Молекулярная популяционная генетика

Молекулярная популяционная генетика анализирует вариации последовательностей ДНК внутри популяций и между ними для вывода демографической истории и селективных сил, сформировавших геномы.

Definition

Молекулярная популяционная генетика — это исследование генетической изменчивости на уровне последовательностей ДНК внутри популяций. Она сочетает популяционно-генетическую теорию с данными секвенирования для оценки таких параметров, как нуклеотидное разнообразие, рекомбинация и отбор, а также для реконструкции демографической истории.

Scope

Эта тема охватывает описание молекулярных вариаций с помощью статистик разнообразия и спектра частот сайтов, использование коалесцентной теории для моделирования генеалогий, тесты, различающие отбор от нейтральной демографии, а также вывод изменений размера популяции, миграции и смешения из геномных данных.

Core questions

• Как суммируется и количественно оценивается вариация последовательностей внутри популяции?
• Как коалесцентная теория моделирует генеалогию выборки последовательностей?
• Какие статистические тесты отличают естественный отбор от нейтральных демографических процессов?
• Что спектр частот сайтов может рассказать об истории популяции и отборе?

Key theories

Нейтральная и почти нейтральная теория

Большая часть молекулярной изменчивости и дивергенции регулируется мутацией и дрейфом, действующими на нейтральные или слегка вредные варианты, что обеспечивает нулевое ожидание, относительно которого обнаруживается отбор.

Коалесцентная теория

Генеалогия выборки аллелей, прослеживаемая назад во времени к общим предкам, обеспечивает мощную основу для предсказания закономерностей изменчивости и для статистического вывода из данных последовательностей.

Mechanisms

Изменчивость суммируется такими статистиками, как количество сегрегирующих сайтов, нуклеотидное разнообразие и спектр частот сайтов, который регистрирует, насколько распространены производные варианты. Коалесцентная модель описывает эти закономерности, прослеживая линии назад к их ближайшим общим предкам, при этом ожидания зависят от эффективного размера популяции, мутации, рекомбинации и демографии. Тесты на нейтральность сравнивают наблюдаемое разнообразие и дивергенцию с нейтральными ожиданиями для обнаружения отбора. Демографические события, такие как экспансии, «бутылочные горлышки» и смешение, оставляют характерные сигнатуры в спектре частот и в неравновесии по сцеплению, которые могут быть выведены из полногеномных данных.

Clinical relevance

Эти методы реконструируют историю человеческих популяций и миграции, выявляют признаки недавней адаптации в геноме человека, а также отслеживают эволюцию и распространение патогенов, что способствует эпидемиологическому надзору и интерпретации вариантов, связанных с заболеваниями.

History

Область зародилась с электрофореза аллозимов в 1960-х годах, который выявил неожиданно высокую изменчивость и спровоцировал нейтралистско-селекционистские дебаты. Секвенирование ДНК, коалесцентная теория в 1980-х годах и полногеномное секвенирование превратили ее в популяционную геномику, что позволило проводить тонкий вывод об отборе и демографии.

Debates

Выявление отбора на демографическом фоне

Поскольку демографические события и отбор могут приводить к схожим закономерностям изменчивости, надежное различение этих двух явлений по геномным данным является постоянной методологической проблемой.

Key figures

• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta
• John Maynard Smith
• Richard Lewontin

Seminal works

• saetreRavinet2019
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

Что такое коалесцент?

Коалесцент — это математическая модель, которая прослеживает родословную выборки аллелей назад во времени до тех пор, пока они не сольются в общих предков, обеспечивая основу для большей части современной популяционно-генетической инференции.

Можем ли мы отличить отбор от истории популяции в данных ДНК?

Часто, но не всегда легко; отбор и демографические изменения могут оставлять перекрывающиеся сигнатуры, поэтому исследователи используют множественные тесты и полногеномные сравнения, чтобы их разделить.