechanisms

चयन का पता लगाना तटस्थ अपेक्षाओं से विचलन पर निर्भर करता है। dN/dS अनुपात अमीनो-एसिड-परिवर्तन और पर्यायवाची प्रतिस्थापन दरों की तुलना करता है: एक से कम मान शुद्धिकरण चयन को इंगित करते हैं और एक से ऊपर आवर्ती सकारात्मक चयन को इंगित करते हैं। साइट आवृत्ति स्पेक्ट्रम पर आधारित परीक्षण हाल के स्वीप द्वारा छोड़े गए दुर्लभ वेरिएंट की ओर झुकाव का पता लगाते हैं। प्रजातियों के भीतर बहुरूपता को प्रजातियों के बीच विचलन के साथ विपरीत करने वाले तरीके प्रतिस्थापनों को तटस्थ और अनुकूली वर्गों में विभाजित करते हैं। क्योंकि जनसंख्या वृद्धि, बॉटलनेक और संरचना चयन की नकल कर सकते हैं, मजबूत अनुमान के लिए जनसांख्यिकीय इतिहास को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, अक्सर उम्मीदवार क्षेत्रों की तुलना जीनोम-व्यापी तटस्थ पृष्ठभूमि से करके।

Clinical relevance

आणविक अनुकूलन का पता लगाना मेजबान-रोगज़नक़ संघर्षों, प्रतिरक्षा-प्रणाली लोकी और दवा लक्ष्यों में तेजी से विकसित होने वाले जीनों को इंगित करता है, जो प्रतिरोध या प्रतिरक्षा पलायन के लिए चयन के तहत साइटों की पहचान करने में मदद करता है जो वैक्सीन और चिकित्सीय डिजाइन के लिए प्रासंगिक हैं।

History

तटस्थ सिद्धांत के बाद, चयन का पता लगाने के तरीके तेजी से विकसित हुए: कोडन-आधारित dN/dS मॉडल और बहुरूपता का विचलन के साथ विपरीत 1980 के दशक के अंत और 1990 के दशक में दिखाई दिए। जीनोम-व्यापी अनुक्रमण ने तब चयनात्मक स्वीप के लिए स्कैन और अनुकूली विकास की जीनोम-व्यापी दर के अनुमानों को सक्षम किया।

Debates

जनसांख्यिकी से चयन को अलग करना

क्योंकि जनसांख्यिकीय घटनाएँ और चयन अनुक्रम डेटा में अतिव्यापी हस्ताक्षर उत्पन्न कर सकते हैं, जीनोम-व्यापी चयन स्कैन और अनुकूलन अनुमानों की विश्वसनीयता एक पद्धतिगत चिंता बनी हुई है।

Key figures

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

Seminal works

• saetreRavinet2019
• futuyma2017
• ohta1973

Frequently asked questions

एक से अधिक dN/dS अनुपात क्या इंगित करता है?

यह इंगित करता है कि अमीनो-एसिड-परिवर्तन प्रतिस्थापन मूक वाले की तुलना में तेजी से जमा हुए हैं, उस जीन या साइटों के सेट पर प्रोटीन परिवर्तन के पक्ष में आवर्ती सकारात्मक चयन का एक हस्ताक्षर।

चयन का पता लगाने के लिए जनसांख्यिकी एक समस्या क्यों है?

क्योंकि जनसंख्या के आकार में परिवर्तन, बॉटलनेक और संरचना चयन द्वारा छोड़े गए समान अनुक्रम पैटर्न उत्पन्न कर सकते हैं, विश्लेषणों को जनसांख्यिकीय इतिहास के लिए जिम्मेदार होना चाहिए ताकि इसे अनुकूलन के लिए गलत न समझा जाए।