Allélfrekencia-spektrum és helyfrekencia-spektrum

Az allél- (vagy hely-) frekencia-spektrum egy mintában az variáns-frekvenciák eloszlása: megszámolja, hány variábilis hely rendelkezik egy, két, és így tovább egészen a mintaméretnyi kópiában jelen lévő alléllel. Mivel a demográfiai történet és a természetes szelekció egyaránt jellegzetes nyomot hagy ezen az eloszláson, a spektrum a populációgenetikai adatok egyik leginformatívabb összefoglalója.

Definition

A helyfrekencia-spektrum egy mintában az összes variábilis hely derivált (vagy minor) alléljeinek száma szerinti eloszlás; más szóval megmutatja, hány hely rendelkezik az adott mintában az egyes lehetséges allélfrekenciákkal.

Scope

Ez a szócikk a hajtogatott és kiterítetlen frekencia-spektrum fogalmát, a semleges modellek alatti várható értékét, valamint a demográfiai és szelekciós következtetések céljaként való felhasználását tárgyalja. Módszertani témáról van szó, amely nem nyújt klinikai értelmezést egyetlen konkrét variansfrekenciára vonatkozóan sem.

Core questions

• Hogyan definiálható a frekencia-spektrum egy szekvenciamintára?
• Hogyan néz ki a spektrum egy semleges, állandó méretű populációban?
• Hogyan torzítja a spektrumot a populációnövekedés, a szűkülés és a szelekció?
• Hogyan alkalmazzák a spektrumot demográfiai modellek illesztésére?

Key concepts

• Hajtogatott és kiterítetlen spektrum
• Derivált és ősi allélok
• Ritka variánsok többlete
• Tajima D-statisztikája
• Demográfiai következtetés
• A populációnövekedés hatása a ritka variációra

Key theories

A frekencia-spektrum koaleszcens-elméleti várható értéke

A standard semleges koaleszcens modell alapján az i kópiában jelen lévő derivált alléllel rendelkező helyek várható száma 1/i-vel arányos, ami jellegzetes ritkavariant-többletet eredményez; az ettől való eltéréseket – amelyeket például Tajima D statisztikája foglal össze – demográfiai változás vagy szelekció kimutatására használják.

Mechanisms

Minden szegregáló hely a mintából vett alléljének számával járul hozzá a spektrumhoz. A semleges koaleszcens modell alapján a várható spektrum erősen a ritka variánsok felé tolódik, és a demográfiai események kiszámítható módon alakítják át: a közelmúltbeli populációnövekedés megemeli a nagyon ritka variánsok számát, míg a populációszűkülés (bottleneck) lecsökkenti azokat. A szelekció szintén lokálisan eltolhatja a spektrumot. A következtetési módszerek demográfiai vagy szelekciós modelleket illesztenek azáltal, hogy az megfigyelt spektrumot a várható értékéhez viszonyítják, és nagy minták mélyszekvenálása mutatta ki a ritka kódoló variánsok bőségét, amely összhangban áll a közelmúlt gyors emberi populációnövekedésével.

Clinical relevance

A frekencia-spektrum alapozza meg a klinikai genomikában a variánsok szűrésekor alkalmazott allélfrekencia-küszöbértékeket, mivel a referenciapopulációkban megfigyelt ritkaság részét képezi annak a mérlegelési folyamatnak, amelyben a variáns potenciális jelentőségét megbecsülik. Ez a szócikk a frekvenciák populációszintű eloszlását magyarázza, és nem szolgálhat egyéni diagnosztikai vagy terápiás döntések alapjául.

Evidence & guidelines

A spektrum semleges elvárása a koaleszcens-elméletre és Tajima-féle tesztstatisztikára vezethető vissza, míg az emberi exomok empirikus vizsgálatai és a demográfiai következtetési keretrendszerek szemléltetik, hogyan használható a megfigyelt spektrum a populációtörténet rekonstruálására és a ritka variáns-terhelés jellemzésére.

History

A frekencia-spektrum a diffúziós és koaleszcens-elméletből alakult ki a polimorfizmus-adatok tömör összefoglalásaként. A genom- és exomszintű szekvenálással gyakorlati következtetési célponttá vált, és a 2010-es évek elejének nagy emberi mintákon végzett elemzései a spektrumot felhasználva igazolták a közelmúlt robbanásszerű növekedését és az abból következő ritka variánstöbbletet.

Key figures

• Fumio Tajima
• Simon Gravel
• Laurent Excoffier
• Carlos Bustamante

Seminal works

• tajima-1989
• gravel-2011
• tennessen-2012

Frequently asked questions

Mi a különbség a hajtogatott és a kiterítetlen spektrum között?

A kiterítetlen spektrum megkülönbözteti a derivált allélt az ősitől, amihez szükséges az ősi állapot ismerete; a hajtogatott spektrumot akkor alkalmazzák, ha az ősi állapot ismeretlen, és ez a minor allél számát veszi figyelembe.

Miért mutat a frekencia-spektrum annyi ritka variánst?

Még egy egyszerű semleges modell esetén is várhatóan a ritka variánsok dominálnak, és a közelmúlt emberi populációnövekedése ezt tovább erősítette, nagy mintákban nagyon ritka variánsok számottevő többletét eredményezve.