การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมและการไหลของยีน

การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมคือการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มของความถี่อัลลีลเนื่องจากขนาดประชากรที่จำกัด ในขณะที่การไหลของยีนคือการเคลื่อนที่ของอัลลีลระหว่างประชากรผ่านการอพยพย้ายถิ่น ทั้งสองอย่างนี้เป็นแรงที่ไม่ใช่การคัดเลือกที่สำคัญในการกำหนดโครงสร้างทางพันธุกรรม

Definition

การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมคือความผันผวนแบบสุ่มของความถี่อัลลีลระหว่างรุ่นที่เกิดขึ้นจากการสุ่มตัวอย่างเซลล์สืบพันธุ์โดยบังเอิญในประชากรที่มีขนาดจำกัด การไหลของยีนคือการถ่ายโอนอัลลีลจากประชากรหนึ่งไปยังอีกประชากรหนึ่งผ่านการเคลื่อนที่ของแต่ละบุคคลหรือเซลล์สืบพันธุ์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มของความถี่อัลลีลในประชากรที่มีขนาดจำกัด บทบาทของขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ ผลกระทบของผู้ก่อตั้งและคอขวด ผลกระทบของการอพยพย้ายถิ่นระหว่างประชากรที่ทำให้เกิดความสม่ำเสมอ และวิธีที่การเลื่อนลอยและการไหลของยีนขัดขวางการคัดเลือกและการปรับตัวเฉพาะถิ่น

Core questions

• ขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์กำหนดความแข็งแกร่งของการเลื่อนลอยทางพันธุกรรมได้อย่างไร?
• ผลที่ตามมาของเหตุการณ์ผู้ก่อตั้งและคอขวดต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมคืออะไร?
• การไหลของยีนทำให้ประชากรมีความสม่ำเสมอและจำกัดการปรับตัวเฉพาะถิ่นได้อย่างไร?
• เมื่อใดที่การเลื่อนลอยสามารถเอาชนะการคัดเลือกอัลลีลที่ถูกคัดเลือกอย่างอ่อนแอได้?

Key theories

การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมแบบสุ่ม

ในประชากรที่มีขนาดจำกัด ความถี่อัลลีลจะเลื่อนลอยแบบสุ่มเนื่องจากแต่ละรุ่นสุ่มตัวอย่างเซลล์สืบพันธุ์จำนวนจำกัด; ความแปรปรวนของการเปลี่ยนแปลงความถี่จะแปรผกผันกับขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ ซึ่งในที่สุดจะทำให้เกิดการคงที่หรือสูญเสียอัลลีล

ทฤษฎีเกือบเป็นกลาง

ไม่ว่าอัลลีลที่เป็นอันตรายเล็กน้อยจะทำหน้าที่เป็นกลางอย่างมีประสิทธิภาพและเลื่อนลอยไป หรือถูกกำจัดโดยการคัดเลือก ขึ้นอยู่กับผลคูณของสัมประสิทธิ์การคัดเลือกและขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์

Mechanisms

การเลื่อนลอยเกิดขึ้นจากการสุ่มตัวอย่างแบบทวินามของอัลลีลเข้าสู่รุ่นถัดไป; ความแปรปรวนต่อรุ่นเป็นสัดส่วนกับ p(1-p)/2N สำหรับขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ N ดังนั้นประชากรขนาดเล็กจึงเลื่อนลอยได้เร็วกว่า เมื่อเวลาผ่านไป การเลื่อนลอยจะทำให้เกิดการคงที่หรือสูญเสียอัลลีล ลดภาวะเฮเทอโรไซโกซิตี และกัดกร่อนความหลากหลาย ผลกระทบของผู้ก่อตั้งและคอขวดคือเหตุการณ์ที่ N ลดลงอย่างมาก ซึ่งสุ่มตัวอย่างความหลากหลาย การไหลของยีนจะต่อต้านการเลื่อนลอยและการคัดเลือกโดยการนำอัลลีลของผู้อพยพเข้ามา; แม้ผู้อพยพจำนวนน้อยต่อรุ่นก็สามารถป้องกันไม่ให้ประชากรแตกต่างกันโดยการเลื่อนลอยเพียงอย่างเดียว

Clinical relevance

ในชีววิทยาการอนุรักษ์ ประชากรขนาดเล็กและประชากรที่ถูกแบ่งแยกจะสูญเสียความหลากหลายทางพันธุกรรมไปกับการเลื่อนลอยและประสบภาวะการผสมพันธุ์ในสายเลือดเดียวกัน; การจัดการการไหลของยีนผ่านทางเดินเชื่อมต่อหรือการย้ายถิ่นฐานเป็นเครื่องมือหลักในการอนุรักษ์ ผลกระทบของผู้ก่อตั้งยังอธิบายความถี่ที่สูงขึ้นของความผิดปกติทางพันธุกรรมบางอย่างในประชากรมนุษย์ที่แยกตัวออกไป

History

Sewall Wright ได้นำเสนอแนวคิดของการเลื่อนลอยแบบสุ่มและขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ในช่วงทศวรรษ 1930 โดยวางกรอบทฤษฎีสมดุลที่เปลี่ยนแปลงของเขาไว้รอบๆ ปฏิสัมพันธ์ของการเลื่อนลอย การคัดเลือก และการอพยพย้ายถิ่น ต่อมา Kimura และ Ohta ได้ทำให้การเลื่อนลอยเป็นศูนย์กลางของวิวัฒนาการระดับโมเลกุลผ่านทฤษฎีที่เป็นกลางและเกือบเป็นกลาง

Debates

ความสำคัญสัมพัทธ์ของการเลื่อนลอยเทียบกับการคัดเลือก

ระดับที่ความหลากหลายทางพันธุกรรมที่สังเกตได้สะท้อนถึงการเลื่อนลอยที่เป็นกลางมากกว่าการคัดเลือกนั้นเป็นที่ถกเถียงกันมาตั้งแต่การถกเถียงระหว่างนักเป็นกลางกับนักคัดเลือกในช่วงทศวรรษ 1960-1970 และปัจจุบันได้รับการแก้ไขด้วยข้อมูลระดับจีโนม

Key figures

• Sewall Wright
• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta

Seminal works

• futuyma2017
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมทำให้เกิดการปรับตัวหรือไม่?

ไม่ การเลื่อนลอยจะเปลี่ยนความถี่อัลลีลแบบสุ่มและไม่ได้ปรับปรุงความเหมาะสมกับสิ่งแวดล้อมอย่างสม่ำเสมอ; มีเพียงการคัดเลือกโดยธรรมชาติเท่านั้นที่ทำให้เกิดการปรับตัวอย่างเป็นระบบ

การไหลของยีนปริมาณเท่าใดที่ป้องกันไม่ให้ประชากรแตกต่างกัน?

ตามกฎคร่าวๆ จากทฤษฎี ผู้อพยพประมาณหนึ่งคนต่อรุ่นก็เพียงพอที่จะต่อต้านความแตกต่างโดยการเลื่อนลอยได้ แม้ว่าเกณฑ์ที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับการคัดเลือกและโครงสร้างประชากร