Phân tầng quần thể và Đa dạng di truyền ở người

Đa dạng di truyền ở người có cấu trúc: tần số alen biến đổi theo một cách có quy luật trên các vùng địa lý và nguồn gốc tổ tiên, do đó các quần thể được phân biệt chứ không phải là một nhóm duy nhất không phân chia. Phân tầng quần thể đề cập đến cấu trúc này và sự sai lệch mà nó có thể gây ra trong các nghiên cứu di truyền khi các trường hợp bệnh và nhóm đối chứng khác biệt một cách có hệ thống về nguồn gốc tổ tiên.

Definition

Phân tầng quần thể là sự hiện diện của những khác biệt có hệ thống về tần số alen giữa các quần thể phụ trong một mẫu, phát sinh từ nguồn gốc tổ tiên riêng biệt; đa dạng di truyền ở đây đề cập đến cách biến thể đó được phân chia trong và giữa các quần thể người.

Scope

Mục này bao gồm các thước đo sự khác biệt di truyền giữa các quần thể, mô hình rộng lớn về đa dạng di truyền toàn cầu của con người, và phân tầng như một yếu tố gây nhiễu trong các nghiên cứu liên kết cùng với các phương pháp được sử dụng để phát hiện và điều chỉnh nó. Đây là một chủ đề mang tính phương pháp luận và mô tả, tránh mọi diễn giải lâm sàng hoặc xã hội về các loại quần thể.

Core questions

• Sự khác biệt di truyền giữa các quần thể được định lượng như thế nào?
• Biến thể di truyền ở người được phân chia trong và giữa các quần thể như thế nào?
• Phân tầng quần thể làm sai lệch các nghiên cứu liên kết di truyền như thế nào?
• Phân tầng được phát hiện và điều chỉnh thống kê như thế nào?

Key concepts

• Thống kê F và FST
• Đa dạng trong quần thể so với giữa các quần thể
• Cách ly theo khoảng cách
• Các thành phần chính của nguồn gốc tổ tiên
• Yếu tố gây nhiễu trong các nghiên cứu liên kết
• Các bảng quần thể tham chiếu

Key theories

Thống kê F và sự phân chia đa dạng

Thống kê F phân cấp của Wright, được Nei và Weir và Cockerham chính thức hóa để ước tính, phân chia phương sai di truyền thành các thành phần trong và giữa các quần thể; FST tóm tắt tỷ lệ tổng đa dạng có thể quy cho sự khác biệt giữa các quần thể và là thước đo tiêu chuẩn về sự khác biệt.

Mechanisms

Sự khác biệt tích lũy khi sự trôi dạt di truyền, di cư hạn chế và chọn lọc cục bộ làm cho tần số alen phân kỳ giữa các quần thể; tỷ lệ tổng đa dạng có thể quy cho sự khác biệt giữa các quần thể được thể hiện bằng FST. Ở người, hầu hết biến thể di truyền nằm trong các quần thể, với một thành phần nhỏ hơn nhưng có cấu trúc giữa chúng theo địa lý. Trong các nghiên cứu liên kết, nếu nguồn gốc tổ tiên khác nhau giữa các trường hợp bệnh và nhóm đối chứng và cũng tương quan với tần số alen, các liên kết giả sẽ phát sinh; các phương pháp tóm tắt nguồn gốc tổ tiên — đáng chú ý là phân tích thành phần chính của kiểu gen toàn bộ bộ gen — được sử dụng để phát hiện và điều chỉnh sự phân tầng này.

Clinical relevance

Việc tính đến cấu trúc quần thể là rất cần thiết cho tính hợp lệ của các nghiên cứu liên kết di truyền cung cấp kiến thức y học, bởi vì sự phân tầng không được điều chỉnh có thể tạo ra các liên kết sai. Nhận thức về sự đa dạng cũng liên quan đến khả năng chuyển giao các phát hiện bộ gen giữa các quần thể. Mục này mô tả cấu trúc quần thể như một yếu tố phương pháp luận và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Việc ước tính sự khác biệt dựa trên phân tích đa dạng gen của Nei và thống kê F của Weir-Cockerham, trong khi các khảo sát toàn bộ bộ gen về biến thể di truyền toàn cầu của con người và các bảng tham chiếu lớn mô tả cấu trúc thực nghiệm của đa dạng di truyền ở người. Hiệu chỉnh thành phần chính là một phương pháp tiêu chuẩn để xử lý phân tầng trong các nghiên cứu liên kết.

History

Wright đã giới thiệu thống kê F để mô tả các quần thể có cấu trúc, và Nei, sau đó là Weir và Cockerham đã cung cấp các ước tính thực tế. Các cuộc tranh luận về cách biến thể di truyền ở người được phân bổ có từ công trình của Lewontin vào những năm 1970; việc định kiểu gen toàn bộ bộ gen sau đó đã lập bản đồ chi tiết các mối quan hệ di truyền toàn cầu của con người, và các phương pháp thành phần chính trở thành tiêu chuẩn để kiểm soát phân tầng khi các bộ dữ liệu kiểu gen lớn xuất hiện.

Key figures

• Sewall Wright
• Masatoshi Nei
• Bruce Weir
• David Reich
• Alkes Price

Seminal works

• nei-1973
• weir-cockerham-1984
• price-2006

Frequently asked questions

FST thực sự đo lường điều gì?

FST là tỷ lệ tổng đa dạng di truyền do sự khác biệt tần số alen giữa các quần thể chứ không phải là biến thể trong chúng; các giá trị gần bằng 0 cho thấy ít sự khác biệt, và các giá trị lớn hơn cho thấy nhiều hơn.

Tại sao phân tầng quần thể là một vấn đề trong các nghiên cứu liên kết?

Nếu tỷ lệ các nguồn gốc tổ tiên khác nhau giữa các trường hợp bệnh và nhóm đối chứng, bất kỳ biến thể nào có tần số cũng thay đổi theo nguồn gốc tổ tiên đều có thể xuất hiện liên quan đến đặc điểm ngay cả khi nó không có vai trò nhân quả, vì vậy phải phát hiện và điều chỉnh phân tầng.