Jump to content

Эффективная численность населения

(Перенаправлено с «Эффективное население »)

Эффективный размер популяции ( N e ) — это размер идеализированной популяции , которая будет испытывать ту же скорость генетического дрейфа или увеличения инбридинга, что и реальная популяция. Идеализированные популяции основаны на нереалистичных, но удобных предположениях, включая случайное спаривание, одновременное рождение каждого нового поколения и постоянный размер популяции. Для большинства представляющих интерес величин и большинства реальных групп населения N e меньше, чем численность переписной совокупности N реальной популяции. [ 1 ] Одна и та же популяция может иметь несколько эффективных размеров популяции для разных интересующих свойств, включая генетический дрейф и инбридинг.

Эффективный размер популяции чаще всего измеряется по времени слияния . В идеализированной диплоидной популяции без отбора ни в одном локусе ожидание времени слияния поколений равно удвоенному размеру переписной популяции. Эффективный размер популяции измеряется как внутривидовое генетическое разнообразие, деленное на четырехкратную частоту мутаций. , поскольку в такой идеализированной популяции гетерозиготность равна . В популяции с отбором во многих локусах и обильным неравновесием по сцеплению эффективный размер объединенной популяции может вообще не отражать размер переписной популяции или может отражать ее логарифм.

Понятие эффективной численности популяции было введено в область популяционной генетики в 1931 американским генетиком Сьюэллом Райтом . [ 2 ] [ 3 ]

Обзор: типы эффективной численности населения

[ редактировать ]

В зависимости от интересующей численности эффективная численность популяции может быть определена несколькими способами. Рональд Фишер и Сьюэлл Райт первоначально определили это как «количество размножающихся особей в идеализированной популяции , которые демонстрировали бы такую ​​​​же степень дисперсии частот аллелей при случайном генетическом дрейфе или ту же степень инбридинга, что и рассматриваемая популяция». В более общем смысле эффективный размер популяции можно определить как количество особей в идеализированной популяции, у которых значение любой заданной генетической величины популяции равно значению этой величины в интересующей популяции. Двумя популяционными генетическими величинами, определенными Райтом, были увеличение дисперсии в одном поколении между повторяющимися популяциями (эффективный размер популяции дисперсии) и изменение коэффициента инбридинга в одном поколении (эффективный размер популяции инбридинга) . Эти два тесно связаны между собой и получены на основе F-статистики , но они не идентичны. [ 4 ]

Сегодня эффективный размер популяции обычно оценивается эмпирически с учетом времени пребывания или слияния , которое оценивается как внутривидовое генетическое разнообразие , деленное на скорость мутаций , что дает эффективный размер слившейся популяции . [ 5 ] Другой важный эффективный размер популяции — это эффективный размер популяции отбора 1/s критический , где s критический — критическое значение коэффициента отбора , при котором отбор становится более важным, чем генетический дрейф . [ 6 ]

Эмпирические измерения

[ редактировать ]

В популяциях дрозофилы размером 16 переписи эффективный размер популяции дисперсии был измерен как равный 11,5. [ 7 ] Это измерение было достигнуто путем изучения изменений частоты нейтрального аллеля от одного поколения к другому в более чем 100 повторных популяциях.

Для объединенных эффективных размеров популяций обзор публикаций по 102 видам животных и растений, в основном диких животных, дал 192 N e / N. отношения В обзорных исследованиях использовалось семь различных методов оценки. Соответственно, соотношения варьировались в широких пределах: от 10 -6 для тихоокеанских устриц до 0,994 для человека, в среднем 0,34 для исследованных видов. На основе этих данных они впоследствии оценили более полные соотношения, учитывающие колебания численности населения, различия в размерах семей и неравное соотношение полов. Эти соотношения в среднем составляют всего 0,10-0,11. [ 8 ]

Генеалогический анализ людей-охотников-собирателей ( эскимосов ) определил соотношение эффективной и переписной численности популяции по гаплоидным (митохондриальная ДНК, ДНК Y-хромосомы) и диплоидным (аутосомная ДНК) локусам отдельно: соотношение эффективной и переписной численности популяции. размер оценивался как 0,6–0,7 для аутосомной и Х-хромосомной ДНК, 0,7–0,9 для митохондриальной ДНК. ДНК и 0,5 для ДНК Y-хромосомы. [ 9 ]

Эффективный размер дисперсии

[ редактировать ]

В идеализированной популяционной модели Райта-Фишера условная дисперсия частоты аллеля , учитывая частоту аллеля в предыдущем поколении есть

Позволять обозначают ту же, обычно большую, дисперсию в фактической рассматриваемой совокупности. Дисперсия эффективного размера популяции определяется как размер идеализированной популяции с одинаковой дисперсией. Это находится заменой для и решение для что дает

Теоретические примеры

[ редактировать ]

В следующих примерах одно или несколько предположений о строго идеализированной популяции смягчаются, в то время как другие предположения сохраняются. Затем вычисляется эффективный размер дисперсии более мягкой модели популяции по отношению к строгой модели.

Изменения в численности населения

[ редактировать ]

Размер популяции меняется с течением времени. Предположим, что существует t непересекающихся поколений , тогда эффективный размер популяции определяется средним гармоническим размером популяции: [ 10 ]

Например, предположим, что размер популяции составлял N = 10, 100, 50, 80, 20, 500 для шести поколений ( t = 6). Тогда эффективный размер популяции представляет собой среднее гармоническое из них, что дает:

Обратите внимание, что это меньше среднего арифметического размера популяции, которое в этом примере составляет 126,7. В гармоническом среднем значении, как правило, доминирует наименьшее узкое место , через которое проходит популяция.

Раздельнополость

[ редактировать ]

Если популяция раздельнополая нет, , т.е. самооплодотворения то

или в более общем смысле,

где D представляет раздельнополость и может принимать значение 0 (не раздельнополый) или 1 (раздельнополый).

Когда N велико, N e приблизительно равно N , поэтому это обычно тривиально и часто игнорируется:

Разница в репродуктивном успехе

[ редактировать ]

Чтобы размер популяции оставался постоянным, каждая особь должна передать в среднем две гаметы в следующее поколение . Идеализированная популяция предполагает, что это соответствует распределению Пуассона , так что дисперсия количества внесенных гамет k равна среднему числу внесенных гамет, т. е. 2:

Однако в природных популяциях дисперсия часто превышает эту величину. Подавляющее большинство особей может не иметь потомства, а следующее поколение происходит лишь от небольшого числа особей, поэтому

Тогда эффективный размер популяции будет меньше и будет определяться следующим образом:

Обратите внимание: если дисперсия k меньше 2, N e больше N . В крайнем случае, когда в популяции нет различий в размере семьи, в лабораторной популяции, в которой число потомков искусственно контролируется, V k = 0 и N e = 2 N .

Нефишеровское соотношение полов

[ редактировать ]

Когда соотношение полов в популяции отличается от соотношения Фишера 1:1, эффективный размер популяции определяется следующим образом:

Где N m — количество самцов, а N f — количество самок. Например, с 80 мужчинами и 20 женщинами (абсолютная численность населения 100 человек):

Опять же, это приводит к тому, что N e становится меньше N .

Эффективный размер инбридинга

[ редактировать ]

Альтернативно, эффективный размер популяции можно определить, отметив, как средний коэффициент инбридинга меняется от одного поколения к другому, а затем определив N e как размер идеализированной популяции, которая имеет такое же изменение среднего коэффициента инбридинга, что и рассматриваемая популяция. . Презентация следует за Кемпторном (1957). [ 11 ]

Для идеализированной популяции коэффициенты инбридинга подчиняются рекуррентному уравнению

Используя панмиктический индекс (1 − F ) вместо коэффициента инбридинга, получаем приближенное рекуррентное уравнение

Разница в каждом поколении

Эффективный размер инбридинга можно найти, решив

Это

хотя исследователи редко используют это уравнение напрямую.

Теоретический пример: перекрывающиеся поколения и возрастная структура населения.

[ редактировать ]

Когда организмы живут дольше одного сезона размножения, эффективные размеры популяции должны учитывать таблицы смертности вида.

Гаплоидный

[ редактировать ]

Предположим, что это гаплоидная популяция с дискретной возрастной структурой. Примером может быть организм, который может пережить несколько отдельных сезонов размножения. Далее определим следующие характеристики возрастной структуры:

Репродуктивная ценность Фишера в зависимости от возраста ,
Шанс, что человек доживет до старости , и
Число новорожденных особей за сезон размножения.

Время генерации рассчитывается как

средний возраст воспроизводящейся особи

Тогда эффективный размер популяции инбридинга равен [ 12 ]

Диплоидный

[ редактировать ]

Аналогичным образом можно рассчитать эффективное число инбридинга для диплоидной популяции с дискретной возрастной структурой. Впервые об этом сообщил Джонсон. [ 13 ] но обозначения больше напоминают Эмига и Поллака. [ 14 ]

Предположим, что для таблицы смертности используются те же основные параметры, что и для гаплоидного случая, но с различием между мужчинами и женщинами, например N 0. ƒ и Н 0 м для количества новорожденных самок и самцов соответственно (обратите внимание на строчную букву ƒ для самок и на прописную букву F для инбридинга).

Эффективное число инбридинга равно

Эффективный размер коалесцента

[ редактировать ]

Согласно нейтральной теории молекулярной эволюции , нейтральный аллель сохраняется в популяции на протяжении поколений Ne, где Ne — эффективный размер популяции. Идеализированная диплоидная популяция будет иметь попарное разнообразие нуклеотидов, равное 4. Ne, where это скорость мутации. Таким образом, эффективный размер популяции пребывания может быть оценен эмпирически путем деления разнообразия нуклеотидов на скорость мутаций. [ 5 ]

Эффективный размер слияния может иметь мало отношения к количеству особей, физически присутствующих в популяции. [ 15 ] Измеренные размеры эффективной коалесцентной популяции различаются между генами в одной и той же популяции: они низкие в областях генома с низкой рекомбинацией и высокие в областях генома с высокой рекомбинацией. [ 16 ] [ 17 ] Время пребывания пропорционально N в нейтральной теории, но для отбираемых аллелей время пребывания пропорционально log(N). Генетический автостоп может привести к тому, что время пребывания нейтральных мутаций будет пропорционально log(N): это может объяснить взаимосвязь между измеренным эффективным размером популяции и скоростью локальной рекомбинации. [ нужна ссылка ]

Выбор эффективного размера

[ редактировать ]

В идеализированной модели Райта-Фишера судьба аллели, начиная с промежуточной частоты, в значительной степени определяется отбором, если коэффициент отбора s ≫ 1/N, и в значительной степени определяется нейтральным генетическим дрейфом, если s ≪ 1/N. В реальных популяциях пороговое значение s может вместо этого зависеть от скорости локальной рекомбинации. [ 6 ] [ 18 ] Этот предел отбора в реальной популяции можно отразить в игрушечной симуляции Райта-Фишера посредством соответствующего выбора Ne. По прогнозам, популяции с разными эффективными размерами отбора разовьют совершенно разные архитектуры генома. [ 19 ] [ 20 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Эффективная численность населения» . Издательство Блэквелл . Проверено 4 марта 2018 г.
  2. ^ Райт С. (1931). «Эволюция менделевских популяций» (PDF) . Генетика . 16 (2): 97–159. дои : 10.1093/генетика/16.2.97 . ПМК   1201091 . ПМИД   17246615 .
  3. ^ Райт С. (1938). «Размер популяции и структура размножения по отношению к эволюции». Наука . 87 (2263): 430–431. дои : 10.1126/science.87.2263.425-a .
  4. ^ Джеймс Ф. Кроу (2010). «Райт и Фишер об инбридинге и случайном дрейфе» . Генетика . 184 (3): 609–611. дои : 10.1534/genetics.109.110023 . ПМЦ   2845331 . ПМИД   20332416 .
  5. ^ Jump up to: а б Линч, М.; Конери, Дж. С. (2003). «Истоки сложности генома». Наука . 302 (5649): 1401–1404. Бибкод : 2003Sci...302.1401L . CiteSeerX   10.1.1.135.974 . дои : 10.1126/science.1089370 . ПМИД   14631042 . S2CID   11246091 .
  6. ^ Jump up to: а б Р. А. Неер; Б.И. Шрайман (2011). «Генетический проект и квазинейтральность в больших факультативно-сексуальных популяциях» . Генетика . 188 (4): 975–996. arXiv : 1108.1635 . дои : 10.1534/genetics.111.128876 . ПМК   3176096 . ПМИД   21625002 .
  7. ^ Бури, П. (1956). «Частота генов в небольших популяциях мутантных дрозофил». Эволюция . 10 (4): 367–402. дои : 10.2307/2406998 . JSTOR   2406998 .
  8. ^ Р. Франкхэм (1995). «Соотношение эффективной численности и численности взрослой популяции в дикой природе: обзор» . Генетические исследования . 66 (2): 95–107. дои : 10.1017/S0016672300034455 .
  9. ^ С. Мацумура; П. Форстер (2008). «Время генерации и эффективная численность популяции полярных эскимосов» . Учебник биологических наук . 275 (1642): 1501–1508. дои : 10.1098/rspb.2007.1724 . ПМК   2602656 . ПМИД   18364314 .
  10. ^ Карлин, Сэмюэл (1 сентября 1968 г.). «Степень приближения к гомозиготности для конечных стохастических моделей с переменной численностью населения». Американский натуралист . 102 (927): 443–455. дои : 10.1086/282557 . ISSN   0003-0147 . S2CID   83824294 .
  11. ^ Кемпторн О (1957). Введение в генетическую статистику . Издательство Университета штата Айова.
  12. ^ Фельзенштейн Дж (1971). «Эффективные показатели инбридинга и дисперсии в популяциях с перекрывающимися поколениями» . Генетика . 68 (4): 581–597. дои : 10.1093/генетика/68.4.581 . ПМЦ   1212678 . ПМИД   5166069 .
  13. ^ Джонсон Д.Л. (1977). «Инбридинг в популяциях с перекрывающимися поколениями» . Генетика . 87 (3): 581–591. дои : 10.1093/генетика/87.3.581 . ПМЦ   1213763 . PMID   17248780 .
  14. ^ Эмиг Т.Х., Поллак Э. (1979). «Вероятности фиксации и эффективная численность популяции в диплоидных популяциях с перекрывающимися поколениями». Теоретическая популяционная биология . 15 (1): 86–107. Бибкод : 1979TPBio..15...86E . дои : 10.1016/0040-5809(79)90028-5 .
  15. ^ Гиллеспи, Дж. Х. (2001). «Влияет ли размер популяции вида на его эволюцию?» . Эволюция . 55 (11): 2161–2169. дои : 10.1111/j.0014-3820.2001.tb00732.x . ПМИД   11794777 .
  16. ^ Хан, Мэтью В. (2008). «К теории отбора молекулярной эволюции» . Эволюция . 62 (2): 255–265. дои : 10.1111/j.1558-5646.2007.00308.x . ПМИД   18302709 .
  17. ^ Мазель, Джоанна (2012). «Переосмысление Харди-Вайнберга и генетического дрейфа в бакалавриате по биологии». Биоэссе . 34 (8): 701–10. doi : 10.1002/bies.201100178 . ПМИД   22576789 . S2CID   28513167 .
  18. ^ Дэниел Б. Вайсман; Николас Х. Бартон (2012). «Пределы скорости адаптивного замещения в сексуальных популяциях» . ПЛОС Генетика . 8 (6): e1002740. дои : 10.1371/journal.pgen.1002740 . ПМЦ   3369949 . ПМИД   22685419 .
  19. ^ Линч, Майкл (2007). Истоки архитектуры генома . Синауэр Ассошиэйтс. ISBN  978-0-87893-484-3 .
  20. ^ Рэджон, Э.; Мазель, Дж. (2011). «Эволюция частоты молекулярных ошибок и последствия для эволюционности» . ПНАС . 108 (3): 1082–1087. Бибкод : 2011PNAS..108.1082R . дои : 10.1073/pnas.1012918108 . ПМК   3024668 . ПМИД   21199946 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 923222c26b97d67cf0db4a85426f0d4a__1723639320
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/92/4a/923222c26b97d67cf0db4a85426f0d4a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Effective population size - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)