การไหลของยีนและการอพยพ

การไหลของยีนคือการถ่ายทอดยีนจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งผ่านการเคลื่อนย้ายและการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตที่อพยพเข้ามา ด้วยการนำยีนจากภายนอกเข้ามา การไหลของยีนมีแนวโน้มที่จะทำให้ประชากรที่เชื่อมโยงกันมีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมมากขึ้น และต่อต้านความแตกต่างที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่ม (drift) และการคัดเลือกเฉพาะถิ่น

Definition

การไหลของยีน (หรือการอพยพ) คือการเคลื่อนย้ายของยีนระหว่างประชากรที่เกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตหรือเซลล์สืบพันธุ์ของพวกมันเคลื่อนย้ายจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งและสืบพันธุ์ ซึ่งจะเปลี่ยนความถี่ของยีนในประชากรผู้รับให้ใกล้เคียงกับประชากรต้นกำเนิด

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่การอพยพเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากร ผลกระทบของการไหลของยีนที่ทำให้ความถี่ของยีนเป็นเนื้อเดียวกัน บทบาทของการไหลของยีนในการถ่วงดุลกับการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่มและการคัดเลือก และวิธีการสรุปความแตกต่างของประชากร นี่เป็นหัวข้อเชิงแนวคิดและระเบียบวิธีในพันธุศาสตร์ประชากร ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• การเคลื่อนย้ายของสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนในประชากรที่เชื่อมโยงกันได้อย่างไร?
• การไหลของยีนต่อต้านความแตกต่างที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่มและการคัดเลือกเฉพาะถิ่นได้อย่างไร?
• ระดับความแตกต่างระหว่างประชากรวัดได้อย่างไร?

Key concepts

• การอพยพของสิ่งมีชีวิต
• การถ่ายทอดยีนระหว่างประชากร
• การทำให้ความถี่ของยีนเป็นเนื้อเดียวกัน
• ความสมดุลระหว่างการอพยพและการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่ม
• การแยกตัวตามระยะทาง
• ความแตกต่างของประชากร (FST)
• การผสมผสาน

Key theories

ความสมดุลระหว่างการอพยพและการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่ม และการแยกตัวตามระยะทาง

Sewall Wright อธิบายว่าการไหลของยีนทำให้ประชากรเป็นเนื้อเดียวกันในขณะที่การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่มทำให้เกิดความแตกต่าง และแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวที่จำกัดทำให้เกิดรูปแบบการแยกตัวตามระยะทาง ซึ่งประชากรที่อยู่ใกล้กันมีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมมากกว่าประชากรที่อยู่ห่างไกล

Mechanisms

เมื่อผู้อพยพย้ายถิ่นฐานเข้ามาในประชากรผู้รับและสืบพันธุ์ พวกเขาจะนำยีนของตนเองเข้าสู่ยีนพูล (gene pool) ของประชากรนั้น ทำให้ความถี่ของยีนเปลี่ยนไปในทิศทางเดียวกับประชากรต้นกำเนิด แม้แต่การอพยพเพียงเล็กน้อยแต่เกิดขึ้นซ้ำๆ ก็เป็นแรงสำคัญที่ทำให้เกิดความสม่ำเสมอ: มันต่อต้านความแตกต่างที่การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่มและการคัดเลือกที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่อาจสร้างขึ้น ดังนั้นโครงสร้างทางพันธุกรรมที่สังเกตได้ในหมู่ประชากรจึงสะท้อนถึงความสมดุลระหว่างการไหลของยีนและแรงที่ทำให้เกิดความหลากหลายเหล่านี้ ความแตกต่างที่เกิดขึ้นมักจะสรุปได้ด้วยดัชนีการตรึง (fixation index) FST ซึ่งวัดปริมาณความแปรปรวนของความถี่ของยีนที่ถูกแบ่งแยกระหว่างประชากรเมื่อเทียบกับทั้งหมด

Clinical relevance

การอพยพและการผสมผสานทางประวัติศาสตร์ได้กำหนดรูปแบบการกระจายตัวของยีนที่ก่อให้เกิดโรคในประชากรมนุษย์ และเป็นพื้นฐานของบรรพบุรุษที่ผสมผสานกันของบุคคลจำนวนมาก ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการเลือกประชากรอ้างอิงที่เหมาะสมเมื่อตีความความหลากหลายทางพันธุกรรม มันอธิบายว่าความหลากหลายมีการกระจายตัวอย่างไร และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาของแต่ละบุคคล

Epidemiology

รูปแบบของการอพยพและการผสมผสานของมนุษย์ได้แพร่กระจายยีนบางชนิดไปทั่วภูมิภาคและสร้างประชากรที่มีบรรพบุรุษผสมผสาน ดังนั้นความถี่ของยีนจึงมักจะแตกต่างกันไปตามแนวโน้มทางภูมิศาสตร์มากกว่าที่จะอยู่ในกลุ่มที่มีขอบเขตชัดเจน

History

Sewall Wright ได้นำเสนอการอพยพในฐานะหนึ่งในแรงผลักดันหลักของการวิวัฒนาการในทศวรรษ 1930 และในงานของเขาเรื่อง isolation-by-distance ในปี 1943 ได้กำหนดรูปแบบว่าการกระจายตัวที่จำกัดมีผลต่อโครงสร้างประชากรทางภูมิศาสตร์อย่างไร ดัชนีการตรึงที่เขาพัฒนาขึ้นกลายเป็นวิธีมาตรฐานในการวัดความแตกต่าง และการทบทวนสมัยใหม่ได้ปรับปรุงคำจำกัดความ การประมาณค่า และการตีความ

Debates

ดัชนีการตรึง FST ควรถูกกำหนดและตีความอย่างไร?

FST มีคำจำกัดความและตัวประมาณค่าที่เกี่ยวข้องหลายประการ และการตีความขึ้นอยู่กับสมมติฐานเกี่ยวกับประวัติของประชากร ผู้แสดงความคิดเห็นเน้นว่าดัชนีเดียวสามารถรวมกระบวนการทางประชากรที่แตกต่างกันได้

Key figures

• Sewall Wright
• Brian Charlesworth
• Bruce Weir
• Kent Holsinger

Seminal works

• wright-1943
• holsinger-weir-2009

Frequently asked questions

การไหลของยีนมีผลต่อความแตกต่างระหว่างประชากรอย่างไร?

มีแนวโน้มที่จะลดความแตกต่างเหล่านั้น: โดยการถ่ายทอดยีนจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่ง การไหลของยีนทำให้ประชากรที่เชื่อมโยงกันมีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรมมากขึ้น และต่อต้านการแยกตัวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมแบบสุ่มและการคัดเลือกเฉพาะถิ่น

ดัชนีการตรึง FST วัดอะไร?

มันสรุปว่าความหลากหลายทางพันธุกรรมถูกแบ่งแยกระหว่างประชากรอย่างไรเมื่อเทียบกับทั้งหมด โดยเป็นดัชนีระดับความแตกต่างระหว่างประชากร ค่าต่ำบ่งชี้ว่าประชากรมีความคล้ายคลึงกันทางพันธุกรรม และค่าสูงบ่งชี้ถึงความแตกต่างที่ชัดเจน