Модель пошаговой мутации
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Апрель 2018 г. ) |
Модель пошаговой мутации (SMM) — это математическая теория , разработанная Мотоо Кимурой и Томоко Охтой , которая позволяет исследовать равновесное распределение частот аллелей в конечной популяции, где нейтральные аллели производятся поэтапно. [ 1 ]
Описание
[ редактировать ]Исходная модель предполагает, что если аллель имеет мутацию , вызывающую изменение ее состояния, мутации, возникающие в повторяющихся областях генома, будут увеличиваться или уменьшаться на одну повторяющуюся единицу с фиксированной скоростью (т. е. путем добавления или вычитания одного повтора). единица повторения на поколение), и эти изменения в состояниях аллелей выражаются целым числом (... A-1, A, A1,...). Модель также предполагает случайное спаривание и то, что все аллели избирательно эквивалентны для каждого локуса. [ 2 ] SMM отличается от модели Кимуры-Кроу, также известной как модель бесконечных аллелей (IAM), тем, что при увеличении размера популяции до бесконечности произведение N e ( эффективного размера популяции ) и частоты мутаций фиксируется. Среднее количество различных аллелей в популяции быстро достигает пика и плато, и в это время это значение почти совпадает с эффективным числом аллелей.
Таким образом, различия в длине « повторов простых последовательностей » (SSR) между людьми можно использовать для построения филогений (т.е. определения родства людей) или определения генетической дистанции между группами людей. Например, более генетически отдаленные особи будут демонстрировать большие различия в размере SSR, чем более близкородственные особи. [ 3 ] Учитывая основные предположения SMM, он получил широкое распространение для использования с микросателлитными маркерами , которые содержат повторяющиеся области, являются кодоминантными и имеют высокую скорость мутаций. [ 4 ] [ 5 ]
Для оценки генетической дифференциации с использованием модели SMM можно использовать ряд сводных статистических данных. К ним относятся количество аллелей, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность, а также частоты аллелей. Модель SMM учитывает частоту несовпадений между микросателлитными локусами, то есть количество раз, когда несовпадения отсутствуют, единичные несовпадения, 2 несовпадения и т. д. Различия в размерах аллелей используются для того, чтобы сделать выводы о генетическом расстоянии между людьми или популяциями. Сравнивая сводные статистические данные на разных уровнях организации, можно сделать выводы об истории населения. Например, мы можем изучить изменчивость размера аллелей внутри субпопуляции, а также внутри всей популяции, чтобы сделать какие-то выводы об истории популяции.
Однако построение филогений в рамках SMM осложняется тем фактом, что можно либо получить, либо потерять повторяющуюся единицу, поэтому аллели, идентичные по размеру, не обязательно идентичны по происхождению (т.е. они демонстрируют гомоплазию по размеру маркера ). [ 6 ] [ 5 ] Следовательно, СММ нельзя использовать для определения точного количества мутационных событий между двумя людьми. Например, человек А мог получить один дополнительный повтор (от предка, у которого было 9), тогда как человек Б мог потерять один повтор (от предка, у которого было 11), в результате чего у обоих людей было одинаковое количество микросателлитных повторов (что то есть 10 повторов для определенного локуса).
Ограничения
[ редактировать ]Некоторые важные предостережения и ограничения, которые следует учитывать при выборе молекулярных маркеров для оценки родства людей или различения популяций, включают следующее:
- Существуют ограничения, связанные с различными типами маркеров, и количество используемых маркеров может сильно влиять на аналитические результаты (при этом большее количество маркеров обычно демонстрирует большую способность разрешать генетические различия).
- Молекулярные маркеры предоставляют лишь «выборку» генетической информации для сравнения особей популяций и могут отличаться от фактической генетической дифференциации. Например, возможно, что два человека идентичны в данном локусе, имеют одну и ту же мутацию даже от общего предка, но могут различаться в других локусах, которые не наблюдались (или не секвенировались).
- Нулевые аллели не обнаруживаются с помощью простого SMM и дают очень неправильные результаты. [ 7 ]
Расширения
[ редактировать ]Исходная версия SMM была изменена различными способами для устранения этих недостатков, в том числе:
- с учетом верхнего предела размера большинства микроспутников [ 4 ]
- учет вероятности того, что крупные аллели будут демонстрировать более высокую частоту мутаций, чем мелкие аллели. [ 4 ]
- и включая вариации, которые предполагают, что мутации делятся на точечные мутации, которые нарушают участки повторов, и на добавление или удаление повторяющихся единиц. [ 4 ] Последнее предположение объясняет, почему микроспутники не превращаются в огромные массивы бесконечных размеров.
- Пири и др. 1999 год представляет узкое место [ 7 ]
- Ван Остерхаут и др. В 2004 году была представлена микропроверка , которая быстро стала широко использоваться для исправления некоторых распространенных ошибок SMM: нулевых аллелей , предпочтительного исключения аллелей больших аллелей, неправильного угадывания пиков заикания и типографских ошибок. [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кимура, Мотоо ; Охта, Томоко (1 июня 1978 г.). «Модель пошаговой мутации и распределение частот аллелей в конечной популяции» . Труды Национальной академии наук . 75 (6): 2868–2872. Бибкод : 1978PNAS...75.2868K . дои : 10.1073/pnas.75.6.2868 . ISSN 0027-8424 . JSTOR 68345 . ПМК 392666 . ПМИД 275857 . S2CID 8084577 .
- ^ Вальдес, AM; Слаткин, М.; Фреймер, НБ (1993). «Частоты аллелей в микросателлитных локусах: новый взгляд на модель пошаговой мутации» . Генетика . 133 (3): 737–49. дои : 10.1093/генетика/133.3.737 . ISSN 0016-6731 . ПМК 1205356 . ПМИД 8454213 .
- ^ Чен, X.; Чо, Ю.; Маккоуч, Сьюзен (2002). «Расхождение последовательностей микросателлитов риса у оризы и других видов растений». Молекулярная генетика и геномика . 268 (3): 331–343. дои : 10.1007/s00438-002-0739-5 . ISSN 1617-4615 . ПМИД 12436255 . S2CID 886970 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Эллегрен, Ганс (2004). «Микросателлиты: простые последовательности со сложной эволюцией». Обзоры природы Генетика . 5 (6): 435–445. дои : 10.1038/nrg1348 . ISSN 1471-0056 . ПМИД 15153996 . S2CID 11975343 .
- ^ Перейти обратно: а б Лаваль, Гийом; Сан-Кристобаль, Магали; Шевале, Клод (15 июля 2002 г.). «Измерение генетических расстояний между породами: использование некоторых расстояний в различных моделях краткосрочной эволюции» . Генетика, селекция, эволюция . 34 (4): 481–507. дои : 10.1186/1297-9686-34-4-481 . ISSN 1297-9686 . ПМК 2705457 . ПМИД 12270106 .
- ^ Эступ, Арно; Жарн, Филипп; Корнюэ, Жан-Мари (2002). «Модель гомоплазии и мутаций в микросателлитных локусах и их последствия для анализа популяционной генетики». Молекулярная экология . 11 (9): 1591–1604. дои : 10.1046/j.1365-294x.2002.01576.x . ISSN 0962-1083 . ПМИД 12207711 . S2CID 25797455 .
- ^ Перейти обратно: а б с Селкое, Кимберли А.; Тунен, Роберт Дж. (2006). «Микросателлиты для экологов: практическое руководство по использованию и оценке микросателлитных маркеров». Экологические письма . 9 (5): 615–629. дои : 10.1111/j.1461-0248.2006.00889.x . ISSN 1461-023X . ПМИД 16643306 .