พันธุศาสตร์ประชากรระดับโมเลกุล
พันธุศาสตร์ประชากรระดับโมเลกุลวิเคราะห์ความหลากหลายของลำดับดีเอ็นเอทั้งภายในและระหว่างประชากร เพื่ออนุมานประวัติทางประชากรศาสตร์และแรงคัดเลือกที่หล่อหลอมจีโนม
Definition
พันธุศาสตร์ประชากรระดับโมเลกุลคือการศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรมในระดับลำดับดีเอ็นเอภายในประชากร โดยเป็นการรวมทฤษฎีพันธุศาสตร์ประชากรเข้ากับข้อมูลลำดับเพื่อประมาณค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความหลากหลายของนิวคลีโอไทด์ การรวมตัวใหม่ และการคัดเลือก และเพื่อสร้างประวัติทางประชากรศาสตร์ขึ้นใหม่
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการอธิบายความหลากหลายระดับโมเลกุลผ่านสถิติความหลากหลายและสเปกตรัมความถี่ของตำแหน่ง การใช้ทฤษฎีโคอะเลสเซนต์เพื่อสร้างแบบจำลองลำดับวงศ์ตระกูล การทดสอบที่แยกความแตกต่างระหว่างการคัดเลือกกับการเปลี่ยนแปลงทางประชากรศาสตร์ที่เป็นกลาง และการอนุมานการเปลี่ยนแปลงขนาดประชากร การอพยพ และการผสมผสานจากข้อมูลจีโนม
Core questions
- ความหลากหลายของลำดับภายในประชากรถูกสรุปและวัดปริมาณได้อย่างไร?
- ทฤษฎีโคอะเลสเซนต์สร้างแบบจำลองลำดับวงศ์ตระกูลของลำดับที่สุ่มตัวอย่างได้อย่างไร?
- การทดสอบทางสถิติใดที่แยกความแตกต่างระหว่างการคัดเลือกโดยธรรมชาติกับกระบวนการทางประชากรศาสตร์ที่เป็นกลาง?
- สเปกตรัมความถี่ของตำแหน่งสามารถเปิดเผยอะไรเกี่ยวกับประวัติประชากรและการคัดเลือกได้บ้าง?
Key theories
- ทฤษฎีความเป็นกลางและเกือบเป็นกลาง
- ความหลากหลายและการแยกตัวระดับโมเลกุลส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการกลายพันธุ์และการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มที่กระทำต่อรูปแบบที่เป็นกลางหรือเป็นอันตรายเล็กน้อย ซึ่งให้ความคาดหวังที่เป็นศูนย์ซึ่งใช้ในการตรวจจับการคัดเลือก
- ทฤษฎีโคอะเลสเซนต์
- ลำดับวงศ์ตระกูลของอัลลีลที่สุ่มตัวอย่าง ซึ่งย้อนรอยกลับไปในอดีตถึงบรรพบุรุษร่วมกัน เป็นกรอบการทำงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับการทำนายรูปแบบความหลากหลายและการอนุมานทางสถิติจากข้อมูลลำดับ
Mechanisms
ความหลากหลายจะถูกสรุปด้วยสถิติต่างๆ เช่น จำนวนตำแหน่งที่มีการแยกตัว ความหลากหลายของนิวคลีโอไทด์ และสเปกตรัมความถี่ของตำแหน่ง ซึ่งบันทึกว่ารูปแบบที่ได้มานั้นพบได้บ่อยเพียงใด แบบจำลองโคอะเลสเซนต์จะสร้างแบบจำลองรูปแบบเหล่านี้โดยการติดตามสายเลือดย้อนกลับไปยังบรรพบุรุษร่วมล่าสุด โดยมีความคาดหวังขึ้นอยู่กับขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพ การกลายพันธุ์ การรวมตัวใหม่ และประชากรศาสตร์ การทดสอบความเป็นกลางจะเปรียบเทียบความหลากหลายและความแตกต่างที่สังเกตได้กับความคาดหวังที่เป็นกลางเพื่อตรวจจับการคัดเลือก เหตุการณ์ทางประชากรศาสตร์ เช่น การขยายตัว คอขวด และการผสมผสาน จะทิ้งร่องรอยที่โดดเด่นไว้ในสเปกตรัมความถี่และในภาวะไม่สมดุลของการเชื่อมโยง ซึ่งสามารถอนุมานได้จากข้อมูลทั่วทั้งจีโนม
Clinical relevance
วิธีการเหล่านี้ช่วยสร้างประวัติประชากรมนุษย์และการอพยพขึ้นใหม่ ตรวจจับร่องรอยของการปรับตัวล่าสุดในจีโนมมนุษย์ และติดตามวิวัฒนาการและการแพร่กระจายของเชื้อโรค ซึ่งเป็นข้อมูลสำหรับการเฝ้าระวังสาธารณสุขและการตีความรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับโรค
History
สาขาวิชานี้เริ่มต้นด้วยอิเล็กโทรโฟรีซิสของอัลโลไซม์ในช่วงทศวรรษ 1960 ซึ่งเผยให้เห็นความหลากหลายที่สูงเกินคาดและจุดประกายการถกเถียงระหว่างแนวคิดความเป็นกลางและการคัดเลือก การจัดลำดับดีเอ็นเอ ทฤษฎีโคอะเลสเซนต์ในทศวรรษ 1980 และการจัดลำดับระดับจีโนมได้เปลี่ยนสาขาวิชานี้ให้กลายเป็นจีโนมิกส์ประชากร ทำให้สามารถอนุมานการคัดเลือกและประชากรศาสตร์ได้อย่างละเอียด
Debates
- การตรวจจับการคัดเลือกจากพื้นหลังทางประชากรศาสตร์
- เนื่องจากเหตุการณ์ทางประชากรศาสตร์และการคัดเลือกสามารถสร้างรูปแบบความหลากหลายที่คล้ายคลึงกันได้ การแยกความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้จากข้อมูลจีโนมได้อย่างน่าเชื่อถือจึงเป็นความท้าทายทางระเบียบวิธีที่ยังคงมีอยู่
Key figures
- Motoo Kimura
- Tomoko Ohta
- John Maynard Smith
- Richard Lewontin
Related topics
Seminal works
- saetreRavinet2019
- hartlClark2007
- ohta1973
Frequently asked questions
- โคอะเลสเซนต์คืออะไร?
- โคอะเลสเซนต์คือแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ติดตามบรรพบุรุษของตัวอย่างอัลลีลย้อนกลับไปในอดีตจนกระทั่งพวกมันรวมกันเป็นบรรพบุรุษร่วมกัน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการอนุมานทางพันธุศาสตร์ประชากรสมัยใหม่ส่วนใหญ่
- เราสามารถแยกความแตกต่างระหว่างการคัดเลือกกับประวัติประชากรในข้อมูลดีเอ็นเอได้หรือไม่?
- บ่อยครั้ง แต่ไม่ง่ายเสมอไป การคัดเลือกและการเปลี่ยนแปลงทางประชากรศาสตร์สามารถทิ้งร่องรอยที่ทับซ้อนกันได้ ดังนั้นนักวิจัยจึงใช้การทดสอบหลายอย่างและการเปรียบเทียบทั่วทั้งจีโนมเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างสิ่งเหล่านี้