分子进化的中性理论

中性理论认为，物种内的大多数分子变异和物种间的替换是选择中性的，并受随机遗传漂变而非正向选择的支配。

Definition

分子进化的中性理论提出，分子水平上绝大多数进化变化并非由选择引起，而是由选择中性的突变等位基因的随机漂变所致。近中性理论将其扩展到轻微有害突变，其命运取决于有效群体大小。

Scope

本主题涵盖了木村（Kimura）的中性理论和大田（Ohta）的近中性扩展理论，它们对替换率和现有变异的预测，历史上的中性论-选择论之争，以及中性模型作为分子群体遗传学中零假设的核心作用。

Core questions

• 中性理论对替换率和遗传变异有何预测？
• 为什么中性替换率与群体大小无关？
• 近中性理论如何纳入轻微有害突变？
• 为什么中性模型可作为检测选择的零假设？

Key theories

木村的中性理论

大多数分子多态性和替换是选择中性的，因此中性替换率等于中性突变率，且与群体大小无关，预测变化大致呈时钟样积累。

大田的近中性理论

一大类突变仅是轻微有害的；这些突变是表现为中性并漂变，还是被选择消除，取决于选择系数和有效群体大小的乘积，从而将分子速率与种群动态联系起来。

Mechanisms

对于严格中性的突变，最终固定的概率等于其初始频率，长期替换率等于每代中性突变率，与群体大小无关。群体内的遗传变异反映了突变引入中性等位基因和漂变消除它们之间的平衡，并按有效群体大小进行缩放。在近中性理论中，具有小选择系数的突变在小群体中是有效中性的，但在大群体中则可被选择检测到，因此替换率和选择效率随种群动态而变化。这些预测提供了定量零假设，可据此检测正向选择和平衡选择。

Clinical relevance

中性框架是识别基因组中功能受限（因此可能具有临床重要性）区域的方法基础，通过检测与中性预期的偏差来实现，并且它校准了病原体监测中使用的分子定年。

History

木村于1968年提出了中性理论，金（King）和朱克斯（Jukes）于1969年独立提出了非达尔文分子进化论。大田在20世纪70年代早期补充了近中性理论，木村1983年的著作综合了这一框架，尽管几十年来关于选择普遍性的争论不断，但该框架仍然是标准的零模型。

Debates

分子进化有多中性？

中性论-选择论之争关注分子变异和分化中性与选择的比例；基因组数据显示某些生物存在显著的适应性进化，这完善而非推翻了中性零假设。

Key figures

• Motoo Kimura
• Tomoko Ohta
• Jack King
• Thomas Jukes

Seminal works

• kimura1983
• ohta1973
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

中性理论是否意味着进化是随机的？

仅在分子水平上针对中性变化而言。该理论认为大多数分子替换是中性的，并通过漂变固定，但仍承认生物体的适应性进化是由自然选择驱动的。

为什么中性替换率与群体大小无关？

因为在较大的群体中，每一代会产生更多的中性突变，但每个突变固定的机会按比例减小；这两种效应相互抵消，使得替换率等于突变率。