F -статистика

Не путать со статистикой «F-теста», используемой в общих статистических выводах. См. F-тест и F-распределение .

В популяционной генетике F - статистика (также известная как индексы фиксации ) описывает статистически ожидаемый уровень гетерозиготности в популяции; более конкретно, ожидаемая степень (обычно) снижения гетерозиготности по сравнению с ожиданием Харди-Вайнберга .

F -статистику также можно рассматривать как меру корреляции между генами, взятыми на разных уровнях (иерархически) разделенной популяции. На эту корреляцию влияют несколько эволюционных процессов, таких как генетический дрейф , эффект основателя , узкое место , генетический автостоп , мейотический драйв , мутация , поток генов , инбридинг , естественный отбор или эффект Валунда , но изначально она была разработана для измерения количества аллельная фиксация вследствие генетического дрейфа .

Концепция F -статистики была разработана в 1920-е годы американским генетиком Сьюэллом Райтом , который интересовался инбридингом крупного рогатого скота . Однако, поскольку полное доминирование приводит к тому, что фенотипы и доминантных гомозигот гетерозигот становятся одинаковыми, только с появлением молекулярной генетики с 1960-х годов гетерозиготность в популяциях можно было измерить.

F можно использовать для определения эффективной численности населения .

Определения и уравнения

Меры FIS _, FST и _. FIT _{связаны} с уровнем гетерозиготности на различных уровнях структуры популяции Вместе они называются F -статистикой и являются производными от F , коэффициента инбридинга . В простой двухаллельной системе с инбридингом генотипические частоты составляют:

$p^{2}(1-F)+pF{\text{ for }}\mathbf {AA} ;\ 2pq(1-F){\text{ for }}\mathbf {Aa} ;{\text{ and }}q^{2}(1-F)+qF{\text{ for }}\mathbf {aa} .$

Значение для $F$ находится путем решения уравнения для $F$ с использованием гетерозигот в указанной выше инбредной популяции. Это становится единицей минус наблюдаемая частота гетерозигот в популяции, деленная на ожидаемую частоту гетерозигот при равновесии Харди-Вайнберга :

$F=1-{\frac {\operatorname {O} (f(\mathbf {Aa} ))}{\operatorname {E} (f(\mathbf {Aa} ))}}=1-{\frac {\operatorname {ObservedFrequency} (\mathbf {Aa} )}{\operatorname {ExpectedFrequency} (\mathbf {Aa} )}},\!$

где ожидаемая частота в равновесии Харди – Вайнберга определяется выражением

$\operatorname {E} (f(\mathbf {Aa} ))=2pq,\!$

где $p$ и $q$ являются аллелей частотами $\mathbf {A}$ и $\mathbf {a}$, соответственно. Это также вероятность того, что в любом локусе две аллели от случайного индивидуума из популяции идентичны по происхождению .

Например, рассмотрим данные Э. Б. Форда (1971) об одной популяции алой тигровой бабочки :

Таблица 1:

Генотип	Белопятнистый ( $\mathbf {AA}$)	Средний ( $\mathbf {Aa}$)	Немного пятен( $\mathbf {aa}$)	Общий
Число	1469	138	5	1612

Исходя из этого, можно рассчитать частоты аллелей и определить ожидание $f\left(\mathbf {Aa} \right)$ полученный :

$p={2\times \mathrm {obs} (AA)+\mathrm {obs} (Aa) \over 2\times (\mathrm {obs} (AA)+\mathrm {obs} (Aa)+\mathrm {obs} (aa))}=0.954$

$q=1-p=0.046\,$

$F=1-{\frac {\mathrm {obs} (Aa)/n}{2pq}}=1-{138/1612 \over 2(0.954)(0.046)}=0.023$

Различные F-статистики рассматривают разные уровни структуры населения. F _IT — коэффициент инбридинга особи ( I ) по отношению к общей ( T ) популяции, как указано выше; F _IS — коэффициент инбридинга особи ( I ) по отношению к субпопуляции ( S ), используя приведенные выше значения для субпопуляций и усредняя их; и F _ST представляет собой влияние субпопуляций ( S ) по сравнению с общей численностью населения ( T ) и рассчитывается путем решения уравнения:

$(1-F_{IS})(1-F_{ST})=1-F_{IT},\,$

как показано в следующем разделе.

Разделение по структуре населения

$F_{IT}$ можно разделить на $F_{ST}$ из-за эффекта Валунда и $F_{IS}$ из-за инбридинга .

Рассмотрим популяцию, имеющую структуру двухуровневую ; один от индивидуума (I) к субпопуляции (S) и один от субпопуляции к общей численности (T). Тогда общая сумма $F$, известный здесь как $F_{IT}$, можно разделить на $F_{IS}$ и $F_{ST}$:

$1-F_{IT}=(1-F_{IS})\,(1-F_{ST}).\!$

Его можно дополнительно разделить на подструктуру населения, и он расширяется в соответствии с правилами биномиального расширения , так что для I- разделов:

$1-F=\prod _{i=0}^{i=I}(1-F_{i,i+1})\!$

Индекс фиксации

Основная статья: Индекс фиксации

Переформулировка определения $F$ будет отношением среднего числа различий между парами хромосом, отобранных у диплоидных особей, со средним числом, полученным при случайном отборе хромосом из популяции (исключая группировку на одну особь). Можно изменить это определение и рассмотреть группировку по подгруппам населения, а не по отдельным лицам. Популяционные генетики использовали эту идею для измерения степени структурированности популяции.

К сожалению, существует большое количество определений понятия $F_{ST}$, вызывая некоторую путаницу в научной литературе. Распространенным определением является следующее:

$F_{ST}={\frac {\operatorname {var} (\mathbf {p} )}{p\,(1-p)}}\!$

где дисперсия $\mathbf {p}$ рассчитывается по подгруппам населения и $p\,(1-p)$ – ожидаемая частота гетерозигот.

Индекс фиксации в человеческих популяциях

Хорошо известно, что генетическое разнообразие среди человеческих популяций невелико. хотя распределение генетического разнообразия оценивалось лишь приблизительно. Ранние исследования утверждали, что 85–90% генетических вариаций обнаруживается у людей, проживающих в одних и тех же популяциях внутри континентов (внутриконтинентальные популяции), и только дополнительные 10–15% обнаруживаются между популяциями разных континентов (континентальные популяции). Более поздние исследования, основанные на сотнях тысяч однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), показали, что генетическое разнообразие между континентальными популяциями еще меньше и составляет от 3 до 7%. Более позднее исследование, основанное на трех миллионах SNP, показало, что 12% генетических вариаций обнаруживается между континентальными популяциями и только 1% внутри них. В большинстве этих исследований использовалась F _ST. статистика или тесно связанная статистика.

См. также

• Метод совместного происхождения Малеко
• Гетерозиготность
• Q _ST -F _ST анализы

Внешние ссылки

• Простое руководство Шейна по F-статистике
• Анализ генетической структуры популяций
• Эффект Валунда, F-статистика Райта. Архивировано 27 мая 2005 г. в Wayback Machine.
• Проработанный пример расчета F-статистики по генотипическим данным
• F-статистика на основе IAM
• F-статистика для эко-инструмента популяционной генетики
• Структура населения (слайды)