Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ортақ атадан рекомбинациясыз мұрагерлік нәтижесінде бірдей нуклеотидтік тізбек.
Identical nucleotide sequence due to inheritance without recombination from a common ancestor
Егер екі немесе одан көп адамдағы ДНК сегментінің нуклеотидтік тізбегі бірдей болса, онда ол сегмент күй бойынша бірдей (IBS) деп аталады. Егер олар ортақ атадан рекомбинациясыз мұра еткен болса, яғни сегменттің осы адамдардағы шығу тегі бірдей болса, онда IBS сегменті тегі бойынша бірдей (IBD) болып табылады. IBD сегменттері анықтама бойынша IBS болып табылады, бірақ IBD емес сегменттер әртүрлі адамдардағы бірдей мутациялар немесе сегментті өзгертпейтін рекомбинациялар салдарынан да IBS болуы мүмкін.
A DNA segment is identical by state (IBS) in two or more individuals if they have identical nucleotide sequences in this segment. An IBS segment is identical by descent (IBD) in two or more individuals if they have inherited it from a common ancestor without recombination, that is, the segment has the same ancestral origin in these individuals. DNA segments that are IBD are IBS per definition, but segments that are not IBD can still be IBS due to the same mutations in different individuals or recombinations that do not alter the segment.
Теория
Егер шектеулі популяциядағы барлық адамдар жеткілікті ұзақ уақытқа дейін теріс іздерге қайтарылса, олар геномдарының сегменттерін IBD (ішкі туыстық гомозиготтану) арқылы бөліседі. Мейоз кезінде IBD сегменттері рекомбинация нәтижесінде үзіледі. Сондықтан, IBD сегментінің күтілетін ұзындығы сегменттің локусындағы ең жақын ортақ ата-бабадан бергі ұрпақтар санына байланысты. n ұрпақ бұрынғы ортақ ата-бабадан туындаған (яғни 2n мейозға қатысқан) IBD сегменттерінің ұзындығы орташа 1/(2n) Морган (M) болатын экспоненциалды үлестірімге ие. Осы локустағы ортақ ата-бабадан бергі ұрпақтар саны артқан сайын күтілетін IBD сегменттерінің саны азаяды. Нақты ДНК сегменті үшін IBD болу ықтималдығы әр мейозда осы сегменттің 1/2 ықтималдықпен берілуіне байланысты 2−2n дейін төмендейді.
All individuals in a finite population are related if traced back long enough and will, therefore, share segments of their genomes IBD. During meiosis segments of IBD are broken up by recombination. Therefore, the expected length of an IBD segment depends on the number of generations since the most recent common ancestor at the locus of the segment. The length of IBD segments that result from a common ancestor n generations in the past (therefore involving 2n meiosis) is exponentially distributed with mean 1/(2n) Morgans (M). The expected number of IBD segments decreases with the number of generations since the common ancestor at this locus. For a specific DNA segment, the probability of being IBD decreases as 2−2n since in each meiosis the probability of transmitting this segment is 1/2.
Қолданбалар
БЖЗ сегменттерінің кең ауқымды қолданысқа ие болуы мүмкін. Жоғарыда айтылғандай, IBD-мен ортақ бөлісетін мөлшер (ұзындығы және саны) тексеріліп жатқан адамдардың туысқандық байланысына байланысты. Сондықтан, IBD сегментін анықтаудың бір қолданысы – туысқандық дәрежесін анықтау. Туысқандық дәрежесін анықтау сот-медициналық генетикада қолданыла алады, сонымен қатар генетикалық байланыс картасындағы ақпаратты арттыруға және стандартты қауымдастыру зерттеулерінде құжатталмаған туысқандық байланыстардан туындаған бұрмалауды азайтуға көмектеседі. IBD-нің тағы бір қолданысы – генотипті импутация және гаплотип фазасын анықтау. Ұзақ ортақ IBD сегменттері, қысқа аймақтармен бөлінген болса, фазалау қателіктерін көрсете алады. Браунинг пен Томпсон симуляциялық деректерді пайдаланып, IBD картасының бір гендегі бірнеше сирек варианттар ауруға бейімділікке әсер еткен кезде, қауымдастыру тестілеуінен артық күшке ие екенін көрсетті. Houwen және авторлар тобы IBD-мен ортақ бөлісетін ақпаратты пайдаланып, оқшауланған балық аулау тобындағы қаусыз рецидивті ішкі бауыр холестазы үшін жауапты геннің хромосомалық орналасуын анықтады. Kenny және авторлар тобы плазмадағы өсімдік стеролдарының (PPS) деңгейі бойынша геномдық ауқымды қауымдастыру зерттеуінен (GWAS) алынған сигналды нақтылау үшін оқшауланған популяцияны қолданды, PPS холестериннің ішекте сіңуінің аралық өлшемі болып табылады. Francks және авторлар тобы жағдай-бақылау үлгілерінің генотиптік деректерін пайдаланып, шизофрения және екіполярлық бұзылысқа бейімділік орнын анықтауға қол жеткізді. Lin және авторлар тобы көптеген склерозбен ауыратын науқастардың деректер жиынтығында геномдық ауқымды байланыс сигналын анықтады. Letouzé және авторлар тобы қатерлі ісік үлгілеріндегі бастапқы мутацияларды іздеу үшін IBD картасын қолданды.
Identified IBD segments can be used for a wide range of purposes. As noted above the amount (length and number) of IBD sharing depends on the familial relationships between the tested individuals. Therefore, one application of IBD segment detection is to quantify relatedness. Measurement of relatedness can be used in forensic genetics, but can also increase information in genetic linkage mapping and help to decrease bias by undocumented relationships in standard association studies. Another application of IBD is genotype imputation and haplotype phase inference. Long shared segments of IBD, which are broken up by short regions may be indicative for phasing errors. Using simulated data, Browning and Thompson showed that IBD mapping has higher power than association testing when multiple rare variants within a gene contribute to disease susceptibility. Houwen et al. used IBD sharing to identify the chromosomal location of a gene responsible for benign recurrent intrahepatic cholestasis in an isolated fishing population. Kenny et al. also used an isolated population to fine map a signal found by a genome wide association study (GWAS) of plasma plant sterol (PPS) levels, a surrogate measure of cholesterol absorption from the intestine. Francks et al. was able to identify a potential susceptibility locus for schizophrenia and bipolar disorder with genotype data of case control samples. Lin et al. found a genome wide significant linkage signal in a dataset of multiple sclerosis patients. Letouzé et al. used IBD mapping to look for founder mutations in cancer samples.
IBD популяциялық генетикада
Адам геномындағы табиғи іріктеуді анықтау, сонымен қатар, анықталған ЖЖБ (Жақын туыстық байланыс) сегменттері арқылы мүмкін. Іріктеу әдетте популяциядағы адамдар арасында ЖЖБ сегменттерінің санын арттырады. ЖЖБ-ны артық бөлісетін аймақтарды сканерлеу арқылы адам геномының күшті, жақында ғана іріктеуге ұшыраған аймақтарын анықтауға болады. Бұдан өзге, ЖЖБ сегменттері популяция құрылымына басқа да ықпалдарды өлшеу және анықтау үшін пайдалы болуы мүмкін. Gusev және авторлар ЖЖБ сегменттерін қосымша модельдеумен демографиялық тарихты, соның ішінде тартылыстар мен араласуды бағалау үшін пайдалануға болатынын көрсетті. Botigué және авторлар еуропалық популяциялар арасындағы африкалық тектің айырмашылықтарын зерттеді. Ralph пен Coop түрлі еуропалық популяциялардың ортақ тегін анықтау үшін ЖЖБ анықтауды қолданды, ал Gravel және авторлар Американың генетикалық тарихы туралы қорытынды жасауға тырысты. Ringbauer және авторлар соңғы ғасырлардағы Шығыс Еуропадағы таралуды бағалау үшін ЖЖБ сегменттерінің географиялық құрылымын пайдаланды. 1000 геном деректерін пайдалану арқылы Hochreiter Африка, Азия және Еуропа популяциялары арасындағы ЖЖБ бөлісудегі айырмашылықтарды, сондай-ақ неандерталь немесе Денисова сияқты ежелгі геномдармен бөлісетін ЖЖБ сегменттерін анықтады.
Detection of natural selection in the human genome is also possible via detected IBD segments. Selection will usually tend to increase the number of IBD segments among individuals in a population. By scanning for regions with excess IBD sharing, regions in the human genome that have been under strong, very recent selection can be identified. In addition to that, IBD segments can be useful for measuring and identifying other influences on population structure. Gusev et al. showed that IBD segments can be used with additional modeling to estimate demographic history including bottlenecks and admixture. Botigué et al. investigated differences in African ancestry among European populations. Ralph and Coop used IBD detection to quantify the common ancestry of different European populations and Gravel et al. similarly tried to draw conclusions of the genetic history of populations in the Americas. Ringbauer et al. utilized geographic structure of IBD segments to estimate dispersal within Eastern Europe during the last centuries. Using the 1000 Genomes data Hochreiter found differences in IBD sharing between African, Asian and European populations as well as IBD segments that are shared with ancient genomes like the Neanderthal or Denisova.