Phổ tần số alen và phổ tần số vị trí

Phổ tần số alen (hoặc vị trí) là sự phân bố tần số biến thể trong một mẫu: nó đếm số lượng vị trí biến đổi có alen hiện diện trong một bản sao, hai bản sao, v.v., cho đến hết mẫu. Bởi vì lịch sử nhân khẩu học và chọn lọc tự nhiên đều để lại dấu ấn đặc trưng trên sự phân bố này, phổ tần số là một trong những bản tóm tắt cung cấp nhiều thông tin nhất về dữ liệu di truyền quần thể.

Definition

Phổ tần số vị trí là sự phân bố, trên tất cả các vị trí biến đổi trong một mẫu, của số lượng alen dẫn xuất (hoặc alen thứ yếu); tương đương với việc nó lập bảng số lượng vị trí có mỗi tần số alen có thể có trong mẫu.

Scope

Mục này bao gồm định nghĩa về phổ tần số đã gập và chưa gập, kỳ vọng của nó theo các mô hình trung tính, và việc sử dụng nó như một mục tiêu để suy luận nhân khẩu học và chọn lọc. Đây là một chủ đề về phương pháp luận và không cung cấp diễn giải lâm sàng về bất kỳ tần số biến thể cụ thể nào.

Core questions

• Phổ tần số được định nghĩa như thế nào đối với một mẫu trình tự?
• Phổ trông như thế nào trong một quần thể trung tính, có kích thước không đổi?
• Sự tăng trưởng dân số, các nút thắt cổ chai và chọn lọc làm biến dạng phổ như thế nào?
• Phổ được sử dụng như thế nào để phù hợp với các mô hình nhân khẩu học?

Key concepts

• Phổ đã gập so với phổ chưa gập
• Alen dẫn xuất và alen tổ tiên
• Sự dư thừa các biến thể hiếm
• Tajima's D
• Suy luận nhân khẩu học
• Ảnh hưởng của tăng trưởng dân số đến biến thể hiếm

Key theories

Kỳ vọng hợp nhất của phổ tần số

Theo mô hình hợp nhất trung tính tiêu chuẩn, số lượng vị trí kỳ vọng với một alen dẫn xuất hiện diện i lần tỷ lệ thuận với 1/i, tạo ra sự dư thừa đặc trưng của các biến thể hiếm; các sai lệch so với kỳ vọng này, được tóm tắt bằng các thống kê như Tajima's D, được sử dụng để phát hiện sự thay đổi nhân khẩu học hoặc chọn lọc.

Mechanisms

Mỗi vị trí phân ly đóng góp số lượng alen mẫu của nó vào phổ. Theo mô hình hợp nhất trung tính, phổ kỳ vọng được trọng số nặng về các biến thể hiếm, và các sự kiện nhân khẩu học định hình lại nó một cách có thể dự đoán được: tăng trưởng dân số gần đây làm tăng số lượng các biến thể rất hiếm, trong khi các nút thắt cổ chai làm cạn kiệt chúng. Chọn lọc cũng làm dịch chuyển phổ cục bộ. Các phương pháp suy luận phù hợp với các mô hình nhân khẩu học hoặc chọn lọc bằng cách khớp phổ quan sát được với kỳ vọng của nó, và việc giải trình tự sâu các mẫu lớn đã cho thấy sự phong phú của các biến thể mã hóa hiếm phù hợp với sự tăng trưởng dân số nhanh chóng gần đây của con người.

Clinical relevance

Phổ tần số là nền tảng cho các ngưỡng tần số alen được sử dụng khi lọc các biến thể trong bộ gen lâm sàng, bởi vì sự hiếm có của một biến thể trong các quần thể tham chiếu là một phần của cách đánh giá ý nghĩa tiềm năng của nó. Mục này giải thích sự phân bố tần số ở cấp độ quần thể và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Kỳ vọng trung tính của phổ bắt nguồn từ lý thuyết hợp nhất và thống kê kiểm định của Tajima, trong khi các nghiên cứu thực nghiệm về exome người và các khung suy luận nhân khẩu học cho thấy cách phổ quan sát được sử dụng để tái tạo lịch sử quần thể và để mô tả gánh nặng biến thể hiếm.

History

Phổ tần số xuất hiện từ lý thuyết khuếch tán và hợp nhất như một bản tóm tắt nhỏ gọn của dữ liệu đa hình. Với việc giải trình tự toàn bộ bộ gen và exome, nó trở thành một mục tiêu suy luận thực tế, và các phân tích các mẫu người lớn vào đầu những năm 2010 đã sử dụng phổ để chứng minh sự tăng trưởng bùng nổ gần đây và sự dư thừa các biến thể hiếm do đó.

Key figures

• Fumio Tajima
• Simon Gravel
• Laurent Excoffier
• Carlos Bustamante

Seminal works

• tajima-1989
• gravel-2011
• tennessen-2012

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa phổ đã gập và phổ chưa gập là gì?

Phổ chưa gập phân biệt alen dẫn xuất với alen tổ tiên, điều này đòi hỏi phải biết alen nào là tổ tiên; phổ đã gập, được sử dụng khi trạng thái tổ tiên không xác định, thay vào đó tính tổng số lượng alen thứ yếu.

Tại sao phổ tần số lại cho thấy nhiều biến thể hiếm như vậy?

Ngay cả theo một mô hình trung tính đơn giản, các biến thể hiếm cũng được kỳ vọng chiếm ưu thế, và sự tăng trưởng dân số gần đây của con người đã khuếch đại điều này hơn nữa, tạo ra một sự dư thừa lớn các biến thể rất hiếm trong các mẫu lớn.