Методы детекции отбора Даже в отсутствии отбора

Методы детекции отбора

Даже в отсутствии отбора, в геноме накапливаются изменения! H 0: «нейтральная эволюция» , только под воздействием генетического дрейфа! H 1: «ненейтральная эволюция» , под воздействием естественного отбора. Однако схожий эффект может часто давать сложная популяционная история.

Отбор бывает разный: Движущий - на уровне организмов. На уровне генов положительный, positive selection. Ka/Ks > 1 Стабилизирующий – на уровне организмов. На уровне генов очищающий (отрицательный, negative, or purifying selection) Ka/Ks <1 4 Nes << − 1) Дизруптивный – на уровне организмов. При наличии репродуктивной изоляции может вести к видообразованию. При отсутствии – к устойчивому полиморфизму. На уровне генов – балансирующий отбор и все его разновидности – преимущество гетерозигот, частотно-зависимый, плотностно-зависимый Ka/Ks > 1

Как определить наличие отбора и его разновидность Отношение несинонимичных замен к синонимичным (Ka/Ks) Ka (или KN) – среднее число несинонимичных замен, меняющих аминокислоту Ks – среднее число несинонимичных замен Ka/Ks > 1 – положительный отбор Ka/Ks = 1 – нет отбора Ka/Ks <1 – очищающий отбор 4 Nes << − 1) Применяется при сравнении разошедшихся последовательностей – ортологов или паралогов. Сравниваются обычно разные виды или разные копии одного гена в одном виде.

Движущий - отбор против единичного аллеля Снижение эффективности отрицательного отбора при низкой частоте аллеля – одна из причин длительного сохранения в популяциях вредных рецессивных мутаций Устойчивость к варфарину в 1970 -е подтвердила эти рассчеты

Существуют генные варианты, устойчивые к СПИДу вирус иммунодефицита человека Распространение мутации ССR 5 -delta 32 (Novembre et al. , 2005 PLo. S Biology) вирус оспы

Методы детекции отбора в догеномную эпоху Тест Мак. Дональда-Крейтмана – сравнение доли синонимичных и несинонимичных точечных мутаций среди полиморфных и дивергировавших локусов. Фиксированные Полиморфные Синонимичные Ds Ps Несинонимичные Dn Pn Фиксированные Полиморфные Синонимичные 17 42 Несинонимичные 7 2 Данные из статьи Mc. Donald, Kreitman, 1991 по заменам в гене алкогольдегидрогеназы у дрозофил.

ВЫМЕТАНИЕ ОТБОРОМ Положительный отбор, действуя на конкретный локус, увеличивает частоту не только благоприятствуемого варианта, но и лежащих непосредственно рядом участков генома, что приводит к возникновению широких участков с неравновесием по сцеплению. Это позволяет детектировать недавние селекционные события. Но с течением времени сигнал размывается за счет рекомбинации.

Отбор идет не по генам, а по приспособленности организма

Многие распространенные наследственные болезни поддерживаются в популяци благодаря преимуществу гетерозигот. Возможно, ген муковисцидоза распространился в европейской популяции из-за того, что гетерозиготы устойчивы к туберкулёзу, болезнь Гоше – из-за более высокого интеллекта гетерозигот

Отбор против гетерозигот В конце останется только один аллель (если нет положительного ассортативного скрещивания!)

Отбор против гетерозигот Spalax ehrenbergi (Израиль) Ellobius tancrei (Россия)

Tajima’s D test Основан на сравнении двух оценок одного и того же параметра – популяционно-генетического параметра Θ. Применяется к одной популяции! Одна из оценок основана на количестве сегрегирующих сайтов S, а вторая – на среднем числе попарных различий π. 田嶋文生 (たじまふみお) d – разность между двумя оценками параметра, d = θ(π) – θ(S) V(d) – дисперсия разности

Таджима показал, что статистика критерия подчиняется бетараспределению. Однако точный закон распределения зависим от истинного параметра Θ. Отрицательное значение статистики говорит об увеличении эффективной численности популяции (после бутылочного горлышка, в том числе вызванного «выметанием отбора» ) и/или очищающем отборе. Положительное значение говорит об уменьшении численности популяции и/или балансирующем отборе

Работа лаборатории С. В. Нуждина по поиску локальных адаптаций у люцерны Основной метод – выявление маркеров, различающих популяции, с высоким уровнем неравновесия по сцеплению Medicago truncatula Попарные корреляции между маркерами, усредненные между всеми маркерами на данном расстоянии. Цветные линии обозначают разные хромосомы. Неравновесие уменьшается на половину (с 0, 8 до 0, 4) примерно на расстоянии 10 тысяч п. о. Темно-серая область – 20 -80% квантиль, светло-серая – 10 -90% квантиль. Неравновесие по сцеплению полностью исчезает между маркерами на расстоянии примерно 500 тысяч пар оснований. The dotted line shows a second-degree lowess fit across all data with span parameter set to 0. 01; linkage disequilibrium (LD) is fully decayed between markers approximately 500 kb apart.

Основная идея методов поиска следов отбора аналогична идее дисперсионного анализа: сравнение уровня изменчивости внутри и между популяциями Методика определения генов-мишеней отбора на размножение в более позднем возрасте у мух-дрозофил (лаборатория Нуждина). Основная статистика – отношение гетерозиготности в отбираемой популяции к дивергенции между нею и контролем. В подотборном локусе должна быть низкой. Вспомогательная статистика – отношение гетерозиготности в отбираемй популяции к гетерозиготности в контроле. Позволяет выявить «неполное выметание» за счет необычно высоких значений.

Гетерозиготность (в общем виде) Гетерозиготность (на нуклеотидный сайт) , где pi – доля варианта H=1 -([A]2+[G]2+[C]2+[T]2)

Отыскав локусы, подверженные отбору, с помощью аннотаций можно предположить, как именно популяция адаптируется под воздействием отбора. Биологические функции, избыточно представленные (более, чем в 2, 5 раза по сравнению с стандартным транскриптомом) среди генов, вовлеченных в выметание отбором на позднее размножение Биологический процесс Количест во генов Увеличение p-значение Иммунитет к грибным инфекциям 6 6, 8 3, 7 х10 -6 Протеолиз 15 2, 3 7, 8 х10 -3 Развитие фолликулярных клеток 7 1, 8 1, 2 х10 -2