QST (генетика)

В количественной генетике Q ST _– это статистика, предназначенная для измерения степени генетической дифференциации популяций по количественному признаку . Он был разработан Кеном Спитцем в 1993 году. ^[1] Его название отражает то, что Q _ST должен был быть аналогом индекса фиксации одного генетического локуса (F _ST ). ^[2]^[3] Q _ST часто сравнивают с F _ST нейтральных локусов, чтобы проверить, является ли изменение количественного признака результатом дивергентного отбора или генетического дрейфа. Этот анализ известен как Q _ST –F _ST сравнения .

Расчет Q _ST

Уравнения

Q _ST представляет собой долю дисперсии среди субпопуляций, и его расчет является синонимом F _ST, разработанного Сьюоллом Райтом . ^[4] Однако вместо использования генетической дифференциации Q _ST рассчитывается путем определения дисперсии количественного признака внутри и между субпопуляциями, а также для всей популяции. ^[1] Дисперсия количественного признака среди популяций (σ ²_ГБ ) описывается как:

$\sigma _{GB}^{2}=(1-Q_{ST})\sigma _{T}^{2}$

А дисперсия количественного признака внутри популяций (σ ²_GW ) описывается как:

$\sigma _{GW}^{2}=2Q_{ST}\sigma _{T}^{2}$

Где σ ²_T — общая генетическая дисперсия во всех популяциях. Следовательно, Q _ST можно рассчитать по следующему уравнению:

$Q_{ST}={\frac {\sigma _{GB}^{2}}{\sigma _{GB}^{2}+2\sigma _{GW}^{2}}}$

Предположения

Расчет Q _ST осуществляется с учетом нескольких допущений: популяции должны находиться в равновесии Харди-Вайнберга , предполагается, что наблюдаемая изменчивость обусловлена только аддитивными генетическими эффектами , неравновесие отбора и сцепления отсутствует, ^[5] и субпопуляции существуют в рамках островной модели. ^[6]

Q _ST -F _STСравнение

Анализы Q _ST –F _ST часто включают культивирование организмов в одинаковых условиях окружающей среды, известные как обычные садовые эксперименты . ^[7] и сравнение фенотипической дисперсии с генетической дисперсией. Q _ST Если обнаруживается, что _{превышает F ST} , это интерпретируется как свидетельство дивергентного отбора, поскольку указывает на большую дифференциацию признака, чем могла бы возникнуть исключительно за счет генетического дрейфа . Если Q _ST меньше F _ST , выбор балансировки ожидается, что будет присутствовать . Если значения Q _ST и F _ST эквивалентны, наблюдаемая дифференциация признаков может быть связана с генетическим дрейфом. ^[6]

Подходящее сравнение Q _ST и F _ST зависит от множества экологических и эволюционных предположений. ^[8]^[9]^[10] и с момента разработки Q _ST в многочисленных исследованиях изучались ограничения и ограничения анализа Q _ST -F _ST . Лейнонен и др. примечания F _ST необходимо рассчитывать с нейтральными локусами, однако чрезмерная фильтрация ненейтральных локусов может искусственно снизить значения F _ST . ^[7] Кубри и др. обнаружено, что Q _ST снижается при наличии доминирования , что приводит к консервативным оценкам дивергентного отбора, когда Q _ST высокий, и неубедительным результатам балансирующего отбора, когда Q _ST низкий. ^[5] Кроме того, структура населения может существенно влиять на соотношение Q _ST -F _ST . Ступенчатые модели, которые могут генерировать больше эволюционного шума, чем островные модели, с большей вероятностью будут испытывать ошибки 1-го типа . ^[6] Если подмножество популяций выступает в качестве источников, например, во время инвазии , взвешивание генетического вклада каждой популяции может повысить выявление адаптации. ^[11] Чтобы повысить точность анализа Q _ST , в анализ следует включать больше популяций (>20). ^[12]

Применение Q _ST в литературе

использовался _{Во многих исследованиях Q ST} для разделения эффектов естественного отбора и генетического дрейфа, и _{Q ST} часто наблюдается превышение _{над F ST} , что указывает на местную адаптацию. ^[13] В исследовании экологического восстановления Бауэр и Эйткен использовали Q _ST для оценки подходящих популяций для переноса семян белокорой сосны . Они обнаружили высокие значения Q _ST во многих популяциях, что указывает на местную адаптацию к характеристикам адаптации к холоду. ^[14] Во время оценки инвазивных видов Brachypodium sylvaticum , Marchini et al. обнаружили расхождение между местными и инвазивными популяциями во время первоначального заселения ареала вторжения, но минимальное расхождение во время расширения ареала . ^[11] При исследовании львиного зева обыкновенного ( Antirhinum majus ) по градиенту высоты анализы Q _ST - _{F ST} выявили разные тенденции адаптации между двумя подвидами ( A. m. pseudomajus и A. m. striatum ). Хотя оба подвида встречаются на всех высотах, A. m. striatum имел высокие значения Q _ST для признаков, связанных с адаптацией к высоте: высота растения, количество ветвей и длина междоузлий. Являюсь. pseudomajus имел более низкие значения Q _ST , чем F _ST для времени прорастания. ^[15]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Шпитце К. (октябрь 1993 г.). «Структура популяции Daphnia obtusa: количественная генетическая и аллозимная изменчивость» . Генетика . 135 (2): 367–374. дои : 10.1093/генетика/135.2.367 . ПМК 1205642 . ПМИД 8244001 .
^ Уитлок MC (апрель 2008 г.). «Эволюционный вывод из QST» . Молекулярная экология . 17 (8): 1885–1896. дои : 10.1111/j.1365-294X.2008.03712.x . ПМИД 18363667 .
^ Маккей Дж. К., Латта Р. Г. (июнь 2002 г.). «Адаптивная дивергенция популяций: маркеры, QTL и признаки». Тенденции в экологии и эволюции . 17 (6): 285–291. дои : 10.1016/S0169-5347(02)02478-3 .
^ Райт С. (1949). «Генетическая структура популяций» . Анналы евгеники . 15 (4): 323–354. дои : 10.1111/j.1469-1809.1949.tb02451.x . ПМИД 24540312 .
^ Jump up to: ^а ^б Кубри П., Скотти И., Одду-Мураторио С., Лефевр Ф. (ноябрь 2017 г.). «Обобщение структуры Q _ST в иерархически структурированных популяциях: влияние инбридинга и доминирования» (PDF) . Ресурсы молекулярной экологии . 17 (6): е76–е83. дои : 10.1111/1755-0998.12693 . ПМИД 28681534 . S2CID 206947951 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с де Вильмерей П., Гаджотти О.Э., Гуде Ж (2022). «Обычные садовые эксперименты по изучению местной адаптации должны учитывать структуру населения» . Журнал экологии . 110 (5): 1005–1009. дои : 10.1111/1365-2745.13528 . hdl : 10023/24327 . ISSN 0022-0477 . S2CID 225136876 .
^ Jump up to: ^а ^б Лейнонен Т., Маккэрнс Р.Дж., О'Хара Р.Б., Мерила Дж. (март 2013 г.). «Сравнение Q (ST)-F (ST): эволюционные и экологические выводы из геномной гетерогенности». Обзоры природы. Генетика . 14 (3): 179–190. дои : 10.1038/nrg3395 . ПМИД 23381120 . S2CID 6312222 .
^ Пужоль Б., Уилсон А.Дж., Росс Р.И., Паннелл Дж.Р. (ноябрь 2008 г.). «Имеют ли смысл сравнения Q (ST)-F (ST) для природных популяций?». Молекулярная экология . 17 (22): 4782–4785. дои : 10.1111/j.1365-294X.2008.03958.x . ПМИД 19140971 . S2CID 11707577 .
^ Лейнонен Т., О'Хара Р.Б., Кано Дж.М., Мерила Дж. (январь 2008 г.). «Сравнительные исследования расхождения количественных признаков и нейтральных маркеров: метаанализ» . Журнал эволюционной биологии . 21 (1): 1–17. дои : 10.1111/j.1420-9101.2007.01445.x . ПМИД 18028355 . S2CID 1037769 .
^ Миллер-младший, Wood BP, Hamilton MB (октябрь 2008 г.). «F(ST) и Q(ST) в условиях нейтральности» . Генетика . 180 (2): 1023–1037. doi : 10.1534/genetics.108.092031 . ПМЦ 2567353 . ПМИД 18780742 .
^ Jump up to: ^а ^б Марчини Г.Л., Арредондо ТМ, Крузан МБ (ноябрь 2018 г.). «Селективная дифференциация при колонизации и создании новых инвазивных видов» . Журнал эволюционной биологии . 31 (11): 1689–1703. дои : 10.1111/jeb.13369 . ПМИД 30120791 . S2CID 52031406 .
^ О'Хара Р.Б., Мерила Дж. (ноябрь 2005 г.). «Смещение и точность оценок QST: проблемы и некоторые решения» . Генетика . 171 (3): 1331–1339. дои : 10.1534/genetics.105.044545 . ПМЦ 1456852 . ПМИД 16085700 .
^ Мерила, Дж.; Црнокрак, П. (2001). «Сравнение генетической дифференциации по маркерным локусам и количественным признакам: естественный отбор и генетическая дифференциация» . Журнал эволюционной биологии . 14 (6): 892–903. дои : 10.1046/j.1420-9101.2001.00348.x . S2CID 83979407 .
^ Бауэр, Эндрю Д.; Эйткен, Салли Н. (2008). «Руководство по экологической генетике и передаче семян Pinus albicaulis (Pinaceae)» . Американский журнал ботаники . 95 (1): 66–76. дои : 10.3732/ajb.95.1.66 . ПМИД 21632316 .
^ Марин, Сара; Жиберт, Анаис; Аршамбо, Жюльетта; Боном, Винсент; Лакост, Милен; Пужоль, Бенуа (2020). «Потенциальное адаптивное расхождение между подвидами и популяциями растений львиного зева, выведенное на основе сравнений Q ST – F ST» . Молекулярная экология . 29 (16): 3010–3021. дои : 10.1111/mec.15546 . ISSN 0962-1083 . ПМК 7540467 . ПМИД 32652730 .

[Spitze_1993-1] Jump up to: ^а ^б Шпитце К. (октябрь 1993 г.). «Структура популяции Daphnia obtusa: количественная генетическая и аллозимная изменчивость» . Генетика . 135 (2): 367–374. дои : 10.1093/генетика/135.2.367 . ПМК 1205642 . ПМИД 8244001 .

[2] Уитлок MC (апрель 2008 г.). «Эволюционный вывод из QST» . Молекулярная экология . 17 (8): 1885–1896. дои : 10.1111/j.1365-294X.2008.03712.x . ПМИД 18363667 .

[3] Маккей Дж. К., Латта Р. Г. (июнь 2002 г.). «Адаптивная дивергенция популяций: маркеры, QTL и признаки». Тенденции в экологии и эволюции . 17 (6): 285–291. дои : 10.1016/S0169-5347(02)02478-3 .

[4] Райт С. (1949). «Генетическая структура популяций» . Анналы евгеники . 15 (4): 323–354. дои : 10.1111/j.1469-1809.1949.tb02451.x . ПМИД 24540312 .

[Cubry_2017-5] Jump up to: ^а ^б Кубри П., Скотти И., Одду-Мураторио С., Лефевр Ф. (ноябрь 2017 г.). «Обобщение структуры Q _ST в иерархически структурированных популяциях: влияние инбридинга и доминирования» (PDF) . Ресурсы молекулярной экологии . 17 (6): е76–е83. дои : 10.1111/1755-0998.12693 . ПМИД 28681534 . S2CID 206947951 .

[de_Villemereuil_2022-6] Jump up to: ^а ^б ^с де Вильмерей П., Гаджотти О.Э., Гуде Ж (2022). «Обычные садовые эксперименты по изучению местной адаптации должны учитывать структуру населения» . Журнал экологии . 110 (5): 1005–1009. дои : 10.1111/1365-2745.13528 . hdl : 10023/24327 . ISSN 0022-0477 . S2CID 225136876 .

[Leinonen_2013-7] Jump up to: ^а ^б Лейнонен Т., Маккэрнс Р.Дж., О'Хара Р.Б., Мерила Дж. (март 2013 г.). «Сравнение Q (ST)-F (ST): эволюционные и экологические выводы из геномной гетерогенности». Обзоры природы. Генетика . 14 (3): 179–190. дои : 10.1038/nrg3395 . ПМИД 23381120 . S2CID 6312222 .

[8] Пужоль Б., Уилсон А.Дж., Росс Р.И., Паннелл Дж.Р. (ноябрь 2008 г.). «Имеют ли смысл сравнения Q (ST)-F (ST) для природных популяций?». Молекулярная экология . 17 (22): 4782–4785. дои : 10.1111/j.1365-294X.2008.03958.x . ПМИД 19140971 . S2CID 11707577 .

[9] Лейнонен Т., О'Хара Р.Б., Кано Дж.М., Мерила Дж. (январь 2008 г.). «Сравнительные исследования расхождения количественных признаков и нейтральных маркеров: метаанализ» . Журнал эволюционной биологии . 21 (1): 1–17. дои : 10.1111/j.1420-9101.2007.01445.x . ПМИД 18028355 . S2CID 1037769 .

[10] Миллер-младший, Wood BP, Hamilton MB (октябрь 2008 г.). «F(ST) и Q(ST) в условиях нейтральности» . Генетика . 180 (2): 1023–1037. doi : 10.1534/genetics.108.092031 . ПМЦ 2567353 . ПМИД 18780742 .

[:0-11] Jump up to: ^а ^б Марчини Г.Л., Арредондо ТМ, Крузан МБ (ноябрь 2018 г.). «Селективная дифференциация при колонизации и создании новых инвазивных видов» . Журнал эволюционной биологии . 31 (11): 1689–1703. дои : 10.1111/jeb.13369 . ПМИД 30120791 . S2CID 52031406 .

[12] О'Хара Р.Б., Мерила Дж. (ноябрь 2005 г.). «Смещение и точность оценок QST: проблемы и некоторые решения» . Генетика . 171 (3): 1331–1339. дои : 10.1534/genetics.105.044545 . ПМЦ 1456852 . ПМИД 16085700 .

[13] Мерила, Дж.; Црнокрак, П. (2001). «Сравнение генетической дифференциации по маркерным локусам и количественным признакам: естественный отбор и генетическая дифференциация» . Журнал эволюционной биологии . 14 (6): 892–903. дои : 10.1046/j.1420-9101.2001.00348.x . S2CID 83979407 .

[14] Бауэр, Эндрю Д.; Эйткен, Салли Н. (2008). «Руководство по экологической генетике и передаче семян Pinus albicaulis (Pinaceae)» . Американский журнал ботаники . 95 (1): 66–76. дои : 10.3732/ajb.95.1.66 . ПМИД 21632316 .

[15] Марин, Сара; Жиберт, Анаис; Аршамбо, Жюльетта; Боном, Винсент; Лакост, Милен; Пужоль, Бенуа (2020). «Потенциальное адаптивное расхождение между подвидами и популяциями растений львиного зева, выведенное на основе сравнений Q ST – F ST» . Молекулярная экология . 29 (16): 3010–3021. дои : 10.1111/mec.15546 . ISSN 0962-1083 . ПМК 7540467 . ПМИД 32652730 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

Расчет Q ST