Выборочная развертка

редактировать

В генетика, выборочная развертка - это процесс, посредством которого новая полезная мутация, которая увеличивает свою частоту и становится фиксированной (т. Е. Достигает частоты 1) в популяции приводит к уменьшению или устранению генетической вариации среди нуклеотидных последовательностей, которые находятся рядом с мутацией. При выборочном сканировании положительный отбор заставляет новую мутацию достигать фиксации так быстро, что сцепленные аллели могут «путешествовать автостопом», а также фиксироваться.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Выявление
  • 3 Связь с болезнями
  • 4 Участие в сельском хозяйстве и приручении
  • 5 У людей
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки

Обзор

Выборочная развертка может происходить, когда редкий или ранее не существовавший аллель, который увеличивает приспособленность носителя (относительно других членов популяция ) быстро увеличивается по частоте из-за естественного отбора. По мере увеличения распространенности такого полезного аллеля генетические варианты, которые случайно присутствуют на геномном фоне (окрестности ДНК) полезного аллеля, также станут более распространенными. Это называется генетическим автостопом. Избирательное сканирование из-за строго отобранного аллеля, который возник на единственном геномном фоне, поэтому приводит к области генома с большим уменьшением генетической изменчивости в этой области хромосомы. Идея о том, что сильный положительный отбор может уменьшить близлежащую генетическую изменчивость из-за автостопа, была предложена Джоном Мейнардом-Смитом и Джоном Хэем в 1974 году.

Не все зачистки уменьшают генетическую изменчивость одинаково. Свипы можно разделить на три основные категории:

  1. Ожидается, что "классическое избирательное сканирование" или "жесткое избирательное сканирование" произойдет, когда полезные мутации редки, но после того, как полезные мутации произошли, их частота быстро увеличивается, тем самым резко сокращая генетическая изменчивость в популяции.
  2. Так называемое «мягкое исключение из постоянной генетической изменчивости» происходит, когда ранее нейтральная мутация, которая присутствовала в популяции, становится полезной из-за изменения окружающей среды. Такая мутация может присутствовать на нескольких геномных фонах, так что, когда она быстро увеличивается по частоте, она не стирает все генетические вариации в популяции.
  3. Наконец, при возникновении мутаций происходит «мягкое сканирование множественного происхождения». распространены (например, в большой популяции), так что одни и те же или похожие полезные мутации возникают на разных геномных фонах, так что ни один геномный фон не может перемещаться автостопом до высокой частоты.
Это мультипликационный рисунок жесткого выборочного сканирования. Он показывает различные этапы (возникает полезная мутация, увеличивается частота и фиксируется в популяции) и влияние на близлежащие генетические вариации.

Свертывания не происходят, когда отбор одновременно вызывает очень небольшие сдвиги в частотах аллелей во многих локусах, каждый с стоячая вариация (полигенная адаптация ).

Это карикатура, изображающая мягкую выборочную развертку постоянной генетической изменчивости. На нем показаны различные этапы (нейтральная мутация становится полезной, увеличивается частота и устраняется в популяции) и их влияние на близлежащие генетические вариации. Это мультипликационный рисунок, на котором показано мягкое избирательное извлечение множественного происхождения из повторяющейся мутации. Он показывает различные этапы (возникает полезная мутация и частота ее увеличивается, но до ее исправления та же мутация возникает снова на втором геномном фоне, вместе мутации фиксируются в популяции) и влияние на близлежащие генетические вариации.

Обнаружение

Произошло ли выборочное сканирование или нет, можно исследовать различными способами. Один из методов состоит в измерении неравновесия по сцеплению, т.е. того, чрезмерно ли представлен в популяции данный гаплотип. При нейтральной эволюции генетическая рекомбинация приведет к перетасовке различных аллелей внутри гаплотипа, и ни один гаплотип не будет доминировать в популяции. Однако во время выборочного сканирования отбор по положительно выбранному варианту гена также приведет к отбору соседних аллелей и уменьшит возможность рекомбинации. Следовательно, наличие сильного неравновесия по сцеплению может указывать на недавнее селективное сканирование и может использоваться для идентификации сайтов, которые недавно подвергались селекции.

Было проведено множество сканирований для выборочного обследования людей и других видов с использованием различных статистических подходов и предположений.

В отношении кукурузы, недавнее сравнение генотипов желтой и белой кукурузы, окружающих Y1— ген фитоенсинтетазы, ответственный за желтый цвет эндосперма, демонстрирует убедительные доказательства избирательного охвата желтой зародышевой плазмы, снижая разнообразие в этом локусе и неравновесие сцепления в окружающих регионах. Линии белой кукурузы отличаются повышенным разнообразием и отсутствием доказательств неравновесия по сцеплению, связанного с выборочной зачисткой.

Релевантность для болезни

Поскольку селективная уборка обеспечивает быструю адаптацию, они были названы ключевым фактором в способность патогенных бактерий и вирусов атаковать своих хозяев и выжить с помощью лекарств, которые мы используем для их лечения. В таких системах конкуренция между хозяином и паразитом часто характеризуется как эволюционная «гонка вооружений», поэтому чем быстрее один организм может изменить свой метод атаки или защиты, тем лучше. В другом месте это описано гипотезой Красной Королевы. Излишне говорить, что более эффективный патоген или более устойчивый хозяин будет иметь адаптивное преимущество перед его аналогами, обеспечивая топливо для избирательного охвата.

Один из примеров - вирус гриппа человека , который на протяжении сотен лет участвовал в адаптационном соревновании с людьми. Хотя антигенный дрейф (постепенное изменение поверхностных антигенов) считается традиционной моделью изменений вирусного генотипа, недавние данные свидетельствуют о том, что избирательное сканирование также играет важную роль. В некоторых популяциях гриппа время до появления самого последнего общего предка (TMRCA) «сестринских» штаммов, свидетельство родства, предполагает, что все они произошли от общего предка всего за несколько лет. Периоды низкого генетического разнообразия, предположительно являющиеся результатом генетических перемещений, уступили место возрастающему разнообразию, поскольку различные штаммы адаптировались к своим местам.

Похожий случай можно найти у Toxoplasma gondii, необычайно мощного простейшего паразита, способного заражать теплокровных животных. Недавно было обнаружено, что T. gondii существует только в трех клональных линиях во всей Европе и Северной Америке. Другими словами, существует только три генетически разных штамма этого паразита во всем Старом Свете и большей части Нового Света. Эти три штамма характеризуются единственной мономорфной версией гена Chr1a, которая возникла примерно в то же время, что и три современных клона. Тогда выяснилось, что появился новый генотип, содержащий эту форму Chr1a, и охватил всю европейскую и североамериканскую популяцию Toxoplasma gondii, принеся с собой остальную часть ее генома через генетический автостоп. Южноамериканские штаммы T. gondii, которых гораздо больше, чем существуют где-либо еще, также несут этот аллель Chr1a.

Участие в сельском хозяйстве и одомашнивании

Редко генетическая изменчивость и ее противодействующие силы, включая адаптацию, более актуальны, чем создание домашних и сельскохозяйственных видов. Возделываемые культуры, например, были по существу генетически модифицированы в течение более десяти тысяч лет, подвергались искусственному селективному давлению и были вынуждены быстро адаптироваться к новым условиям. Селективное обследование обеспечивает основу, из которой могли появиться различные сорта.

Например, недавнее исследование генотипа кукурузы (Zea mays ) выявило десятки древних выборочных обследований, объединяющих современные сорта на основе общих генетических данных, возможно, восходящих к дикой аналогу домашней кукурузы, teosinte. Другими словами, хотя искусственный отбор сформировал геном кукурузы в виде ряда четко адаптированных сортов, селективный поиск, действующий на ранних этапах его развития, обеспечивает унифицирующую гомоплазию генетической последовательности. В некотором смысле, давно зарытые подметания могут свидетельствовать о наследственном состоянии кукурузы и теосинте, выясняя общий генетический фон между ними.

Другой пример роли выборочной уборки в одомашнивании - курица. Шведская исследовательская группа недавно использовала методы параллельного секвенирования для изучения восьми культивируемых разновидностей курицы и их ближайшего дикого предка с целью выявления генетического сходства в результате выборочного обследования. Им удалось обнаружить доказательства нескольких избирательных движений, в первую очередь в гене, отвечающем за рецептор тиреотропного гормона (TSHR ), который регулирует метаболические и связанные с фотопериодом элементы воспроизводства. Это говорит о том, что в какой-то момент приручения курицы выборочная зачистка, вероятно, вызванная вмешательством человека, незаметно изменила репродуктивную систему птицы, предположительно в пользу ее манипуляторов-людей.

У людей

Примеры избирательных зачисток у людей представлены в вариантах, влияющих на персистентность лактазы и адаптацию к большой высоте.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-07 09:17:55
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте