Введение
Измерение расхождения между популяциями Генетическое расстояние является мерой генетического расхождения между видами или между популяциями внутри вида, независимо от того, измеряется ли расстояние от общего предка или степень дифференциации. Популяции с большим количеством схожих аллелей имеют небольшие генетические расстояния. Это указывает на то, что они тесно связаны и имеют недавнего общего предка. Генетическое расстояние полезно для реконструкции истории популяций, таких как многократная экспансия человека из Африки. Он также используется для понимания происхождения биоразнообразия. Например, генетические расстояния между разными породами домашних животных часто исследуются для того, чтобы определить, какие породы следует защищать для поддержания генетического разнообразия.
Genetic distance is a measure of the genetic divergence between species or between populations within a species, whether the distance measures time from common ancestor or degree of differentiation. Populations with many similar alleles have small genetic distances. This indicates that they are closely related and have a recent common ancestor. Genetic distance is useful for reconstructing the history of populations, such as the multiple human expansions out of Africa. It is also used for understanding the origin of biodiversity. For example, the genetic distances between different breeds of domesticated animals are often investigated in order to determine which breeds should be protected to maintain genetic diversity.
Процесс определения генетической дистанции
Недавний прогресс в технологии секвенирования и наличие всеобъемлющих геномных баз данных и биоинформатических инструментов, способных хранить и обрабатывать колоссальное количество данных, генерируемых передовой технологией секвенирования, значительно улучшили эволюционные исследования и понимание эволюционных отношений между видами.
Эволюционные силы, влияющие на генетическую дистанцию
Эволюционные силы, такие как мутации, генетический дрейф, естественный отбор и поток генов, управляют процессом эволюции и генетического разнообразия. Все эти силы играют важную роль в генетическом расстоянии внутри и между видами.
Меры
Существуют различные статистические меры, направленные на количественное определение генетических отклонений между популяциями или видами. Используя предположения, полученные в результате экспериментального анализа эволюционных сил, можно выбрать модель, которая более точно соответствует данному эксперименту для изучения генетической группы. Кроме того, сравнение того, насколько хорошо различные метрики моделируют определенные особенности популяции, такие как изоляция, может определить метрики, которые более подходят для понимания недавно изученных групп. Наиболее часто используемыми метриками генетического расстояния являются генетическое расстояние Неи и генетическое расстояние Рейнольдса, Вейра и Кокерхэма.
Расстояние между Джуксом и Кантором
Одной из самых основных и простых мер расстояния является расстояние кантора Жука. Эта мера построена на основе предположения, что не произошло никаких вставлений или удалений, все замены независимы и что каждое изменение нуклеотида имеет одинаковую вероятность. С помощью этих предположений мы можем получить следующее уравнение: где расстояние Кантора Жука между двумя последовательностями A и B, и где диссомонанс между двумя последовательностями.
where is the Jukes Cantor distance between two sequences A, and B, and being the dissimilarity between the two sequences.
Другие меры
Было предложено множество других мер генетического расстояния с разным успехом.
Ограничения простых формул расстояний
Хотя эти формулы легко и быстро поддаются расчету, предоставленная информация дает ограниченную информацию. Результаты этих формул не учитывают потенциальные эффекты изменения количества кодонов между популяциями или времени разделения между популяциями.
Индекс фиксации
Обычно используемым показателем генетического расстояния является индекс фиксации (FST), который варьируется от 0 до 1. Значение 0 указывает на то, что две популяции генетически идентичны (минимальное или отсутствие генетического разнообразия между двумя популяциями), тогда как значение 1 указывает на то, что две популяции генетически различны (максимальное генетическое разнообразие между двумя популяциями). Мутация не предполагается. Крупные популяции, между которыми происходит большая миграция, например, имеют тенденцию быть мало дифференцированными, тогда как небольшие популяции, между которыми происходит небольшая миграция, имеют тенденцию быть сильно дифференцированными. FST является удобной мерой этой дифференциации, и в результате FST и связанная статистика являются одной из наиболее широко используемых описательных статистических данных в популяционной и эволюционной генетике. Но FST - это не просто описательная статистика и мера генетической дифференциации. FST напрямую связана с вариацией частоты аллелей среди популяций и, наоборот, с степенью сходства между индивидуумами в популяциях. Если FST небольшой, это означает, что частоты аллелей в каждой популяции очень похожи; если он большой, это означает, что частоты аллелей очень разные.