การเชื่อมโยงและการรวมกลุ่มใหม่ในการวิวัฒนาการ
การเชื่อมโยงผูกชะตาของอัลลีลที่อยู่ใกล้กันเข้าไว้ด้วยกัน ในขณะที่การรวมกลุ่มใหม่ทำลายความสัมพันธ์เหล่านั้น ความสมดุลของทั้งสองกำหนดว่าส่วนต่างๆ ของจีโนมมีการวิวัฒนาการอย่างเป็นอิสระเพียงใด
Definition
การเชื่อมโยงคือแนวโน้มของอัลลีลที่ตำแหน่งใกล้เคียงกันที่จะถูกถ่ายทอดทางพันธุกรรมร่วมกัน ซึ่งวัดได้จากภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงเมื่อความสัมพันธ์ของพวกมันไม่เป็นแบบสุ่ม การรวมกลุ่มใหม่คือการจัดเรียงอัลลีลใหม่ระหว่างโครโมโซมที่เป็นคู่เหมือนกันในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ซึ่งทำลายภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงและสร้างการรวมกันของอัลลีลแบบใหม่
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงและการสลายตัวผ่านการรวมกลุ่มใหม่ ผลกระทบทางวิวัฒนาการของการคัดเลือกที่เชื่อมโยงกัน เช่น การติดไปกับยีน (genetic hitchhiking) และการคัดเลือกเบื้องหลัง (background selection) วิวัฒนาการของอัตราการรวมกลุ่มใหม่และเพศ และวิธีที่การรวมกลุ่มใหม่กำหนดรูปแบบความหลากหลายทั่วทั้งจีโนม
Core questions
- ภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงเกิดขึ้นได้อย่างไร และการรวมกลุ่มใหม่ทำให้มันเสื่อมสลายไปได้อย่างไร?
- การคัดเลือกที่ตำแหน่งหนึ่งส่งผลต่อความหลากหลายที่ตำแหน่งที่เป็นกลางที่เชื่อมโยงกันอย่างไร?
- เหตุใดการรวมกลุ่มใหม่และการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศที่ทำให้เกิดสิ่งนี้จึงมีประโยชน์ทางวิวัฒนาการ?
- ความหลากหลายของอัตราการรวมกลุ่มใหม่กำหนดความหลากหลายทั่วทั้งจีโนมได้อย่างไร?
Key theories
- การติดไปกับยีนและการกวาดล้างทางพันธุกรรม
- เมื่อการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์เพิ่มขึ้นจนคงที่ ตัวแปรที่เป็นกลางที่เชื่อมโยงกันจะติดไปกับมัน ทำให้ความหลากหลายในบริเวณโดยรอบลดลงและทิ้งร่องรอยของการคัดเลือกที่ตรวจจับได้
- ข้อได้เปรียบทางวิวัฒนาการของการรวมกลุ่มใหม่
- การรวมกลุ่มใหม่ทำลายการเชื่อมโยงระหว่างตำแหน่งต่างๆ ทำให้การคัดเลือกสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในแต่ละตำแหน่ง และรวมการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์จากสายเลือดที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยอธิบายการคงอยู่ของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ
Mechanisms
ภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงเกิดขึ้นจากการเลื่อนลอยทางพันธุกรรม (drift) การคัดเลือก (selection) การผสมข้ามพันธุ์ (admixture) และความใกล้ชิดทางกายภาพ และจะสลายตัวในแต่ละรุ่นด้วยอัตราที่กำหนดโดยสัดส่วนของการรวมกลุ่มใหม่ เนื่องจากการคัดเลือกที่ตำแหน่งหนึ่งยังส่งผลต่อตำแหน่งที่เชื่อมโยงกัน การกวาดล้างทางพันธุกรรม (selective sweep) จะลดความหลากหลายที่เป็นกลางในบริเวณใกล้เคียง (การติดไปกับยีน) ในขณะที่การคัดเลือกแบบบริสุทธิ์ (purifying selection) ต่อการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายจะกำจัดความหลากหลายที่เชื่อมโยงกันผ่านการคัดเลือกเบื้องหลัง ดังนั้น อัตราการรวมกลุ่มใหม่จึงปรับเปลี่ยนร่องรอยของการคัดเลือกที่เชื่อมโยงกันตลอดจีโนม วิวัฒนาการของการรวมกลุ่มใหม่และเพศอธิบายได้จากความสามารถในการลดการรบกวนระหว่างตำแหน่งต่างๆ และเพื่อรวบรวมการรวมกันของอัลลีลที่เป็นประโยชน์
Clinical relevance
ภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงเป็นพื้นฐานของการทำแผนที่ความสัมพันธ์ทั่วทั้งจีโนม ซึ่งช่วยให้สามารถระบุตำแหน่งของยีนที่ก่อให้เกิดโรคผ่านตัวแปรเครื่องหมายที่สัมพันธ์กัน และรูปแบบของการคัดเลือกที่เชื่อมโยงกันให้ข้อมูลในการตีความร่องรอยทางจีโนมของการปรับตัวในมนุษย์และเชื้อโรค
History
ผลกระทบของการเชื่อมโยงต่อการคัดเลือกได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการโดย Hill-Robertson effect ในปี 1966 และแบบจำลองการติดไปกับยีนของ Maynard Smith และ Haigh ในปี 1974 การจัดลำดับจีโนมในภายหลังยืนยันว่าอัตราการรวมกลุ่มใหม่สามารถทำนายความหลากหลายได้อย่างมาก ซึ่งเป็นการยืนยันบทบาทที่แพร่หลายของการคัดเลือกที่เชื่อมโยงกัน
Debates
- เหตุใดการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศจึงแพร่หลายมาก?
- ข้อได้เปรียบที่แม่นยำที่ทำให้การรวมกลุ่มใหม่แบบอาศัยเพศที่มีค่าใช้จ่ายสูงยังคงอยู่เหนือการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศยังคงเป็นที่ถกเถียงกัน โดยมีสมมติฐานที่เน้นการกำจัดยีนกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายและการรวมยีนกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์
Key figures
- John Maynard Smith
- William Hill
- Alan Robertson
Related topics
Seminal works
- maynardSmithHaigh1974
- hartlClark2007
- saetreRavinet2019
Frequently asked questions
- ภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงคืออะไร?
- ภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยงคือความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นแบบสุ่มของอัลลีลที่ตำแหน่งต่างๆ ซึ่งหมายความว่าการรวมกันบางอย่างเกิดขึ้นบ่อยกว่าหรือน้อยกว่าที่คาดไว้หากตำแหน่งเหล่านั้นถูกถ่ายทอดทางพันธุกรรมอย่างเป็นอิสระ
- เหตุใดการรวมกลุ่มใหม่จึงมีความสำคัญต่อวิวัฒนาการ?
- การรวมกลุ่มใหม่ทำลายความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งต่างๆ ทำให้การคัดเลือกสามารถทำงานได้อย่างเป็นอิสระมากขึ้นในแต่ละตำแหน่ง และรวมการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์ที่เกิดขึ้นในแต่ละบุคคล ซึ่งช่วยเร่งการปรับตัวและช่วยอธิบายความแพร่หลายของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ