分子進化の中立説

中立説は、種内の分子多様性の大部分および種間の置換は、選択的に中立であり、正の選択ではなくランダムな遺伝的浮動によって支配されると主張している。

Definition

分子進化の中立説は、分子レベルでの進化変化の大部分は、選択ではなく、選択的に中立な突然変異対立遺伝子のランダムな浮動によって引き起こされると提唱している。ほぼ中立説は、これをわずかに有害な突然変異に拡張し、その運命は有効集団サイズに依存するとする。

Scope

このトピックでは、木村資生の中立説と太田朋子のほぼ中立説、置換速度と既存の多様性に関するそれらの予測、歴史的な中立説対選択説論争、および分子集団遺伝学における帰無仮説としての中心的な役割について説明する。

Core questions

• 中立説は置換速度と遺伝的変異について何を予測しているか？
• なぜ中立的な置換速度は集団サイズに依存しないのか？
• ほぼ中立説はわずかに有害な突然変異をどのように組み込んでいるのか？
• なぜ中立モデルは選択を検出するための帰無仮説として機能するのか？

Key theories

木村資生の中立説

ほとんどの分子多型と置換は選択的に中立であるため、中立的な置換速度は中立的な突然変異率と等しく、集団サイズとは無関係であり、変化のほぼ時計のような蓄積を予測する。

太田朋子のほぼ中立説

多くの突然変異はわずかに有害である。そのような突然変異が中立的に振る舞い浮動するか、選択によって排除されるかは、選択係数と有効集団サイズの積に依存し、分子速度を人口動態に結びつける。

Mechanisms

厳密に中立な突然変異の場合、最終的な固定確率はその初期頻度と等しく、長期的な置換速度は集団サイズとは無関係に、世代あたりの突然変異率と等しくなる。集団内の遺伝的変異は、中立対立遺伝子を導入する突然変異と、それらを除去する浮動との間のバランスを反映しており、有効集団サイズによってスケーリングされる。ほぼ中立説では、小さな選択係数を持つ突然変異は、小さな集団では実質的に中立であるが、大きな集団では選択に対して可視であるため、置換速度と選択の効率は人口動態によって変化する。これらの予測は、正の選択と平衡選択を検出するための定量的な帰無仮説を提供する。

Clinical relevance

中立的な枠組みは、中立的な期待からの逸脱を検出することによって、機能的に制約され、したがって臨床的に重要である可能性のあるゲノム領域を特定する方法の基礎となっており、病原体監視に使用される分子年代測定を較正する。

History

木村資生は1968年に中立説を提唱し、キングとジュークスは1969年に独立して非ダーウィン的な分子進化を主張した。太田朋子は1970年代初頭にほぼ中立説を追加し、木村資生の1983年の著書は、何十年にもわたる選択の普及に関する議論にもかかわらず、標準的な帰無モデルとして残る枠組みを統合した。

Debates

分子進化はどの程度中立的か？

中立説対選択説論争は、分子の多様性と分岐のどの部分が中立的であるか、選択されているかに関係する。ゲノムデータは、一部の生物において実質的な適応進化を示しており、中立的な帰無仮説を覆すのではなく、洗練している。

Key figures

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

Seminal works

• kimura1983
• ohta1973
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

中立説は進化がランダムであることを意味するのか？

中立的な変化については分子レベルでのみである。この理論は、ほとんどの分子置換は中立であり、浮動によって固定されると主張する一方で、生物の適応進化は自然選択によって推進されることを依然として受け入れている。

なぜ中立的な置換速度は集団サイズに依存しないのか？

より大きな集団では、各世代でより多くの中立的な突然変異が生じるが、それぞれが固定される可能性は比例して小さくなるためである。この2つの効果が相殺され、置換速度は突然変異率と等しくなる。