Di truyền học quần thể phân tử

Di truyền học quần thể phân tử phân tích sự biến đổi trình tự DNA trong và giữa các quần thể để suy ra lịch sử nhân khẩu học và các lực chọn lọc đã định hình bộ gen.

Definition

Di truyền học quần thể phân tử là nghiên cứu về sự biến đổi di truyền ở cấp độ trình tự DNA trong các quần thể. Nó kết hợp lý thuyết di truyền quần thể với dữ liệu trình tự để ước tính các tham số như đa dạng nucleotide, tái tổ hợp và chọn lọc, cũng như để tái tạo lịch sử nhân khẩu học.

Scope

Chủ đề này bao gồm mô tả sự biến đổi phân tử thông qua các thống kê đa dạng và phổ tần số vị trí, việc sử dụng lý thuyết hợp nhất để mô hình hóa phả hệ, các thử nghiệm phân biệt chọn lọc với nhân khẩu học trung tính, và suy luận về sự thay đổi kích thước quần thể, di cư và pha trộn từ dữ liệu bộ gen.

Core questions

• Sự biến đổi trình tự trong một quần thể được tóm tắt và định lượng như thế nào?
• Lý thuyết hợp nhất mô hình hóa phả hệ của các trình tự được lấy mẫu như thế nào?
• Những thử nghiệm thống kê nào phân biệt chọn lọc tự nhiên với các quá trình nhân khẩu học trung tính?
• Phổ tần số vị trí có thể tiết lộ điều gì về lịch sử quần thể và chọn lọc?

Key theories

Lý thuyết trung tính và gần trung tính

Phần lớn sự biến đổi và phân kỳ phân tử được điều chỉnh bởi đột biến và trôi dạt tác động lên các biến thể trung tính hoặc hơi có hại, cung cấp kỳ vọng không để phát hiện chọn lọc.

Lý thuyết hợp nhất

Phả hệ của các alen được lấy mẫu, được truy ngược thời gian về tổ tiên chung, cung cấp một khuôn khổ mạnh mẽ để dự đoán các mô hình biến đổi và cho suy luận thống kê từ dữ liệu trình tự.

Mechanisms

Sự biến đổi được tóm tắt bằng các thống kê như số lượng vị trí phân ly, đa dạng nucleotide và phổ tần số vị trí, ghi lại mức độ phổ biến của các biến thể có nguồn gốc. Lý thuyết hợp nhất mô hình hóa các mô hình này bằng cách theo dõi các dòng dõi ngược về tổ tiên chung gần nhất của chúng, với các kỳ vọng phụ thuộc vào kích thước quần thể hiệu quả, đột biến, tái tổ hợp và nhân khẩu học. Các thử nghiệm tính trung tính so sánh sự đa dạng và phân kỳ quan sát được với các kỳ vọng trung tính để phát hiện chọn lọc. Các sự kiện nhân khẩu học như mở rộng, thắt cổ chai và pha trộn để lại những dấu hiệu đặc trưng trong phổ tần số và trong mất cân bằng liên kết có thể được suy ra từ dữ liệu toàn bộ gen.

Clinical relevance

Các phương pháp này tái tạo lịch sử quần thể người và sự di cư, phát hiện các dấu hiệu thích nghi gần đây trong bộ gen người, và theo dõi sự tiến hóa và lây lan của mầm bệnh, cung cấp thông tin cho giám sát sức khỏe cộng đồng và giải thích các biến thể liên quan đến bệnh.

History

Lĩnh vực này bắt đầu với điện di allozyme vào những năm 1960, cho thấy sự biến đổi cao bất ngờ và châm ngòi cho cuộc tranh luận trung tính-chọn lọc. Giải trình tự DNA, lý thuyết hợp nhất vào những năm 1980, và giải trình tự quy mô bộ gen đã biến nó thành di truyền học quần thể bộ gen, cho phép suy luận chi tiết về chọn lọc và nhân khẩu học.

Debates

Phát hiện chọn lọc dựa trên nền tảng nhân khẩu học

Bởi vì các sự kiện nhân khẩu học và chọn lọc có thể tạo ra các mô hình biến đổi tương tự, việc phân biệt đáng tin cậy hai điều này từ dữ liệu bộ gen là một thách thức phương pháp luận dai dẳng.

Key figures

• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta
• John Maynard Smith
• Richard Lewontin

Seminal works

• saetreRavinet2019
• hartlClark2007
• ohta1973

Frequently asked questions

Hợp nhất là gì?

Hợp nhất là một mô hình toán học theo dõi tổ tiên của một mẫu alen ngược thời gian cho đến khi chúng hợp nhất thành tổ tiên chung, cung cấp cơ sở cho phần lớn suy luận di truyền quần thể hiện đại.

Chúng ta có thể phân biệt chọn lọc với lịch sử quần thể trong dữ liệu DNA không?

Thường thì có, nhưng không phải lúc nào cũng dễ dàng; chọn lọc và thay đổi nhân khẩu học có thể để lại những dấu hiệu chồng chéo, vì vậy các nhà nghiên cứu sử dụng nhiều thử nghiệm và so sánh toàn bộ gen để phân tách chúng.