Методы вывода примесей и происхождения

Методы вывода примесей и происхождения оценивают по генотипам индивидуума пропорции его генома, полученные от различных исходных популяций предков, и проверяют, обменивались ли популяции генами в прошлом. Они превращают закономерности совместного использования аллелей в количественные утверждения о происхождении и смешении популяций.

Definition

Вывод происхождения — это оценка исходного(ых) источника(ов) генома индивидуума по генетическим данным; вывод примесей конкретно оценивает пропорции, внесенные различными популяциями предков, и проверяет исторический поток генов между ними.

Scope

Статья охватывает кластеризацию на основе моделей и оценку пропорций происхождения, подходы к снижению размерности и формальные тесты на примеси, а также допущения, на которых основаны эти методы. Это методологическая тема; она описывает статистический вывод генетического происхождения и не делает никаких клинических или социальных заявлений о категориях происхождения.

Core questions

• Как оцениваются пропорции происхождения по данным генотипов?
• Чем отличаются подходы кластеризации на основе моделей и анализа главных компонент?
• Как формально проверяется прошлый поток генов между популяциями?
• Какие допущения и ограничения влияют на оценки происхождения?

Key concepts

• Пропорции происхождения
• Кластеризация на основе моделей (STRUCTURE/ADMIXTURE)
• Количество исходных популяций (K)
• Анализ главных компонент
• f-статистика и тесты на примеси
• Референтные панели для происхождения

Key theories

Модельное смешение происхождения

Геном каждого индивидуума моделируется как смесь, полученная из K популяций предков с различными частотами аллелей; методы, основанные на правдоподобии или Байесе, совместно оценивают частоты аллелей предков и пропорции происхождения каждого индивидуума, обеспечивая вероятностное разложение структуры.

Mechanisms

Модельные методы рассматривают каждый геном как смесь K популяций предков и оценивают, с помощью правдоподобия или байесовского вывода, как частоты аллелей предков, так и пропорции смешения каждого индивидуума; эффективная реализация максимального правдоподобия сделала это возможным в масштабе генома. Дополнительные подходы используют анализ главных компонент для размещения индивидуумов в низкоразмерном пространстве происхождения без предварительного указания популяций. Формальные тесты на примеси, основанные на f-статистике, сравнивают закономерности совместного использования аллелей между популяциями для обнаружения и количественной оценки исторического потока генов. Все они зависят от соответствующих референтных популяций и от выбора количества исходных популяций.

Clinical relevance

Вывод происхождения поддерживает правильную обработку популяционной структуры в генетических исследованиях и соответствующее использование референтных данных, подобранных по происхождению, при интерпретации геномных результатов. Эта статья описывает статистические методы, используемые для оценки генетического происхождения, и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений, а также для приравнивания генетического происхождения к социальной идентичности.

Evidence & guidelines

Оценка происхождения на основе моделей была установлена фреймворком STRUCTURE и масштабирована с помощью реализаций максимального правдоподобия, в то время как методы главных компонент и тесты на примеси с использованием f-статистики предоставляют дополнительные, широко используемые подходы; полногеномные исследования мирового человеческого разнообразия демонстрируют их применение в различных популяциях.

History

Кластеризация многолокусных генотипов на основе моделей была введена около 2000 года и быстро стала стандартом для описания популяционной структуры; более быстрые реализации максимального правдоподобия последовали по мере роста полногеномных данных. Методы главных компонент были адаптированы для вывода происхождения в середине 2000-х годов, а фреймворки f-статистики формализовали тесты на древние примеси, что в совокупности сделало вывод происхождения и примесей центральными инструментами популяционной геномики.

Debates

Как следует выбирать и интерпретировать количество исходных популяций (K)?

Модельные методы требуют указания или выбора K, но выведенные кластеры являются статистическими конструкциями, интерпретация которых зависит от выборки и от K; рассмотрение их как естественных, дискретных популяций может вводить в заблуждение.

Key figures

• Jonathan Pritchard
• John Novembre
• David Reich
• Nick Patterson

Seminal works

• pritchard-2000
• alexander-2009
• patterson-2012

Frequently asked questions

Что означает, например, 30% доля происхождения от одной популяции?

Это модельная оценка, согласно которой примерно 30% генома индивидуума лучше всего объясняется частотами аллелей этого предполагаемого предкового источника; это статистическое разложение относительно выбранных референтных популяций, а не фиксированная биологическая метка.

Как обнаруживается примесь между популяциями?

Формальные тесты, основанные на f-статистике, сравнивают закономерности общего разнообразия между несколькими популяциями; отклонения от того, что ожидалось бы без потока генов, служат доказательством того, что примесь произошла.