Trôi dạt di truyền và Dòng gen

Trôi dạt di truyền là sự thay đổi ngẫu nhiên về tần số alen do kích thước quần thể hữu hạn, trong khi dòng gen là sự di chuyển của alen giữa các quần thể thông qua di cư; cùng với nhau, chúng là những lực phi chọn lọc chính định hình cấu trúc di truyền.

Definition

Trôi dạt di truyền là sự biến động ngẫu nhiên của tần số alen giữa các thế hệ phát sinh từ việc lấy mẫu ngẫu nhiên giao tử trong một quần thể hữu hạn. Dòng gen là sự chuyển giao alen từ quần thể này sang quần thể khác thông qua sự di chuyển của các cá thể hoặc giao tử.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự thay đổi ngẫu nhiên về tần số alen trong các quần thể hữu hạn, vai trò của kích thước quần thể hiệu quả, hiệu ứng người sáng lập và thắt cổ chai, tác động đồng nhất hóa của sự di cư giữa các quần thể, và cách trôi dạt và dòng gen đối kháng với chọn lọc và sự thích nghi cục bộ.

Core questions

• Kích thước quần thể hiệu quả xác định cường độ của trôi dạt di truyền như thế nào?
• Hậu quả của các sự kiện người sáng lập và thắt cổ chai đối với sự biến đổi di truyền là gì?
• Dòng gen đồng nhất hóa các quần thể và hạn chế sự thích nghi cục bộ như thế nào?
• Khi nào trôi dạt có thể áp đảo chọn lọc trên các alen được chọn lọc yếu?

Key theories

Trôi dạt di truyền ngẫu nhiên

Trong các quần thể hữu hạn, tần số alen trôi dạt ngẫu nhiên vì mỗi thế hệ lấy mẫu một số lượng giao tử hạn chế; phương sai của sự thay đổi tần số tỷ lệ nghịch với kích thước quần thể hiệu quả, cuối cùng cố định hoặc làm mất các alen.

Lý thuyết gần trung tính

Việc một alen hơi có hại hoạt động như trung tính hiệu quả và trôi dạt, hay bị loại bỏ bởi chọn lọc, phụ thuộc vào tích của hệ số chọn lọc của nó và kích thước quần thể hiệu quả.

Mechanisms

Trôi dạt phát sinh từ việc lấy mẫu nhị thức các alen vào thế hệ tiếp theo; phương sai trên mỗi thế hệ của nó tỷ lệ với p(1-p)/2N đối với kích thước quần thể hiệu quả N, do đó các quần thể nhỏ trôi dạt nhanh hơn. Theo thời gian, trôi dạt cố định hoặc làm mất các alen, giảm tính dị hợp tử và làm xói mòn sự biến đổi. Hiệu ứng người sáng lập và thắt cổ chai là các giai đoạn N giảm đáng kể, lấy mẫu ngẫu nhiên sự biến đổi. Dòng gen chống lại trôi dạt và chọn lọc bằng cách đưa vào các alen di cư; ngay cả một số lượng nhỏ cá thể di cư trên mỗi thế hệ cũng có thể ngăn các quần thể phân kỳ chỉ do trôi dạt.

Clinical relevance

Trong sinh học bảo tồn, các quần thể nhỏ và bị phân mảnh mất đi sự biến đổi di truyền do trôi dạt và chịu suy thoái do giao phối cận huyết; quản lý dòng gen thông qua các hành lang hoặc tái định cư là một công cụ bảo tồn cốt lõi. Hiệu ứng người sáng lập cũng giải thích tần số cao của một số rối loạn di truyền nhất định trong các quần thể người bị cô lập.

History

Sewall Wright đã giới thiệu khái niệm trôi dạt ngẫu nhiên và kích thước quần thể hiệu quả vào những năm 1930, xây dựng lý thuyết cân bằng dịch chuyển của ông xoay quanh sự tương tác của trôi dạt, chọn lọc và di cư. Kimura và Ohta sau đó đã đặt trôi dạt vào trung tâm của sự tiến hóa phân tử thông qua các lý thuyết trung tính và gần trung tính.

Debates

Tầm quan trọng tương đối của trôi dạt so với chọn lọc

Mức độ mà sự biến đổi di truyền quan sát được phản ánh sự trôi dạt trung tính hơn là chọn lọc đã bị tranh cãi kể từ các cuộc tranh luận trung tính-chọn lọc vào những năm 1960-1970 và hiện đang được giải quyết bằng dữ liệu quy mô bộ gen.

Key figures

• Sewall Wright
• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta

Seminal works

• futuyma2017
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

Trôi dạt di truyền có tạo ra sự thích nghi không?

Không. Trôi dạt thay đổi tần số alen một cách ngẫu nhiên và không cải thiện nhất quán sự phù hợp với môi trường; chỉ có chọn lọc tự nhiên mới tạo ra sự thích nghi một cách có hệ thống.

Bao nhiêu dòng gen ngăn các quần thể phân kỳ?

Theo một quy tắc chung từ lý thuyết, khoảng một cá thể di cư trên mỗi thế hệ là đủ để chống lại sự phân kỳ do trôi dạt, mặc dù ngưỡng chính xác phụ thuộc vào chọn lọc và cấu trúc quần thể.