Генетика популяций - Хедрик Ф.
ISBN 5-94836-007-5
Скачать (прямая ссылка):
ТАБЛИЦА 10.13. Схема действия храповика Мюллера во времени в популяции с бесполым размножением, где уи - пропорция особей с / вредными мутациями в момент времени t. С течением времени класс с наименьшим количеством мутаций случайно теряется вследствие отсутствия рекомбинаций и не может быть восстановлен. В результате храповик вращается только в одном направлении, а приспособленность популяции по мере накопления вредных мутаций снижается
Количество мутаций Время
t t+1 / +2 t + 3
0 Уо-, 0 0 0
1 Уи У1-.+1 0 0
2 Уъ, У21+1 У 21+2 0
3 У и >’з,+1 У 3 1 + 2 •Уз-,+3
/ Уп Ун +1 Уи + 2 Ум
Рисунок 10.15. Изменение аллельной частоты и пропорций исходной гетерозиготности в локусе В с течением времени при хичхайкинге, который является результатом отбора по локусу А.
Величина отбора, действующего на локусы, определяемая молекулярными методами, может быть так мала, что эти локусы, по существу, нейтральны для отбора, действующего на другие фоновые локусы. В этом случае один из наиболее значительных эффектов генетического хичхай-кинга - утрата гетерозиготности таких молекулярных вариантов в областях низкой рекомбинации, обусловленная выметающим отбором. Считается (Maynard Smith, Haigh,1974), что молекулярный полиморфизм может модифицироваться хичхайкингом в нейтральных генах, соседних с локусами, претерпевающими аллельные замены. Такие замены в близко сцепленных локусах могут сильно понизить гетерозиготность в других ассоциированных локусах. Предположим, что полиморфные и нейтральные аллели В| и S, в локусе В имеют равные исходные частоты и что новая благоприятная мутация (А ) с селективным преимуществом s = 0,2, образуется в локусе А на хромосоме В{ с исходной частотой 0,01. Так как два локуса тесно сцеплены (с = 0,01), то аллель A t передается в популяции и понижает гетерозиготность в локусе В до предельного значения около 40% и выметания его отбором (рисунок 10.15). Если рекомбинация гораздо ниже, скажем с = 0,001, тогда гетерозиготность в локусе В снижается почти до нуля. Чтобы связать этот эффект с изменчивостью внутри, или в окружении одного гена, Хадсон (Hudson et al., 1997) предположил, что селективное выметание при s = 0,01 может снизить изменчивость в сай-
тах на расстоянии до 10 т.п.н. от селективного локуса (при частоте рекомбинации, типичной для D.melanogaster).
Альтернативное объяснение низкой изменчивости в областях низкой рекомбинации - это отбор против вредных мутантов, тесно сцепленных с нейтральными вариантами - феномен, названный фоновым отбором (background selection), (Charlesworth et al., 1993). В этом случае хромосома, в которой появляется новая вредная мутация, действительно будет потеряна в результате отбора. Если мутантный и нейтральный локусы не рекомбинируют между собой, то, вариант в нейтральном локусе на этой хромосоме также будет потерян. Эффект каждого такого события мал, но при большом количестве вредных мутаций и их распространенности в геноме, они могут иметь значительный кумулятивный эффект. Хадсон и Каплан (Hudson, Kaplan, 1995) показали, что этот эффект приблизительно равен:
где тг и к - нуклеотидные разнообразия при фоновом отборе и без фонового отбора, и - скорость мутирования к вредному варианту на тысячу пар нуклеотидов, и с - степень локальной частоты рекомбинаций в определенной области. Они сравнили наблюдаемые эффекты с ожидаемыми для 15 генов на третьей хромосоме D.melanogaster (рисунок 10.16). Заметьте, что наблюдаемая степень разнообразия возрастает с возрастанием уровня локальной рекомбинации (заштрихованные кружки). Для сравнения теоретических прогнозов с этими наблюдениями они исследовали случаи, когда и = 0,0002 и тг0 = 0,012 (сплошная линия) и когда и = 0,00004 и п = 0,007 (пунктирная линия). В общем, эти кривые объясняют наблюдаемые взаимосвязи между разнообразием и рекомбинацией, а модели с меньшими приближениями дают даже лучшее соответствие (Hudson, Kaplan, 1995).
В общем, и выметающий, и фоновый отбор прогнозируют снижающееся разнообразие аллелей в областях с низкой рекомбинацией, как видно из ряда примеров с Drosophila (Berry et al., 1991;Begun, Aquadro, 1992).В отличие от фонового отбора, выметание отбором прогнозирует изменение в распределении вариантов из нейтральности с более низкими пропорциями редких аллелей (Braverman et al., 1995). Поэтому изучение наблюдаемых распределений - это способ различения двух процессов отбора. Хотя оба процесса, очевидно, имеют значение в данных обстоятельствах (Charlesworth, 1996), правомерность двух гипотез все еще не ясна, особенно в организмах, отличных от Drosophila. Для интерпретации эмпирических наблюдений пределов отбора используется алгоритм, разработанный Хиллом и Робертсоном (Hill, Robertson, 1966). Они пока-
К ~ 7tQe
-и! с
(10.11)
с
Рисунок 10.16. Наблюдаемое нуклеотидное разнообразие (л) для разных уровней рекомбинации (с) генов на третьей хромосоме D.melanogaster (сплошные кружки) и значения, предсказанные с помощью выражения 10.11, когда и = 0,0002 и 7ГВ = 0,012 (сплошная линия) и когда и = 0,00004 и л0 = 0,007 (пунктирная линия), (по Hudson, Kaplan, 1995).
