Генетический дрейф и поток генов

Генетический дрейф — это случайное изменение частот аллелей из-за конечного размера популяции, тогда как поток генов — это перемещение аллелей между популяциями посредством миграции; вместе они являются главными неселективными силами, формирующими генетическую структуру.

Definition

Генетический дрейф — это случайное колебание частот аллелей между поколениями, возникающее в результате случайной выборки гамет в конечной популяции. Поток генов — это перенос аллелей из одной популяции в другую посредством перемещения особей или гамет.

Scope

Эта тема охватывает стохастические изменения частот аллелей в конечных популяциях, роль эффективного размера популяции, эффекты основателя и «бутылочного горлышка», гомогенизирующее влияние миграции между популяциями, а также то, как дрейф и поток генов противостоят отбору и локальной адаптации.

Core questions

• Как эффективный размер популяции определяет силу генетического дрейфа?
• Каковы последствия эффектов основателя и «бутылочного горлышка» для генетической изменчивости?
• Как поток генов гомогенизирует популяции и ограничивает локальную адаптацию?
• Когда дрейф может превзойти отбор на слабо отобранных аллелях?

Key theories

Случайный генетический дрейф

В конечных популяциях частоты аллелей дрейфуют случайным образом, потому что каждое поколение отбирает ограниченное количество гамет; дисперсия изменения частоты обратно пропорциональна эффективному размеру популяции, в конечном итоге фиксируя или теряя аллели.

Почти нейтральная теория

Будет ли слегка вредный аллель вести себя как эффективно нейтральный и дрейфовать, или будет удален отбором, зависит от произведения его коэффициента отбора и эффективного размера популяции.

Mechanisms

Дрейф возникает из биномиальной выборки аллелей в следующее поколение; его дисперсия на поколение пропорциональна p(1-p)/2N для эффективного размера популяции N, поэтому малые популяции дрейфуют быстрее. Со временем дрейф фиксирует или теряет аллели, снижает гетерозиготность и разрушает вариации. Эффекты основателя и «бутылочного горлышка» — это эпизоды резко уменьшенного N, которые случайным образом отбирают вариации. Поток генов противодействует дрейфу и отбору, вводя мигрантные аллели; даже небольшое количество мигрантов на поколение может предотвратить расхождение популяций только за счет дрейфа.

Clinical relevance

В природоохранной биологии малые и фрагментированные популяции теряют генетическую изменчивость из-за дрейфа и страдают от инбридинговой депрессии; управление потоком генов через коридоры или транслокацию является основным инструментом сохранения. Эффекты основателя также объясняют повышенные частоты некоторых наследственных заболеваний в изолированных человеческих популяциях.

History

Сьюэлл Райт в 1930-х годах ввел концепцию случайного дрейфа и эффективного размера популяции, сформулировав свою теорию сдвигающегося равновесия вокруг взаимодействия дрейфа, отбора и миграции. Кимура и Ота позже сделали дрейф центральным элементом молекулярной эволюции через нейтральную и почти нейтральную теории.

Debates

Относительная важность дрейфа по сравнению с отбором

Степень, в которой наблюдаемая генетическая изменчивость отражает нейтральный дрейф, а не отбор, оспаривалась со времен нейтралистско-селекционистских дебатов 1960-1970-х годов и теперь рассматривается с использованием данных геномного масштаба.

Key figures

• Sewall Wright
• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta

Seminal works

• futuyma2017
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

Приводит ли генетический дрейф к адаптации?

Нет. Дрейф изменяет частоты аллелей случайным образом и не улучшает постоянно приспособленность к окружающей среде; только естественный отбор систематически приводит к адаптации.

Какое количество потока генов предотвращает расхождение популяций?

Согласно теоретическому правилу, примерно один мигрант на поколение достаточен для противодействия расхождению за счет дрейфа, хотя точный порог зависит от отбора и структуры популяции.