วิธีการอนุมานการผสมผสานและบรรพบุรุษ

วิธีการอนุมานการผสมผสานและบรรพบุรุษประมาณการสัดส่วนของจีโนมของแต่ละบุคคลที่ได้มาจากประชากรแหล่งบรรพบุรุษที่แตกต่างกันจากจีโนไทป์ของบุคคลนั้น และทดสอบว่าประชากรมีการแลกเปลี่ยนยีนในอดีตหรือไม่ วิธีการเหล่านี้เปลี่ยนรูปแบบการแบ่งปันอัลลีลให้เป็นข้อความเชิงปริมาณเกี่ยวกับบรรพบุรุษและการผสมผสานของประชากร

Definition

การอนุมานบรรพบุรุษคือการประมาณแหล่งบรรพบุรุษของจีโนมของแต่ละบุคคลจากข้อมูลทางพันธุกรรม; การอนุมานการผสมผสานโดยเฉพาะจะประมาณสัดส่วนที่ได้รับจากประชากรบรรพบุรุษที่แตกต่างกันและทดสอบการไหลของยีนในอดีตระหว่างประชากรเหล่านั้น

Scope

บทความนี้ครอบคลุมการจัดกลุ่มตามแบบจำลองและการประมาณสัดส่วนบรรพบุรุษ แนวทางการลดมิติ และการทดสอบการผสมผสานอย่างเป็นทางการ พร้อมกับข้อสมมติฐานที่วิธีการเหล่านี้อาศัยอยู่ เป็นหัวข้อทางระเบียบวิธีวิจัย ซึ่งอธิบายการอนุมานทางสถิติของบรรพบุรุษทางพันธุกรรม และไม่มีข้อเรียกร้องทางคลินิกหรือทางสังคมเกี่ยวกับประเภทของบรรพบุรุษ

Core questions

• สัดส่วนบรรพบุรุษประมาณการจากข้อมูลจีโนไทป์ได้อย่างไร?
• วิธีการจัดกลุ่มตามแบบจำลองและวิธีการองค์ประกอบหลักแตกต่างกันอย่างไร?
• การไหลของยีนในอดีตระหว่างประชากรได้รับการทดสอบอย่างเป็นทางการอย่างไร?
• ข้อสมมติฐานและข้อจำกัดใดบ้างที่ส่งผลต่อการประมาณค่าบรรพบุรุษ?

Key concepts

• สัดส่วนบรรพบุรุษ
• การจัดกลุ่มตามแบบจำลอง (STRUCTURE/ADMIXTURE)
• จำนวนประชากรแหล่งกำเนิด (K)
• การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก
• f-สถิติและการทดสอบการผสมผสาน
• แผงอ้างอิงสำหรับบรรพบุรุษ

Key theories

การผสมผสานบรรพบุรุษตามแบบจำลอง

จีโนมของแต่ละบุคคลถูกจำลองเป็นการผสมผสานที่ได้มาจากประชากรบรรพบุรุษ K กลุ่มที่มีความถี่อัลลีลที่แตกต่างกัน; วิธีการที่อิงตามความน่าจะเป็นสูงสุดหรือเบย์จะประมาณค่าความถี่อัลลีลของบรรพบุรุษและสัดส่วนบรรพบุรุษของแต่ละบุคคลร่วมกัน ซึ่งให้การแยกโครงสร้างตามความน่าจะเป็น

Mechanisms

วิธีการตามแบบจำลองถือว่าแต่ละจีโนมเป็นการผสมผสานจากประชากรบรรพบุรุษ K กลุ่ม และประมาณค่าความถี่อัลลีลของบรรพบุรุษและสัดส่วนการผสมผสานของแต่ละบุคคลโดยใช้ความน่าจะเป็นสูงสุดหรือการอนุมานแบบเบย์; การนำไปใช้จริงที่มีประสิทธิภาพโดยใช้ความน่าจะเป็นสูงสุดทำให้สามารถทำได้ในระดับจีโนม แนวทางเสริมใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบหลักเพื่อจัดวางบุคคลในพื้นที่บรรพบุรุษที่มีมิติต่ำโดยไม่ต้องระบุประชากรล่วงหน้า การทดสอบการผสมผสานอย่างเป็นทางการที่สร้างขึ้นจาก f-สถิติเปรียบเทียบรูปแบบการแบ่งปันอัลลีลระหว่างประชากรเพื่อตรวจจับและวัดปริมาณการไหลของยีนในอดีต ทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับประชากรอ้างอิงที่เหมาะสมและการเลือกจำนวนประชากรแหล่งกำเนิด

Clinical relevance

การอนุมานบรรพบุรุษสนับสนุนการจัดการโครงสร้างประชากรที่ถูกต้องในการศึกษาทางพันธุกรรมและการใช้ข้อมูลอ้างอิงที่ตรงกับบรรพบุรุษอย่างเหมาะสมเมื่อตีความผลลัพธ์ทางจีโนม บทความนี้อธิบายวิธีการทางสถิติที่ใช้ในการประมาณบรรพบุรุษทางพันธุกรรมและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาของแต่ละบุคคล หรือสำหรับการเทียบเคียงบรรพบุรุษทางพันธุกรรมกับอัตลักษณ์ทางสังคม

Evidence & guidelines

การประมาณบรรพบุรุษตามแบบจำลองได้รับการจัดตั้งขึ้นโดยกรอบงาน STRUCTURE และสามารถปรับขนาดได้โดยการนำไปใช้จริงด้วยความน่าจะเป็นสูงสุด ในขณะที่วิธีการองค์ประกอบหลักและการทดสอบการผสมผสาน f-สถิติเป็นแนวทางเสริมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย การสำรวจความหลากหลายของมนุษย์ทั่วโลกในระดับจีโนมแสดงให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ในประชากรต่างๆ

History

การจัดกลุ่มจีโนไทป์หลายตำแหน่งตามแบบจำลองถูกนำมาใช้ประมาณปี 2000 และกลายเป็นมาตรฐานอย่างรวดเร็วสำหรับการอธิบายโครงสร้างประชากร; การนำไปใช้จริงด้วยความน่าจะเป็นสูงสุดที่รวดเร็วกว่าตามมาเมื่อข้อมูลทั่วทั้งจีโนมเพิ่มขึ้น วิธีการองค์ประกอบหลักถูกปรับใช้กับการอนุมานบรรพบุรุษในช่วงกลางทศวรรษ 2000 และกรอบงาน f-สถิติได้ทำให้การทดสอบการผสมผสานโบราณเป็นทางการ ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้การอนุมานบรรพบุรุษและการผสมผสานเป็นเครื่องมือสำคัญของจีโนมิกส์ประชากร

Debates

ควรเลือกและตีความจำนวนประชากรแหล่งกำเนิด (K) อย่างไร?

วิธีการตามแบบจำลองต้องระบุหรือเลือก K แต่กลุ่มที่อนุมานได้เป็นโครงสร้างทางสถิติที่การตีความขึ้นอยู่กับการสุ่มตัวอย่างและ K; การถือว่ากลุ่มเหล่านี้เป็นประชากรธรรมชาติที่แยกจากกันอาจทำให้เข้าใจผิดได้

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

สัดส่วนบรรพบุรุษ เช่น 30% จากประชากรหนึ่งหมายความว่าอย่างไร?

เป็นการประมาณค่าตามแบบจำลองว่าประมาณ 30% ของจีโนมของบุคคลนั้นอธิบายได้ดีที่สุดด้วยความถี่อัลลีลของแหล่งบรรพบุรุษที่อนุมานได้นั้น; เป็นการแยกส่วนทางสถิติที่สัมพันธ์กับประชากรอ้างอิงที่เลือก ไม่ใช่ป้ายกำกับทางชีววิทยาที่ตายตัว

ตรวจพบการผสมผสานระหว่างประชากรได้อย่างไร?

การทดสอบอย่างเป็นทางการโดยใช้ f-สถิติเปรียบเทียบรูปแบบความหลากหลายที่ใช้ร่วมกันระหว่างประชากรหลายกลุ่ม; ความเบี่ยงเบนจากสิ่งที่คาดหวังหากไม่มีการไหลของยีนจะให้หลักฐานว่ามีการผสมผสานเกิดขึ้น