Informatie

Hoe verandert een neutraal allel ten opzichte van een nabijgelegen allel onder selectie?


Stel dat ik kijk naar een gen dat wordt geselecteerd tegen (A) dat afneemt met een snelheid ($Delta$P). Als er een nabijgelegen allel is dat neutraal is (B), neem ik dan correct aan dat B zal afnemen met A met een snelheid van $Delta$P*cm?

Dus als A en B bijvoorbeeld 0,5 cM van elkaar verwijderd zijn en A daalt van 0,8 naar 0,4, zal B dan afnemen van 0,8 naar 0,6 omdat er slechts een crossover-percentage van 50% is tussen de twee?


Neutrale theorie van moleculaire evolutie

De neutrale theorie van moleculaire evolutie stelt dat de meeste evolutionaire veranderingen plaatsvinden op moleculair niveau, en dat de meeste variatie binnen en tussen soorten het gevolg zijn van willekeurige genetische drift van mutante allelen die selectief neutraal zijn. De theorie is alleen van toepassing op evolutie op moleculair niveau en is compatibel met fenotypische evolutie die wordt gevormd door natuurlijke selectie, zoals gepostuleerd door Charles Darwin. De neutrale theorie houdt rekening met de mogelijkheid dat de meeste mutaties schadelijk zijn, maar stelt dat, omdat deze snel worden verwijderd door natuurlijke selectie, ze geen significante bijdrage leveren aan variatie binnen en tussen soorten op moleculair niveau. Een neutrale mutatie is een mutatie die geen invloed heeft op het vermogen van een organisme om te overleven en zich voort te planten. De neutrale theorie gaat ervan uit dat de meeste mutaties die niet schadelijk zijn, eerder neutraal dan gunstig zijn. Omdat in elke generatie van een soort slechts een fractie van de gameten wordt bemonsterd, suggereert de neutrale theorie dat een gemuteerd allel kan ontstaan ​​binnen een populatie en fixatie kan bereiken door toeval, in plaats van door selectief voordeel. [1]

De theorie werd geïntroduceerd door de Japanse bioloog Motoo Kimura in 1968, en onafhankelijk door twee Amerikaanse biologen Jack Lester King en Thomas Hughes Jukes in 1969, en in detail beschreven door Kimura in zijn monografie uit 1983. De neutrale theorie van moleculaire evolutie. Het voorstel van de neutrale theorie werd gevolgd door een uitgebreide "neutralistisch-selectionistische" controverse over de interpretatie van patronen van moleculaire divergentie en genpolymorfisme, met een piek in de jaren 1970 en 1980.


In zijn oorspronkelijke formulering door Motoo Kimura hield de neutrale theorie zich uitsluitend bezig met het niveau van variabiliteit dat wordt gehandhaafd door willekeurige genetische drift van selectief neutrale mutaties, en de snelheid van moleculaire evolutie die wordt veroorzaakt door de fixatie van dergelijke mutaties. De oorspronkelijke theorie beschouwde gebeurtenissen op een enkele genetische locus los van de rest van het genoom. Het duurde echter niet lang voordat theoretici zich afvroegen of selectie op een of meer loci de neutrale variabiliteit op gekoppelde sites zou kunnen beïnvloeden. Toen de variabiliteit van de DNA-sequentie kon worden bestudeerd, en vooral toen resequencing van hele genomen mogelijk werd, werd het duidelijk dat patronen van neutrale variabiliteit in genomen worden beïnvloed door selectie op gekoppelde locaties, en dat deze patronen ons begrip van natuurlijke selectie zouden kunnen vergroten, en worden gebruikt om de actie van selectie in genomische regio's te detecteren, inclusief selectie die veel zwakker is dan zou kunnen worden gedetecteerd door directe metingen van de relatieve geschiktheid van verschillende genotypen. We schetsen de verschillende soorten processen die zijn bestudeerd, bij benadering in volgorde van hun historische ontwikkeling.

Het eerste te bestuderen proces waarbij selectie op plaatsen in genomen neutrale varianten beïnvloedt, was: associatieve overdominantie (AOD), voor het eerst geanalyseerd in een paper in hetzelfde jaar als Kimura's formulering van de neutrale theorie (Sved 1968), en later ontwikkeld door Ohta en Kimura (1970). In een willekeurig parende populatie veroorzaakt genetische drift een koppelingsonevenwicht (LD) tussen een neutrale locus en een of meer loci die worden geselecteerd, zelfs in willekeurig parende populaties. Deze vroege studies toonden aan dat, als de geselecteerde loci heterozygoot voordeel ervaren, of segregeren voor gedeeltelijk recessieve schadelijke allelen die in stand worden gehouden door mutatiedruk, homozygoten op de neutrale locus ook een lagere fitness lijken te hebben. De effecten op "schijnbare fitnesses" kunnen groot zijn als de neutrale en geselecteerde loci nauw met elkaar verbonden zijn. In een gedeeltelijk inteeltpopulatie, zoals een plantenpopulatie die zich voortplant door een mengsel van zelfbevruchting en uitkruising, ontstaat een andere vorm van AOD, omdat inteelt tussen-individuele correlaties in homozygotie tussen loci produceert. Dit identiteitsonevenwicht (ID) treedt zelfs op tussen niet-gekoppelde loci. De effecten kunnen sterk genoeg zijn om empirisch te worden gedetecteerd, en werden inderdaad waargenomen bij planten en weekdieren, en zelfs bij zoogdieren, in het pre-DNA-sequencing-tijdperk, met behulp van genotypen van allozym en microsatellietmarkers (Strauss 1986 Leberg et al. 1990 Bierne et al. 2000).

Bijna 50 jaar lang werd gedacht dat het schijnbare heterozygote voordeel gegenereerd door AOD het verlies van variabiliteit op de neutrale locatie zou vertragen, vergeleken met de snelheid voorspeld door de standaard neutrale theorie. AOD geïnduceerd door ID verandert echter niet de allelfrequenties op neutrale loci (Charlesworth 1991), en hetzelfde is recentelijk aangetoond voor LD-geïnduceerde AOD (Zhao en Charlesworth 2016) inderdaad, dit is impliciet in de vergelijkingen in de originele artikelen. Op het eerste gezicht suggereert dit dat AOD het verlies van neutrale variabiliteit niet zou moeten vertragen. Een heranalyse van LD-geïnduceerde AOD heeft echter aangetoond dat dit onjuist is (Zhao en Charlesworth 2016). Heterozygoot voordeel vertraagt ​​verlies van variabiliteit onder vrij lichte omstandigheden met gedeeltelijk recessieve schadelijke mutaties, vertraging kan optreden als het product van de selectiecoëfficiënt s tegen homozygoten en de effectieve populatiegrootte, Ne, is in de orde van 0,5 of minder. Er zijn ook situaties waarin het verlies aan variabiliteit daadwerkelijk wordt versneld (zie de bespreking van achtergrondselectie [BGS]). Onverwacht is daarom het baanbrekende theoretische werk over AOD nieuw leven ingeblazen.

Het tweede type effect van selectie op variabiliteit op gekoppelde neutrale plaatsen, liften door positief geselecteerde mutaties (selectieve sweeps), heeft meer belangstelling getrokken dan AOD. De basistheorie is ontwikkeld door John Maynard Smith en John Haigh (1974), gestimuleerd door de observatie van Lewontin (1974) dat de variabiliteitsniveaus van allozyme locus van populaties slechts zwak gerelateerd zijn aan hun grootte. Ze stelden voor dat de verspreiding van een selectief gunstig allel de variabiliteit op een gekoppelde neutrale plaats zou verminderen, als de mutatie naar het favoriete allel op een enkel haplotype was ontstaan. In het extreme geval van geen recombinatie, zal de verspreiding naar fixatie van een dergelijke mutatie alle varianten die aanwezig zijn op het betreffende haplotype "vegen" naar fixatie. Met recombinatie toonden ze aan dat de vermindering van variabiliteit op een neutrale locatie snel afneemt met R/seen, waar R is de frequentie van recombinatie met de geselecteerde locus, en seen is de selectiecoëfficiënt voor het voordelige allel. Ze suggereerden dat de algehele variabiliteit in een soort meer zou afhangen van de frequentie van selectieve sweeps dan van de snelheid van genetische drift bepaald door de effectieve populatiegrootte, waardoor de paradox van Lewontin wordt opgelost. Dit voorstel werd later uitgewerkt door Gillespie (2001) in zijn theorie van 'genetische trek', maar het basisidee blijft hetzelfde.

Ondanks empirisch bewijs voor het liften van restrictieplaatsvarianten die geassocieerd zijn met de verspreiding van de humane hemoglobine S-mutatie (Kan en Dozy 1978), werd relatief weinig aandacht besteed aan selectieve sweeps totdat Drosophila populatiegenetici, onder leiding van Chuck Langley, merkten op dat niveaus van sequentievariabiliteit (meestal gedetecteerd met behulp van restrictieplaatsvarianten) de neiging hadden ongewoon laag te zijn in genoomregio's die niet vaak recombineren, met name telomeer- en centromeerregio's (Aguadé et al. 1989). Dit stimuleerde de ontwikkeling van meer uitgebreide modellen van selectieve sweeps (Kaplan et al. 1989), vooral nadat Begun en Aquadro (1992) een significante correlatie hadden aangetoond tussen de lokale recombinatiesnelheid in Drosophilamelanogaster en het niveau van restrictieplaatsvariabiliteit in genen. Hun bevinding dat een dergelijke correlatie niet wordt gezien tussen recombinatiesnelheid en divergentie tussen D. melanogaster en zijn naaste verwant Drosophilasimulans sloten potentiële verstorende factoren uit, zoals een directe invloed van recombinatie op de mutatiesnelheid, wat er sterk op wijst dat variabiliteit op neutrale of bijna neutrale plaatsen wordt beïnvloed door selectie op gekoppelde plaatsen. Soortgelijke patronen zijn nu gedetecteerd in veel andere taxa, waaronder mensen, en in verdere Drosophila bevolkingsonderzoeken (Cutter en Payseur 2013).

De literatuur over de theorie van selectieve sweeps en de toepassing ervan op statistische hulpmiddelen voor het detecteren van sweeps van patronen van variabiliteit op vermoedelijk neutrale locaties, is nu uitgegroeid tot een groot volume, en we kunnen het in dit korte overzicht geen recht doen. We noteren eenvoudigweg de ontwikkeling van de theorie voor terugkerende selectieve sweeps door Wiehe en Stephan (1993), en de verbeterde theorie over de effecten van een enkele sweep (Barton 1998).

Er zijn verschillende methoden ontwikkeld en met succes toegepast om selectieve sweeps te detecteren op basis van hun effecten op variabiliteitspatronen, inclusief hun effecten op het vertrek van de frequentieverdeling van segregerende locaties en op LD (Nielsen et al. 2005). Bovendien is er veel belangstelling gewekt door de mogelijkheid dat er "zachte bewegingen" kunnen zijn waarbij gunstige mutaties betrokken zijn die aanvankelijk als meer dan één kopie aanwezig zijn, in plaats van enkele nieuwe mutaties (Hermisson en Pennings 2005). Evenzo is het mogelijk om introgressie van een selectief gunstig allel van een andere soort of populatie te detecteren met behulp van variabiliteitspatronen op gekoppelde loci (Bradburd et al. 2016).

Selectieve sweeps zijn niet de enige mogelijke manier van liften. Het komt ook voor wanneer schadelijke mutaties uit een populatie worden geëlimineerd, waarbij gekoppelde varianten worden meegenomen. Dit proces is algemeen bekend als BGS. Het werd mondeling beschreven door R.A. Fisher in verband met het lot van een gunstige mutatie die ontstaat op een achtergrond van schadelijke mutaties (Fisher 1930). Het eerste model van dit proces (Birky en Walsh 1988) hield geen rekening met het effect van schadelijke mutaties op neutrale variabiliteit op gekoppelde plaatsen. Een formele behandeling van dit aspect van BGS (Charlesworth et al. 1993) werd snel gevolgd door meer verfijnd theoretisch werk (Hudson en Kaplan 1995 Nordborg et al. 1996). BGS biedt een aanvullende mogelijke verklaring voor de lage neutrale variabiliteit in genoomregio's met lage lokale recombinatiesnelheden zoals hierboven vermeld. Met Nes ≫ 1, zodat de schadelijke allelen dicht bij hun evenwichtsfrequenties worden gehouden onder mutatie-selectiebalans, neutrale variabiliteit op gekoppelde plaatsen wordt verminderd tot onder de waarde in afwezigheid van selectie. Echter, zoals hierboven vermeld, gedeeltelijk recessieve mutaties in een diploïde organisme met een voldoende kleine Nes waarde kan het verlies van neutrale variabiliteit vertragen. Dezelfde basisvergelijking voor het effect van allelfrequentieverandering op een plaats onder directionele selectie op de allelfrequentie op een gekoppelde neutrale plaats ligt ten grondslag aan alle drie de tot nu toe besproken processen (Zhao en Charlesworth 2016). Ze kunnen allemaal worden beschouwd als verschillende versies van liften.

Wanneer sites die onderhevig zijn aan schadelijke mutatie nauw met elkaar verbonden zijn, wordt de effectiviteit van selectie op elke site verminderd (McVean en Charlesworth 2000), door Hill-Robertson-interferentie (Hill en Robertson 1966). Dit effect vermindert de effecten van BGS op neutrale variabiliteit in de regio, wat verklaart waarom de waargenomen variabiliteit in niet-recombinerende delen van het genoom hoger is dan wordt voorspeld door het standaard BGS-model (Kaiser en Charlesworth 2009). In deze interferentie selectie limiet, voorspellingen van de effecten van selectie op gekoppelde variabiliteit vereisen meer complexe modellen (Good et al. 2014).

Als varianten op lange termijn behouden blijven balanceren selectie binnen een enkele populatie kan de evenwichtsvariabiliteit op gekoppelde sites hoger zijn dan verwacht bij afwezigheid van selectie (Hudson 1990). Deze situatie is vergelijkbaar met een onderverdeelde populatie: de alternatieve allelen op de geselecteerde locatie komen overeen met verschillende subpopulaties en recombinatie tussen de neutrale en geselecteerde locaties werkt als migratie. Als er voldoende tijd is, zullen sites die nauw verbonden zijn met een selectiedoel sequentieverschillen accumuleren die geassocieerd zijn met de alternatieve allelen op de geselecteerde locatie. De populatie als geheel zal een piek in variabiliteit vertonen op neutrale locaties rond het geselecteerde doelwit, die afneemt met de recombinatieafstand vanaf de geselecteerde locatie. In de regio zullen neutrale varianten hogere frequenties hebben dan verwacht bij afwezigheid van de geselecteerde locatie, waardoor een dergelijke balanceringsselectie kan worden gedetecteerd (bijv. DeGiorgio et al. 2014).

Een soortgelijk patroon van verhoogde variabiliteit kan worden geproduceerd door allelen die gedurende lange tijd in stand worden gehouden door verschillen in lokale selectiedruk, omdat de selectieve eliminatie van het "verkeerde" type allel de effectieve migratiesnelheid van neutrale varianten vermindert die nauw verbonden zijn met het doelwit van selectie (Petry 1983 Charlesworth et al. 1997). In dit geval is de grootte van het getroffen gebied echter gerelateerd aan de verhouding van de recombinatiesnelheid tot de selectiecoëfficiënt ten opzichte van het lokaal niet-adaptieve allel, en zal vaak veel groter zijn dan verwacht bij balancerende selectie. Genoomscans kunnen mogelijk handtekeningen van verbeterde populatie-onderverdeling detecteren bij neutrale markers, maar het is moeilijk om onderscheid te maken tussen verminderde variabiliteit binnen lokale populaties veroorzaakt door lokale selectieve sweeps van verschillen tussen populaties in de richting van selectie (Cruickshank en Hahn 2014).


CONCLUSIE

De evolutietheorie voorspelt dat antagonistisch geselecteerde allelen vaak intermediaire populatiefrequenties bereiken (Charlesworth en Hughes 1999 Connallon en Clark 2012), en daarom waarschijnlijk een grote bijdrage leveren aan de waargenomen additieve genetische variatie in fitnessgerelateerde eigenschappen (Houle 1992 Pomiankowski en Moller 1995 Charlesworth en Hughes 1999). Deze theoretische conclusie wordt versterkt door recent, direct bewijs voor seksueel antagonistische variatie binnen een verscheidenheid aan planten- en dierenpopulaties (bijv., Chippindale et al. 2001 Fedorka en Mousseau 2004 Foerster et al. 2007 Brommer et al. 2007 Cox en Calsbeek 2010 Innocenti en Morrow 2010 Mokkonen et al. 2011 Delph et al. 2011 Lewis et al. 2011). Niet-antagonistische balanceringsselectie, inclusief overdominantie en negatieve frequentieafhankelijke selectie, kan ook allelen op tussenliggende populatiefrequenties handhaven (bijv., Wright 1969), maar van deze evolutionaire mechanismen wordt niet verwacht dat ze additieve genetische variatie voor fitness of de componenten ervan behouden (Charlesworth en Hughes 1999 Tabel S1).

De hier gepresenteerde resultaten tonen aan dat antagonistische en niet-antagonistische mechanismen voor het balanceren van selectie een verschillende invloed zullen hebben op de genomische kenmerken van de populatie van recente balancerende selectie, met zwakker handtekeningen onder antagonisme. Niet-antagonistische processen induceren gedeeltelijke selectieve sweeps die sneller verlopen en sterkere lifteffecten genereren dan gedeeltelijke sweeps van antagonistische selectie. Genoomscans voor uitgebreide, middenfrequente haplotypes – een kenmerk van kortetermijnbalanceringsselectie (Charlesworth 2006 Andrés et al. 2009) – kan daarom goed uitgerust zijn om kandidaat-loci te identificeren die evolueren door overdominante selectie (voor discussie en een lijst met empirische voorbeelden, zie Charlesworth 2006). Het is vergelijkbaar minder waarschijnlijk dat dergelijke scans kandidaat-regio's identificeren onder antagonistische balanceringsselectie. Recente theorie suggereert op dezelfde manier dat bewijs van selectie op lange termijn (wat vereist dat allelen oud, d.w.z., stabiel veel langer dan 2 . onderhoudenNe generaties Charlesworth en Charlesworth 2010) zouden ook zwak moeten zijn in scenario's van antagonistische selectie (zie Connallon en Clark 2012 Mullon et al. 2012).


Neutrale theorie en verder

Geschiedenis

Het intellectuele erfgoed van neutrale ecologie heeft twee verschillende lijnen: de theorie van MacArthur en Wilson over de biogeografie van eilanden (MacArthur en Wilson, 1967) en de neutrale theorie van moleculaire evolutie (Kimura, 1968). Conceptueel komen de verspreidings-/immigratieaspecten van neutrale ecologie voort uit de eerste, terwijl de speciatie- en driftaspecten uit de laatste komen.

Eilandbiogeografie is een baanbrekend conceptueel kader in de theoretische ecologie, dat tot doel heeft variatie in soortenrijkdom op eilanden te verklaren. Eilandbiogeografie voorspelt dat de soortenrijkdom in een stabiele toestand voortkomt uit een evenwicht tussen het stochastische uitsterven van soorten op het eiland en de immigratie van nieuwe soorten uit een reservoir van biodiversiteit op het vasteland. De theorie resulteert in een verklaring van de relatief lage waargenomen soortenrijkdom op eilanden van een bepaalde grootte in verhouding tot gelijke delen van een aaneengesloten habitat, en heeft de ontwikkeling van meer rigoureuze theorie in de conservatiebiologie en het raamwerk voor metapopulatietheorie geïnspireerd. Het vertegenwoordigt ook een afwijking van op niches gebaseerde benaderingen om gemeenschapsvergaderingen te begrijpen. De voor de hand liggende overeenkomsten tussen eilandbiogeografie en neutrale theorie zijn dat soorten neutraal worden behandeld en dat willekeurige verspreiding de dominante drijvende kracht is bij het bepalen van de lokale soortenrijkdom. De dynamiek van individuen wordt echter niet expliciet beschouwd in het biogeografische kader van het eiland, waardoor het moeilijk is om verder te gaan dan de soortenrijkdom om voorspellingen te doen voor patronen die afhankelijk zijn van de soortenrijkdom.

De neutrale theorie van moleculaire evolutie is het tweede onderdeel van het intellectuele erfgoed van de ecologisch neutrale theorie. Het is ook de oorsprong van veel van zijn wiskundige raamwerk, met soorten die worden uitgewisseld voor allelen, soortvormingsgebeurtenissen die worden uitgewisseld voor mutaties en stochastische drift in abundanties analoog aan genetische drift. De neutrale theorie van moleculaire evolutie stelt dat de meeste evolutionaire veranderingen te wijten zijn aan stochastische drift van selectief neutrale mutaties. Het neutralistisch-selectieve debat in moleculaire evolutie loopt parallel met het huidige debat onder voorstanders van niche- en neutrale benaderingen van gemeenschapsecologie.

Het ontstaan ​​van neutrale ecologie kwam met vroege pogingen om deze twee ongelijksoortige takken van biologische theorie te synthetiseren (Caswell, 1976 Hubbell, 1979 Bell, 2001). Meer dan twee decennia later kreeg neutrale ecologie bekendheid met de publicatie van 'The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography' ( Hubbell, 2001 ), waarin wiskundige en numerieke analyses van ruimtelijk impliciete en ruimtelijk expliciete neutrale ecologische modellen werden gepresenteerd en kwantitatieve voorspellingen werden gedaan voor SAD's, SAR's en andere biogeografische patronen. De primaire focus lag op een specifiek model dat de schalen van de lokale gemeenschap en de metagemeenschap verenigt: diversiteit in de metagemeenschap wordt behouden door een evenwicht tussen uitsterven en soortvorming, terwijl diversiteit in de (semi-geïsoleerde) lokale gemeenschap wordt behouden door een evenwicht tussen lokaal uitsterven en immigratie uit de metagemeenschap (zien neutrale modellen).

De recente geschiedenis van de neutrale theorie heeft op een aantal fronten ontwikkelingen gekend. Het originele model van Hubbell is uitgebreid getest en maximum-waarschijnlijkheidstechnieken hebben een rigoureuze ruggengraat toegevoegd aan de schatting van neutrale modelparameters. Tegelijkertijd zijn er nieuwe wiskundige hulpmiddelen ontwikkeld om de manier waarop dispersie en soortvorming worden geïmplementeerd in neutrale modellen te veralgemenen. Niet-evenwichtsveldentheorie heeft een kader verschaft voor ruimtelijk expliciete neutrale theorie in de wiskundige taal van de veellichamenfysica. Bovendien hebben meer biologisch realistische soortvormingsmodi het oorspronkelijke puntsoortvormingsmodel van Hubbell veralgemeend, met bijvoorbeeld willekeurige splijtingsspeciatie die ontleend is aan de fragmentatietheorie.


Meerkeuze

Welk wetenschappelijk concept hebben Charles Darwin en Alfred Wallace onafhankelijk van elkaar ontdekt?

A. mutatie
B. natuurlijke selectie
C. overteelt
D. seksuele reproductie

Welke van de volgende situaties zal leiden tot natuurlijke selectie?

A. De zaden van twee planten landen dicht bij elkaar en de ene wordt groter dan de andere.
B. Twee soorten vissen eten hetzelfde soort voedsel, en de ene is beter in staat om voedsel te verzamelen dan de andere.
C. Mannetjesleeuwen strijden om het recht om met vrouwtjes te paren, met slechts één mogelijke winnaar.
D. al het bovenstaande

Wat is het verschil tussen micro- en macro-evolutie?

A. Micro-evolutie beschrijft de evolutie van kleine organismen, zoals insecten, terwijl macro-evolutie de evolutie beschrijft van grote organismen, zoals mensen en olifanten.
B. Micro-evolutie beschrijft de evolutie van microscopisch kleine entiteiten, zoals moleculen en eiwitten, terwijl macro-evolutie de evolutie van hele organismen beschrijft.
C. Micro-evolutie beschrijft de evolutie van populaties, terwijl macro-evolutie de opkomst van nieuwe soorten over lange perioden beschrijft.
D. Micro-evolutie beschrijft de evolutie van organismen gedurende hun leven, terwijl macro-evolutie de evolutie van organismen over meerdere generaties beschrijft.

Populatiegenetica is de studie van ________.

A. hoe allelfrequenties in een populatie in de loop van de tijd veranderen
B. populaties van cellen in een individu
C. het tempo van de bevolkingsgroei
D. hoe genen de embryologische ontwikkeling beïnvloeden


Selectie

Een centrale vraag in de evolutionaire biologie is of genetische verandering ontstaat door de acties van genetische drift of natuurlijke selectie. Het onderscheid tussen deze twee processen is niet eenvoudig omdat ze elkaar niet uitsluiten, en ze kunnen resulteren in zeer vergelijkbare patronen van tijdelijke allelfrequentieverandering. Om te zoeken naar bewijs van selectie, Chen et al. (1) gebruikten genotypegegevens die ze eerder hadden verzameld. Hun dataset bevatte meer dan 3.000 vogels die waren gegenotypeerd op meer dan 10.000 SNP-markers verspreid over het genoom. De onderzoekspopulatie van Florida Scrub-Jay is relatief klein en dus kunnen bescheiden veranderingen in de allelfrequentie hoogstwaarschijnlijk worden toegeschreven aan drift in plaats van selectie. Om formeel te zoeken naar bewijs van selectie, werd een benadering gebruikt die bekend staat als gendropping om te begrijpen hoe allelfrequenties naar verwachting zouden veranderen in afwezigheid van selectie. De gen-dropping-benadering is een computersimulatiemethode die oprichters twee allelen toewijst op een hypothetische locus. Uitgaande van Mendeliaanse segregatie in de stamboom, worden genotypen toegewezen aan elke afstammeling (9). Door deze procedure vele malen te herhalen, kan een vergelijking worden gemaakt tussen waargenomen allelfrequentieveranderingen en die welke worden verwacht onder een neutraal model van Mendeliaanse segregatie. Deze procedure maakt identificatie mogelijk van allelen waarvan de frequentieveranderingen verschillen van die verwacht onder het neutrale model. Deze allelen zouden mogelijk recentelijk zijn geselecteerd. Hoewel de auteurs weinig bewijs vonden van significante afwijkingen van een neutraal model in de Florida Scrub-Jay-populatie, zal het ontwikkelde raamwerk waarschijnlijk gunstig zijn in andere onderzoekssystemen, waardoor identificatie van allelen mogelijk is waarop de selectie recentelijk heeft gereageerd. De aanpak zou geschikt zijn voor tal van andere langetermijnstudiesystemen en zal waarschijnlijk op grotere schaal worden geïmplementeerd dan tot nu toe is gebeurd. Om volledig te begrijpen of en hoe selectie op een gen inwerkt, is natuurlijk kennis nodig van het (de) fenotype(s) die door het gen worden beïnvloed, maar in langetermijnstudies van nauwkeurig gecontroleerde populaties zoals de Florida Scrub-Jay-populatie is dat haalbaar .


Hoe verschilt genetische drift van natuurlijke selectie?

Zowel natuurlijke selectie als genetische drift zijn mechanismen voor evolutie (ze veranderen allebei de allelfrequenties in de loop van de tijd). Het belangrijkste onderscheid is dat bij genetische drift allelfrequenties door toeval veranderen, terwijl bij natuurlijke selectie allelfrequenties veranderen door differentieel reproductief succes.

Als de frequenties van eigenschappen in een populatie puur door toeval veranderen, is er sprake van genetische drift. Dit kan gebeuren wanneer een willekeurige subset van een populatie sterft (d.w.z. door een natuurramp of door willekeurige menselijke jacht). De overige individuen worden overgelaten om hun eigenschappen door te geven aan latere generaties, maar de populatie is veranderd, dus heeft evolutie plaatsgevonden.

Natuurlijke selectie is het proces waarbij de meest adaptieve eigenschappen voor een omgeving generatie na generatie gebruikelijker worden. Het is geen willekeurig proces. Het is echter ook geen doelgericht proces. Als een eigenschap het vermogen van een organisme om zich voort te planten verbetert, dan is de kans groter dat die eigenschap wordt doorgegeven aan de volgende generatie in vergelijking met een eigenschap die het reproductieve succes niet verbetert. Natuurlijke selectie is het proces waardoor deze adaptieve eigenschappen vaker voorkomen in een populatie.


Balanceren selectie

Evenwichtige selectie betekent dat twee allelen in de populatie behouden blijven vanwege natuurlijke selectie. Je zou verwachten dat het ene allel een hogere fitness zal bieden dan het andere, en daarom het andere allel zou overtreffen. Bij balancerende selectie gebeurt dit niet, omdat de fitheid afhankelijk is van de allelfrequenties van de betrokken allelen. Als het ene allel vaker voorkomt, zal natuurlijke selectie de voorkeur geven aan individuen met het andere allel.

De meest voorkomende oorzaak is heterozygoot voordeel. Dit betekent dat de fitheid van een persoon met twee verschillende versies van het allel hoger is dan de fitness van een persoon met twee exemplaren van een van de allelen. Dus in een systeem met allelen A en a, heeft een persoon met Aa een hogere fitness dan zowel AA- als aa-individuen. De heterozygoot heeft het voordeel ten opzichte van beide homozygoten. Dit zorgt ervoor dat beide allelen in de populatie blijven, ongeacht de fitnessverschillen tussen AA- en aa-individuen.

Andere oorzaken van balanceringsselectie zijn frequentieafhankelijke selectie en selectie in een fluctuerende omgeving waarin AA voordeel heeft in het ene type omgeving en aa in het andere type omgeving. Een voorbeeld hiervan is een gebied met afwisselend natte en droge seizoenen.


Conclusies

Samenvattend hebben we een statistische benadering beschreven om somatische allelselectie in de exomen van vier kankertypes te onthullen en daardoor kankergerelateerde genen en loci te suggereren. Deze resultaten onderstrepen samen de complexiteit van somatische selectie in het proces van klonale evolutie. Aangezien somatische selectieve processen bij kanker verschillen van die op kiemlijnniveau, levert evaluatie van de allelselectie op somatisch niveau aanvullend bewijs om kankergerelateerde genen prioriteit te geven. Onze analyse is beperkt tot exonische SNP's, maar veel functionele varianten die zich buiten de exons bevinden, zijn ook onderhevig aan allelische selectie. Met het snel groeiende volume van kankergenoomsequentiegegevens, is het ook te verwachten dat het landschap van allelische selectie op het hele genoom, pankankerniveau wordt onthuld. Bovendien kan de methode worden toegepast op andere NGS-gegevenssets zoals RNA-sequencing en ChIP-sequencing om allelen te suggereren die van belang zijn voor de relevante biologie.


Bekijk de video: Enedeg Wondemeneh - እንደግ ሙዚቃ Ethiopia Music (Januari- 2022).