การคัดเลือกโดยธรรมชาติและความเหมาะสม
การคัดเลือกโดยธรรมชาติคือการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบของความถี่ของอัลลีลที่เกิดขึ้นเมื่อจีโนไทป์มีความแตกต่างกันในด้านความเหมาะสม ซึ่งหมายถึงการมีส่วนร่วมของลูกหลานในรุ่นถัดไปที่แตกต่างกัน เมื่อเทียบกับการผันแปรทางพันธุกรรม การคัดเลือกจะดำเนินไปในทิศทางที่สอดคล้องกัน โดยเพิ่มความถี่ของอัลลีลที่เกี่ยวข้องกับความสำเร็จในการสืบพันธุ์ที่สูงขึ้น และลดความถี่ของอัลลีลที่ลดความสำเร็จดังกล่าว
Definition
การคัดเลือกโดยธรรมชาติคือการเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลหรือจีโนไทป์ในแต่ละรุ่นที่เกิดจากความแตกต่างที่สอดคล้องกันในด้านความเหมาะสมระหว่างจีโนไทป์ โดยที่ความเหมาะสมคือการมีส่วนร่วมเชิงสัมพัทธ์ของผู้ที่มียีนนั้นต่อยีนพูลของรุ่นถัดไป
Scope
บทความนี้ให้คำจำกัดความของความเหมาะสมและสัมประสิทธิ์การคัดเลือก แยกแยะรูปแบบหลักของการคัดเลือก (แบบมีทิศทาง, แบบทำให้เสถียร, แบบสมดุล) และสรุปวิธีการตรวจจับร่องรอยของการคัดเลือกในจีโนม เป็นหัวข้อเชิงแนวคิดและระเบียบวิธีวิจัยในสาขาพันธุศาสตร์ประชากร โดยนำเสนอเป็นข้อมูลอ้างอิงมากกว่าคำแนะนำทางคลินิก
Core questions
- ความแตกต่างในด้านความเหมาะสมเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลในแต่ละรุ่นได้อย่างไร?
- รูปแบบหลักของการคัดเลือกคืออะไร และมีความแตกต่างกันในด้านผลกระทบอย่างไร?
- จะตรวจจับร่องรอยทางจีโนมของการคัดเลือกในอดีตและที่กำลังดำเนินอยู่ได้อย่างไร?
Key concepts
- ความเหมาะสม
- สัมประสิทธิ์การคัดเลือก
- การคัดเลือกแบบมีทิศทาง
- การคัดเลือกแบบทำให้เสถียร
- การคัดเลือกแบบสมดุล (รวมถึงความได้เปรียบของเฮเทอโรไซโกต)
- การกวาดล้างแบบคัดเลือก
- ร่องรอยทางจีโนมของการคัดเลือก
Key theories
- การคัดเลือกในฐานะพลังขับเคลื่อนวิวัฒนาการ
- จีโนไทป์ที่มีส่วนร่วมอย่างไม่สมส่วนต่อรุ่นในอนาคตจะมีอัลลีลเพิ่มขึ้นในความถี่ ความแข็งแกร่งของการเปลี่ยนแปลงแบบมีทิศทางนี้ถูกจับโดยสัมประสิทธิ์การคัดเลือกและได้รับการกำหนดเป็นทางการในแบบจำลองพันธุศาสตร์ประชากรของการสังเคราะห์สมัยใหม่
Mechanisms
เมื่อจีโนไทป์มีความแตกต่างกันในการอยู่รอดหรือการสืบพันธุ์ อัลลีลที่พวกมันมีจะถูกส่งต่อไปยังรุ่นถัดไปในสัดส่วนที่ไม่เท่ากัน ดังนั้นความถี่ของพวกมันจึงเปลี่ยนแปลงไปอย่างเป็นระบบ ความแรงของการเปลี่ยนแปลงนี้ในแต่ละรุ่นสรุปได้ด้วยสัมประสิทธิ์การคัดเลือก การคัดเลือกแบบมีทิศทางจะผลักดันอัลลีลที่ได้รับความนิยมไปสู่การคงที่ การคัดเลือกแบบทำให้เสถียรจะรักษาสภาวะที่เหมาะสมปานกลาง และการคัดเลือกแบบสมดุล — เช่น ความได้เปรียบของเฮเทอโรไซโกต — จะรักษาอัลลีลหลายตัวไว้ในประชากร การกวาดล้างอย่างรุนแรงและรวดเร็วของอัลลีลที่ได้รับความนิยมจะทิ้งร่องรอยที่ตรวจจับได้ในการแปรผันโดยรอบ เช่น ความเป็นโฮโมไซโกตของแฮปโลไทป์ที่ขยายออกไป ซึ่งการสแกนจีโนมใช้เพื่อระบุตำแหน่งที่อยู่ภายใต้การคัดเลือก
Clinical relevance
อัลลีลที่เกี่ยวข้องทางการแพทย์หลายชนิดได้รับการรักษาไว้หรือแพร่กระจายผ่านการคัดเลือก — ตัวอย่างคลาสสิกคือความได้เปรียบของเฮเทอโรไซโกตสำหรับฮีโมโกลบินบางชนิดและรูปแบบอื่น ๆ ในภูมิภาคที่มีมาลาเรียเป็นโรคประจำถิ่น — และการสแกนจีโนมเพื่อการคัดเลือกช่วยอธิบายว่าทำไมอัลลีลบางชนิดจึงพบได้บ่อยในประชากรบางกลุ่ม เป็นการอธิบายกระบวนการวิวัฒนาการที่กำหนดความหลากหลาย และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล
Epidemiology
การคัดเลือกแบบสมดุลที่ขับเคลื่อนโดยแรงกดดันจากโรคติดเชื้อเป็นหนึ่งในคำอธิบายสำหรับความถี่ที่สูงขึ้นของอัลลีลที่เกี่ยวข้องกับโรคบางชนิดในภูมิภาคเฉพาะ และการสแกนทั่วทั้งจีโนมได้ระบุตำแหน่งหลายแห่งที่มีร่องรอยของการคัดเลือกเชิงบวกเมื่อเร็วๆ นี้ในประชากรมนุษย์
History
แนวคิดของดาร์วินเกี่ยวกับความสำเร็จในการสืบพันธุ์ที่แตกต่างกันได้รับการนำเสนอในรูปแบบเชิงปริมาณระดับยีนโดยฟิชเชอร์, ฮาลเดน และไรท์ ในช่วงการสังเคราะห์สมัยใหม่ของทศวรรษที่ 1920 และ 1930 ซึ่งได้สร้างแบบจำลองว่าสัมประสิทธิ์การคัดเลือกเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลอย่างไร ด้วยข้อมูลทั่วทั้งจีโนม ความสนใจได้เปลี่ยนไปสู่การตรวจจับร่องรอยโมเลกุลของการคัดเลือก และการศึกษาเช่นแผนที่การคัดเลือกเชิงบวกเมื่อเร็วๆ นี้ของ Voight และคณะ แสดงให้เห็นว่าร่องรอยเหล่านี้ได้รับการระบุเชิงประจักษ์ได้อย่างไรในปัจจุบัน
Debates
- การคัดเลือกเชิงบวกแพร่หลายเพียงใดในจีโนมมนุษย์?
- การสแกนจีโนมมีความแตกต่างกันในจำนวนตำแหน่งที่ระบุว่าถูกคัดเลือกเมื่อเร็วๆ นี้ และในความมั่นใจที่สามารถแยกแยะการกวาดล้างจากการเปลี่ยนแปลงทางประชากรศาสตร์ เช่น คอขวด ดังนั้นขอบเขตโดยรวมของการคัดเลือกเชิงบวกเมื่อเร็วๆ นี้จึงยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่
Key figures
- Charles Darwin
- Ronald A. Fisher
- J. B. S. Haldane
- Sewall Wright
- Jonathan Pritchard
Related topics
Seminal works
- wright-1931
- voight-2006
Frequently asked questions
- ความเหมาะสมในพันธุศาสตร์ประชากรหมายถึงอะไร?
- ความเหมาะสมคือการมีส่วนร่วมเชิงสัมพัทธ์ของจีโนไทป์ต่อยีนพูลของรุ่นถัดไป ซึ่งสะท้อนถึงความแตกต่างในการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ จีโนไทป์ที่มีความเหมาะสมสูงกว่าจะส่งต่ออัลลีลของตนบ่อยกว่า
- การคัดเลือกโดยธรรมชาติแตกต่างจากการผันแปรทางพันธุกรรมอย่างไร?
- การคัดเลือกจะเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลอย่างเป็นระบบและมีทิศทางตามความแตกต่างของความเหมาะสม ในขณะที่การผันแปรทางพันธุกรรมจะเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลแบบสุ่มเนื่องจากประชากรมีขนาดจำกัด ทั้งสองอย่างมีผลต่อความถี่ของอัลลีล แต่มีเพียงการคัดเลือกเท่านั้นที่มีทิศทางที่สอดคล้องกัน