Мягкая выборочная развертка

В генетике , когда множественные копии полезной мутации устанавливаются и фиксируются вместе, это называется «мягкой очисткой». ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} В зависимости от происхождения этих копий сцепленные варианты могут затем сохраниться и возникнуть гаплотипов в популяции как структуры . Существует две основные формы мягких разверток:

ранее Полезная мутация нейтрально выделялась в популяции и, следовательно, существовала в виде множественных гаплотипов во время селективного сдвига, при котором мутация стала полезной. Таким образом, одна полезная мутация может привести несколько гаплотипов к промежуточной частоте, в то время как сама она становится фиксированной.
Другая модель возникает, когда множественные полезные мутации независимо происходят в короткой последовательности друг за другом — следовательно, вторая копия возникает в результате мутации до избирательной фиксации первой копии. ^{[ 3 ]}

Мягкие изменения могут возникать как в результате постоянных вариаций, так и в результате быстро повторяющихся полезных мутаций. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Обзор

Селективная проверка происходит, когда из-за сильного положительного естественного отбора полезные аллели быстро фиксируются в популяции, что приводит к уменьшению или устранению вариаций среди нуклеотидов рядом с этой аллелью . ^{[ 7 ]} Селективная замена может произойти, когда частота редкого или ранее отсутствовавшего аллеля, улучшающего приспособленность носителя по сравнению с другими членами популяции, быстро увеличивается из-за естественного отбора. По мере увеличения частоты такого полезного аллеля генетические варианты, которые присутствуют в ДНК, прилегающей к полезному аллелю, также станут более распространенными; это явление называется генетическим автостопом . ^{[ 6 ]}^{[ 8 ]} Селективная зачистка возникает, если быстрые изменения частоты полезного аллеля, вызванные положительным отбором , искажают генеалогическую историю образцов из региона вокруг выбранного локуса. Сейчас признано, что не все зачистки уменьшают генетическую изменчивость одинаковым образом, но выборочные зачистки можно разделить на три основные категории: ^{[ 9 ]}

Ожидается, что классическая выборочная или жесткая проверка произойдет, когда полезные мутации редки, но когда полезная мутация быстро увеличивается в частоте, резко уменьшая генетическую изменчивость в популяции. возникшая
Мягкие изменения от постоянных генетических вариаций (SGV) происходят, когда ранее нейтральные мутации, которые присутствовали в популяции, становятся полезными из-за изменения окружающей среды. Такая мутация может присутствовать в нескольких геномных фонах, поэтому при быстром увеличении частоты она не уничтожает все генетические вариации в популяции.
Мягкая проверка множественного происхождения происходит, когда мутации распространены, например, в большой популяции, так что одни и те же или подобные полезные мутации происходят на другом геномном фоне, так что ни один геномный фон не может повысить частоту. ^{[ 2 ]}

Произошла ли выборочная очистка, можно выяснить различными способами. Один из методов заключается в измерении неравновесия по сцеплению, то есть того, чрезмерно ли представлен данный гаплотип в популяции. В условиях нейтральной эволюции генетическая рекомбинация приведет к перетасовке различных аллелей внутри гаплотипов, и ни один гаплотип не будет доминировать в популяции. Однако во время селективной проверки отбор положительно выбранного варианта гена также приведет к передвижению соседних аллелей и уменьшению возможностей для рекомбинации. Следовательно, наличие сильного неравновесия по сцеплению может указывать на то, что имело место селективное исследование, и может быть использовано для идентификации сайтов, недавно находящихся под отбором. Было проведено множество выборочных исследований людей и других видов с использованием различных статистических подходов и предположений. ^{[ 9 ]}

Различия между мягкими и жесткими ударами

Основное различие между мягкими и жесткими выборочными проверками заключается в ожидаемом количестве различных гаплотипов, несущих полезную мутацию или мутации, и, следовательно, в ожидаемом количестве гаплотипов, которые путешествуют автостопом со значительной частотой во время выборочной проверки и которые остаются в популяции на время фиксации. Это ключевое различие приводит к различным ожиданиям как в отношении частотного спектра сайта, так и в неравновесии по сцеплению и, следовательно, в частой статистике испытаний, основанной на этих формах. ^{[ 2 ]} Если жёсткие зачистки способствуют эволюционному спасению , то за распространение выгодных вариантов отвечает только один предок, и поэтому генетическое разнообразие будет удалено из популяции в результате адаптации, а также демографического спада. С другой стороны, мягкая выборка, при которой полезный аллель независимо возникает от нескольких предков, сохранит определенное наследственное разнообразие, существовавшее до изменения окружающей среды, которое инициировало изменения приспособленности. ^{[ 9 ]}^{[ 7 ]}

Обнаружение мягких разверток

Есть ли способ разделить мягкие и жесткие развертки? Очевидно, что только недавние адаптивные события вообще оставляют измеримый сигнал (жесткий или мягкий). Сигналы частотного спектра сайта (например, избыток редких аллелей, обнаруженный Tajima 1989). ^{[ 10 ]}) обычно исчезают во временных масштабах ~ 0,1Ne поколений, в то время как сигналы, основанные на неравновесии сцепления или статистике гаплотипов, длятся только ~ 0,01Ne поколений. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Чтобы его было легко найти, отбор должен быть сильным (4NeSb≫100). Даже в этом случае мягкие развертки может быть трудно отличить от нейтральных, если они «сверхмягкие», т. е. если существует множество независимых источников полезного аллеля или если его начальная частота в SGV высока. ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} Для четкой интерпретации соотношения отбора и нейтральности нам нужна тестовая статистика с надежно высокой степенью мощности для жестких и мягких выборок. На основе вышеописанных закономерностей и как показано, ^{[ 12 ]}^{[ 15 ]} тесты, основанные на частотном спектре участка (поиск низко- или высокочастотных производных аллелей), имеют низкую мощность для выявления мягких свипов, тогда как гаплотипические тесты могут обнаруживать оба типа свипов. ^{[ 16 ]} В отличие от мягких проверок с одним источником (которые всегда оставляют более слабый след), способность обнаруживать мягкие проверки с несколькими источниками может быть выше, чем способность обнаруживать завершенные жесткие проверки, из-за четкой структуры гаплотипов прямо в выбранном сайте. ^{[ 12 ]} Обнаружение мягких разверток с одним источником затруднено. Некоторые исследования и тесты, основанные на сочетании сводных статистических данных, были разработаны Питером, Уэрта-Санчесом и Нильсеном (2012). ^{[ 13 ]} и Шрайдер и Керн (2016). ^{[ 17 ]} Оба теста обладают надежной способностью находить мягкие выборки для надежного отбора и высокой начальной частотой (5–20%) выбранного аллеля. Кроме того, четко определенные практические примеры обычно основаны на других показаниях, например: ^{[ 18 ]} например, исходная популяция распознается по выбранному аллелю в SGV (например, морская и пресноводная колюшка, ^{[ 19 ]} или выявленное и совсем недавнее давление отбора не оставляет достаточно времени для увеличения аллеля от единственной копии до частоты, наблюдаемой сегодня (например, адаптация CCR5 к ВИЧ у людей). ^{[ 20 ]} В целом, мягкие развертки с несколькими источниками имеют больше шансов быть обнаруженными. ^{[ 12 ]}^{[ 16 ]}

См. также

Выборочная развертка

Ссылки

^ Паулоз Дж., Хермисон Дж., Халлачек О. (2019) Пространственные мягкие исследования: закономерности адаптации в популяциях с дальним расселением. PLoS Genet 15(2): e1007936. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007936
^ Jump up to: ^а ^б ^с Дженсен, Дж. О необоснованном энтузиазме по поводу мягких выборочных зачисток. Nat Commun 5, 5281 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms6281 .
^ Харрис, Ребекка Б.; Сакман, Эндрю; Дженсен, Джеффри Д. (28 декабря 2018 г.). «О необоснованном энтузиазме в отношении мягких выборочных проверок II: изучение недавних данных о людях, мухах и вирусах» . ПЛОС Генетика . 14 (12): e1007859. дои : 10.1371/journal.pgen.1007859 . ПМК 6336318 . ПМИД 30592709 .
^ . Харрис, Ребекка Б.; Сакман, Эндрю; Дженсен, Джеффри Д. (28 декабря 2018 г.). «О необоснованном энтузиазме в отношении мягких выборочных проверок II: изучение недавних данных о людях, мухах и вирусах» . ПЛОС Генетика . 14 (12): e1007859. дои : 10.1371/journal.pgen.1007859 . ПМК 6336318 . ПМИД 30592709 .
^ Бенджамин А. Уилсон, Плеуни С. Пеннингс и Дмитрий А. Петров Генетика, 1 апреля 2017 г., том. 205 нет. 4 1573-1586; https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478 .
^ Jump up to: ^а ^б Шаффнер С. и Сабети П. (2008) Эволюционная адаптация человеческого происхождения. Природное образование 1(1):14
^ Jump up to: ^а ^б Колин М. Брэнд, Фрэнсис Дж. Уайт, Нельсон Тинг, Тимоти Х. Вебстер bioRxiv 2020.12.14.422788; дои: https://doi.org/10.1101/2020.12.14.422788
^ Граур, Дэн, 2016. Молекулярная и геномная эволюция, Молекулярная и геномная эволюция, Sinauer Associates, отпечаток Oxford University Press. ISBN 9781605354699
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уилсон, Б.А., Пеннингс, П.С., Петров, Д.А., 2017. Мягкие селективные зачистки в эволюционном спасении. Генетика 205, 1573–1586. https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478
^ Таджима, Ф. (1989) Статистический метод проверки гипотезы нейтральной мутации. Генетика, 123, 585–595.
^ Пшеворски, М. (2002) Признак положительного отбора в случайно выбранных локусах. Генетика, 160, 1179–1189.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Пеннингс, П.С. и Хермиссон, Дж. (2006) Мягкие проверки III – признак положительного отбора в результате рекуррентной мутации. PLoS Генетика, 2, e186.
^ Jump up to: ^а ^б Питер, Б.М., Уэрта-Санчес, Э. и Нильсен, Р. (2012) Отличие селективных зачисток от стоячей вариации и от мутации de novo. ПЛоС Генетика, 8, е1003011.
^ Берг, Джей Джей и Куп, Г. (2015) Объединенная модель для развертки уникального стоячего варианта. Генетика, 201, 707–725.
^ Феррер-Адметла, А., Лян, М., Корнелиуссен, Т. и Нильсен, Р. (2014) Об обнаружении неполных мягких или жестких выборочных проверок с использованием структуры гаплотипа. Молекулярная биология и эволюция, 31, 1275–1291.
^ Jump up to: ^а ^б Гаруд Н.Р., Мессер П.В., Бузбас Е.О. и Петров Д.А. (2015) Недавние выборочные исследования североамериканской дрозофилы melanogaster показывают признаки мягкого охвата. ПЛоС Генетика, 11, е1005004.
^ Шрайдер, Д. Р. и Керн, А. Д. (2016a) S/HIC: надежная идентификация мягких и жестких проверок с использованием машинного обучения. ПЛоС Генетика, 12, е1005928.
^ Барретт РДХ и Шлютер, Д. (2008) Адаптация на основе постоянных генетических вариаций. Тенденции экологии и эволюции, 23, 38–44.
^ Колозимо, П.Ф., Хоземанн, К.Е., Балабхадра, С. и др. (2005)Широко распространенная параллельная эволюция колюшек путем повторной фиксации аллелей эктодисплазина. Наука, 307, 1928–1933.
^ Новембре, Дж. и Хан, Э. (2012) Структура человеческой популяции и адаптивная реакция на давление отбора, вызванное патогенами. Философские труды Королевского общества B, 367, 878–886.

[1] Паулоз Дж., Хермисон Дж., Халлачек О. (2019) Пространственные мягкие исследования: закономерности адаптации в популяциях с дальним расселением. PLoS Genet 15(2): e1007936. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007936

[:7-2] Jump up to: ^а ^б ^с Дженсен, Дж. О необоснованном энтузиазме по поводу мягких выборочных зачисток. Nat Commun 5, 5281 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms6281 .

[3] Харрис, Ребекка Б.; Сакман, Эндрю; Дженсен, Джеффри Д. (28 декабря 2018 г.). «О необоснованном энтузиазме в отношении мягких выборочных проверок II: изучение недавних данных о людях, мухах и вирусах» . ПЛОС Генетика . 14 (12): e1007859. дои : 10.1371/journal.pgen.1007859 . ПМК 6336318 . ПМИД 30592709 .

[4] . Харрис, Ребекка Б.; Сакман, Эндрю; Дженсен, Джеффри Д. (28 декабря 2018 г.). «О необоснованном энтузиазме в отношении мягких выборочных проверок II: изучение недавних данных о людях, мухах и вирусах» . ПЛОС Генетика . 14 (12): e1007859. дои : 10.1371/journal.pgen.1007859 . ПМК 6336318 . ПМИД 30592709 .

[5] Бенджамин А. Уилсон, Плеуни С. Пеннингс и Дмитрий А. Петров Генетика, 1 апреля 2017 г., том. 205 нет. 4 1573-1586; https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478 .

[:3-6] Jump up to: ^а ^б Шаффнер С. и Сабети П. (2008) Эволюционная адаптация человеческого происхождения. Природное образование 1(1):14

[:4-7] Jump up to: ^а ^б Колин М. Брэнд, Фрэнсис Дж. Уайт, Нельсон Тинг, Тимоти Х. Вебстер bioRxiv 2020.12.14.422788; дои: https://doi.org/10.1101/2020.12.14.422788

[:5-8] Граур, Дэн, 2016. Молекулярная и геномная эволюция, Молекулярная и геномная эволюция, Sinauer Associates, отпечаток Oxford University Press. ISBN 9781605354699

[:6-9] Jump up to: ^а ^б ^с Уилсон, Б.А., Пеннингс, П.С., Петров, Д.А., 2017. Мягкие селективные зачистки в эволюционном спасении. Генетика 205, 1573–1586. https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478

[10] Таджима, Ф. (1989) Статистический метод проверки гипотезы нейтральной мутации. Генетика, 123, 585–595.

[11] Пшеворски, М. (2002) Признак положительного отбора в случайно выбранных локусах. Генетика, 160, 1179–1189.

[:10-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Пеннингс, П.С. и Хермиссон, Дж. (2006) Мягкие проверки III – признак положительного отбора в результате рекуррентной мутации. PLoS Генетика, 2, e186.

[:11-13] Jump up to: ^а ^б Питер, Б.М., Уэрта-Санчес, Э. и Нильсен, Р. (2012) Отличие селективных зачисток от стоячей вариации и от мутации de novo. ПЛоС Генетика, 8, е1003011.

[14] Берг, Джей Джей и Куп, Г. (2015) Объединенная модель для развертки уникального стоячего варианта. Генетика, 201, 707–725.

[15] Феррер-Адметла, А., Лян, М., Корнелиуссен, Т. и Нильсен, Р. (2014) Об обнаружении неполных мягких или жестких выборочных проверок с использованием структуры гаплотипа. Молекулярная биология и эволюция, 31, 1275–1291.

[:14-16] Jump up to: ^а ^б Гаруд Н.Р., Мессер П.В., Бузбас Е.О. и Петров Д.А. (2015) Недавние выборочные исследования североамериканской дрозофилы melanogaster показывают признаки мягкого охвата. ПЛоС Генетика, 11, е1005004.

[17] Шрайдер, Д. Р. и Керн, А. Д. (2016a) S/HIC: надежная идентификация мягких и жестких проверок с использованием машинного обучения. ПЛоС Генетика, 12, е1005928.

[18] Барретт РДХ и Шлютер, Д. (2008) Адаптация на основе постоянных генетических вариаций. Тенденции экологии и эволюции, 23, 38–44.

[19] Колозимо, П.Ф., Хоземанн, К.Е., Балабхадра, С. и др. (2005)Широко распространенная параллельная эволюция колюшек путем повторной фиксации аллелей эктодисплазина. Наука, 307, 1928–1933.

[20] Новембре, Дж. и Хан, Э. (2012) Структура человеческой популяции и адаптивная реакция на давление отбора, вызванное патогенами. Философские труды Королевского общества B, 367, 878–886.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]