유전적 부동과 유전자 흐름

유전적 부동은 유한한 개체군 크기로 인해 대립유전자 빈도가 무작위적으로 변하는 현상이며, 유전자 흐름은 이주를 통해 개체군 간에 대립유전자가 이동하는 현상입니다. 이 둘은 유전적 구조를 형성하는 주요 비선택적 요인입니다.

Definition

유전적 부동은 유한 개체군에서 배우자의 무작위 표집으로 인해 세대 간에 대립유전자 빈도가 무작위적으로 변동하는 현상입니다. 유전자 흐름은 개체 또는 배우자의 이동을 통해 한 개체군에서 다른 개체군으로 대립유전자가 전달되는 현상입니다.

Scope

이 주제는 유한 개체군에서 대립유전자 빈도의 확률적 변화, 유효 개체군 크기의 역할, 창시자 효과 및 병목 현상, 개체군 간 이주에 의한 균질화 효과, 그리고 부동과 유전자 흐름이 선택 및 국지적 적응에 어떻게 반하는지를 다룹니다.

Core questions

• 유효 개체군 크기는 유전적 부동의 강도를 어떻게 결정하는가?
• 창시자 사건과 병목 현상이 유전적 변이에 미치는 결과는 무엇인가?
• 유전자 흐름은 개체군을 어떻게 균질화하고 국지적 적응을 제한하는가?
• 약하게 선택되는 대립유전자에 대해 부동이 선택을 압도할 수 있는 경우는 언제인가?

Key theories

무작위 유전적 부동

유한 개체군에서 대립유전자 빈도는 각 세대가 제한된 수의 배우자를 표집하기 때문에 무작위적으로 부동합니다. 빈도 변화의 분산은 유효 개체군 크기에 반비례하며, 결국 대립유전자를 고정시키거나 소실시킵니다.

거의 중립 이론

약간 해로운 대립유전자가 실질적으로 중립적으로 행동하여 부동하는지, 아니면 선택에 의해 제거되는지는 해당 대립유전자의 선택 계수와 유효 개체군 크기의 곱에 따라 달라집니다.

Mechanisms

부동은 다음 세대로의 대립유전자 이항 표집에서 발생합니다. 유효 개체군 크기 N에 대해 세대당 분산은 p(1-p)/2N에 비례하므로, 작은 개체군은 더 빠르게 부동합니다. 시간이 지남에 따라 부동은 대립유전자를 고정시키거나 소실시키고, 이형접합성을 감소시키며, 변이를 침식시킵니다. 창시자 효과와 병목 현상은 N이 급격히 감소하여 변이를 무작위적으로 표집하는 사건입니다. 유전자 흐름은 이주 대립유전자를 도입함으로써 부동과 선택에 대항합니다. 심지어 세대당 소수의 이주 개체만으로도 개체군이 부동만으로 분기하는 것을 막을 수 있습니다.

Clinical relevance

보전 생물학에서 작고 파편화된 개체군은 부동으로 인해 유전적 변이를 잃고 근친교배 약세(inbreeding depression)를 겪습니다. 회랑(corridors)이나 재배치(translocation)를 통한 유전자 흐름 관리는 핵심적인 보전 도구입니다. 창시자 효과는 또한 고립된 인간 개체군에서 특정 유전성 질환의 빈도가 높아지는 이유를 설명합니다.

History

시월 라이트(Sewall Wright)는 1930년대에 무작위 부동과 유효 개체군 크기의 개념을 도입했으며, 부동, 선택, 이주의 상호작용을 중심으로 자신의 변동 균형 이론(shifting balance theory)을 구성했습니다. 기무라(Kimura)와 오타(Ohta)는 나중에 중립 이론(neutral theory)과 거의 중립 이론(nearly neutral theory)을 통해 부동을 분자 진화의 중심에 두었습니다.

Debates

부동 대 선택의 상대적 중요성

관찰된 유전적 변이가 선택보다는 중립적 부동을 얼마나 반영하는지에 대한 논쟁은 1960년대-1970년대의 중립주의-선택주의 논쟁 이후 계속되어 왔으며, 현재는 게놈 규모의 데이터로 다루어지고 있습니다.

Key figures

• Sewall Wright
• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta

Seminal works

• futuyma2017
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

유전적 부동이 적응을 유발하는가?

아닙니다. 부동은 대립유전자 빈도를 무작위적으로 변화시키며 환경에 대한 적합성을 일관되게 향상시키지 않습니다. 오직 자연 선택만이 체계적으로 적응을 유발합니다.

얼마나 많은 유전자 흐름이 개체군이 분기하는 것을 막는가?

이론에 따르면 대략 세대당 한 명의 이주 개체만으로도 부동에 의한 분기를 상쇄하기에 충분하지만, 정확한 임계값은 선택과 개체군 구조에 따라 달라집니다.