Miękkie przemiatanie selektywne
W genetyce , kiedy wiele kopii korzystnej mutacji zostaje ustalonych i łączy się razem, nazywa się to miękkim wymiataniem. W zależności od pochodzenia tych kopii, połączone warianty mogą następnie zostać zachowane i pojawić się jako haplotypów w populacji. Istnieją dwie główne formy miękkich przeciągnięć:
1) Korzystna mutacja wcześniej rozdzielona w populacji neutralnie i dlatego istniała jako wiele haplotypów w czasie selektywnego przesunięcia, w którym mutacja stała się korzystna. W ten sposób pojedyncza korzystna mutacja może przenosić wiele haplotypów na częstotliwość pośrednią, podczas gdy sama zostaje utrwalona.
2) Inny model ma miejsce, gdy wiele korzystnych mutacji występuje niezależnie w krótkich odstępach czasu od siebie — w konsekwencji druga kopia pojawia się w wyniku mutacji przed selektywnym utrwaleniem pierwszej kopii.
Miękkie wymiatanie może wystąpić zarówno w przypadku zmienności stojącej, jak i szybko powtarzających się korzystnych mutacji.
Przegląd
Selektywne przemiatanie ma miejsce, gdy w wyniku silnego pozytywnego doboru naturalnego korzystne allele szybko ulegają utrwaleniu w populacji i skutkuje zmniejszeniem lub wyeliminowaniem zmienności między nukleotydami w pobliżu tego allelu . Selektywne przemiatanie może wystąpić, gdy rzadki lub wcześniej nieobecny allel, który poprawia dopasowanie nosiciela w stosunku do innych członków populacji, szybko wzrasta z powodu doboru naturalnego. Wraz ze wzrostem częstotliwości takiego korzystnego allelu, warianty genetyczne, które są obecne w sąsiedztwie DNA korzystnego allelu, również staną się bardziej rozpowszechnione; zjawisko to zwane genetycznym autostopem . Selektywne przemiatanie powstaje, gdy szybkie zmiany w częstotliwości korzystnego allelu są napędzane przez pozytywną selekcję , zniekształcają historię genealogiczną próbek z regionu wokół wybranego locus. Obecnie uznaje się, że nie wszystkie przemiatania zmniejszają zmienność genetyczną w ten sam sposób, ale raczej selektywne wymiatanie można podzielić na trzy główne kategorie: Po pierwsze, oczekuje się, że klasyczne przemiatanie selektywne lub twarde wymiatanie wystąpi, gdy korzystne mutacje są rzadkie, ale gdy korzystne mutacja które miało miejsce, szybko zwiększa częstotliwość, drastycznie zmniejszając zmienność genetyczną w populacji. Po drugie, miękkie wymiatanie ze stojącej zmienności genetycznej (SGV) występuje, gdy wcześniej neutralne mutacje, które były obecne w populacji, stają się korzystne z powodu zmiany środowiskowej. Taka mutacja może być obecna na kilku podłożach genomowych, więc gdy jej częstotliwość szybko wzrasta, nie usuwa całej zmienności genetycznej w populacji. Wreszcie, miękkie przemiatanie z wielu źródeł ma miejsce, gdy mutacje są powszechne, na przykład w dużej populacji, tak że te same lub podobne korzystne mutacje występują na innym tle genomowym, tak że żadne pojedyncze tło genomowe nie może autostopem na wysokiej częstotliwości. To, czy nastąpiło przemiatanie selektywne, można zbadać na różne sposoby. Jedną z metod jest pomiar nierównowagi sprzężeń, czyli tego, czy dany haplotyp jest nadreprezentowany w populacji. W ewolucji neutralnej rekombinacja genetyczna doprowadzi do przetasowania różnych alleli w haplotypach i nie będzie pojedynczego haplotypu zdominuje populację. Jednak podczas selektywnego wymiatania selekcja pozytywnie wyselekcjonowanego wariantu genu spowoduje również autostopowanie sąsiednich alleli i mniejsze możliwości rekombinacji. Dlatego obecność silnej nierównowagi powiązań może wskazywać, że nastąpiło selektywne przemiatanie i może być wykorzystana do identyfikacji miejsc niedawno poddanych selekcji. Przeprowadzono wiele skanów selektywnych wymiatań u ludzi i innych gatunków przy użyciu różnych podejść i założeń statystycznych.
Różnice między miękkimi i twardymi przeciągnięciami
Główna różnica między miękkimi i twardymi przemiataniami selektywnymi polega na oczekiwanej liczbie różnych haplotypów niosących korzystną mutację lub mutacje, a zatem na oczekiwanej liczbie haplotypów, które przemieszczają się autostopem ze znaczną częstotliwością podczas wymiatania selektywnego i które pozostają w populacji na poziomie czas fiksacji. Ta kluczowa różnica skutkuje różnymi oczekiwaniami zarówno w widmie częstotliwości miejsca, jak iw sprzężeń , aw konsekwencji w częstych statystykach testowych opartych na tych formach. Jeśli twarde wymiatania ułatwiają ewolucyjne ratowanie , to tylko jeden przodek jest odpowiedzialny za rozprzestrzenianie się korzystnych wariantów, a więc różnorodność genetyczna zostanie usunięta z populacji w wyniku adaptacji, jak również niżu demograficznego. Z drugiej strony, miękkie wymiatanie, w którym korzystny allel pochodzi niezależnie od wielu przodków, zachowa pewną różnorodność przodków, która istniała przed zmianą środowiska, która zapoczątkowała zmiany sprawności.
Wykrywanie miękkich przeciągnięć
Czy jest jakiś sposób na oddzielenie miękkich i twardych przeciągnięć? Oczywiście tylko ostatnie zdarzenia adaptacyjne pozostawiają w ogóle wymierny sygnał (twardy lub miękki). Sygnały z widma częstotliwości miejsca (takie jak nadmiar rzadkich alleli wykryty przez Tajima 1989) zwykle zanikają w skalach czasowych ~ 0,1 generacji Ne, podczas gdy sygnały oparte na nierównowadze sprzężeń lub statystyki haplotypów trwają tylko ~ 0,01 pokoleń Ne. Aby łatwo go znaleźć, selekcja musi być silna (4NeSb≫100). Nawet wtedy miękkie wymiatanie może być trudne do odróżnienia od neutralności, jeśli są „super miękkie”, tj. jeśli istnieje wiele niezależnych źródeł korzystnego allelu lub jeśli jego częstotliwość początkowa w SGV jest wysoka. Aby uzyskać mocną interpretację selekcji w porównaniu z neutralnością, potrzebujemy statystyki testowej o niezawodnie dużej mocy dla twardych i miękkich przemiatań. Opierając się na powyżej opisanych wzorcach i jak pokazano, testy oparte na widmie częstotliwości miejsca (poszukiwanie alleli pochodzących z niskiej lub wysokiej częstotliwości) mają niską moc do ujawnienia miękkich przemiatań, podczas gdy testy haplotypów mogą wykryć oba rodzaje przemiatań. W przeciwieństwie do miękkich przeciągnięć z jednego źródła (które zawsze pozostawiają słabszy ślad), zdolność wykrywania miękkich przeciągnięć z wielu źródeł może być wyższa niż zdolność do wykrywania zakończonych przeciągnięć twardych ze względu na wyraźną strukturę haplotypu bezpośrednio w wybranym miejscu. Wykrywanie miękkich przeciągnięć z jednym początkiem jest trudne. Peter, Huerta-Sanchez i Nielsen (2012) oraz Schrider i Kern (2016) opracowali niektóre badania i testy oparte na połączeniu statystyk podsumowujących. Oba testy mają niezawodną moc znajdowania miękkich przemiatań dla solidnej selekcji i wysokiej częstotliwości początkowej (5–20%) wybranego allelu. Ponadto dobrze zdefiniowane przypadki praktyczne zwykle opierają się na innych wskazaniach, idź z śladem: np. populacja źródłowa jest rozpoznawana za pomocą wybranego allelu w SGV (np. cierniki morskie i słodkowodne lub zidentyfikowana i bardzo niedawna presja selekcyjna nie pozostawia wystarczająco dużo czasu, aby allel wzrósł z pojedynczej kopii do częstości obserwowanej dzisiaj (na przykład adaptacja CCR5 do HIV u ludzi). Ogólnie rzecz biorąc, miękkie przeciągnięcia z wieloma źródłami mają większe szanse na wykrycie.