Введение
Генетический процесс В генетике селективное замещение - 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 мутациями. При селективном сдвиге положительный отбор заставляет новую мутацию достигать фиксации так быстро, что связанные аллели могут "подъехать" и также стать фиксированными.
In genetics, a selective sweep is the process through which a new beneficial mutation that increases its frequency and becomes fixed (i. e., reaches a frequency of 1) in the population leads to the reduction or elimination of genetic variation among nucleotide sequences that are near the mutation. In selective sweep, positive selection causes the new mutation to reach fixation so quickly that linked alleles can "hitchhike" and also become fixed.
Обзор
Селективное распространение может произойти, когда редкий или ранее несуществующий аллель, который повышает пригодность носителя (по сравнению с другими членами популяции), быстро увеличивается в частоте из-за естественного отбора. По мере увеличения распространенности такого полезного аллеля генетические варианты, которые случайно присутствуют на геномическом фоне (соседство ДНК) полезного аллеля, также станут более распространенными. Это называется генетическим автостопом. Таким образом, селективное замещение, вызванное сильно отобранным аллелем, возникшим на одном геномном фоне, приводит к региону генома с большим сокращением генетической вариации в этой хромосомной области. Идея о том, что сильный положительный отбор может уменьшить близлежащие генетические вариации из-за автостопа, была предложена Джоном Мейнардом Смитом и Джоном Хейгом в 1974 году. Не все методы снижают генетические различия одинаково. Свипы можно разделить на три основные категории: "классический селективный свип" или "жесткий селективный свип" ожидается, когда полезные мутации встречаются редко, но как только полезная мутация возникает, она быстро увеличивается, тем самым резко уменьшая генетическую вариацию в популяции. Наконец, "мягкое прочищение с множественным происхождением" происходит, когда мутации распространены (например, в большой популяции), так что одни и те же или аналогичные полезные мутации возникают на разных геномных фонах, так что ни один геномный фон не может подниматься на автостоп до высокой частоты. Свинги не происходят, когда отбор одновременно вызывает очень небольшие сдвиги частот аллелей во многих локусах, каждый из которых имеет постоянную вариацию (полигенная адаптация).
The "classic selective sweep" or "hard selective sweep" is expected to occur when beneficial mutations are rare, but once a beneficial mutation has occurred it increases in frequency rapidly, thereby drastically reducing genetic variation in the population. Finally, a "multiple origin soft sweep" occurs when mutations are common (for example in a large population) so that the same or similar beneficial mutations occurs on different genomic backgrounds such that no single genomic background can hitchhike to high frequency. Sweeps do not occur when selection simultaneously causes very small shifts in allele frequencies at many loci each with standing variation (polygenic adaptation).
Обнаружение
Можно проверить, было ли проведено выборочное вычищение, различными способами. Одним из методов является измерение дисбаланса связей, т. е. является ли данный гаплотип перепредставленным в популяции. При нейтральной эволюции генетическая рекомбинация приведет к перемещению различных аллелей в пределах гаплотипа, и ни один гаплотип не будет доминировать в популяции. Однако во время селективного сбора выбор положительно выбранного варианта гена также приведет к выбору соседних аллелей и меньшей возможности для рекомбинации. Поэтому наличие сильного дисбаланса связей может указывать на то, что недавно была проведена селективная проверка, и может быть использовано для определения сайтов, недавно подвергшихся отбору. Было проведено много сканирований для выборочных сверлов у людей и других видов, используя различные статистические подходы и предположения. Недавнее сравнение генотипов желтой и белой кукурузы, окружающих Y1, ген фитоеновой синтетазы, ответственный за желтый цвет эндоспермы, показывает убедительные доказательства селективного зачистки в желтой зародышевой плазме, уменьшающей разнообразие в этом локусе и дисбаланс связей в окружающих регионах. Линии белой кукурузы имели повышенное разнообразие и не было никаких доказательств дисбаланса связей, связанных с селективным прочисткой.
Отношение к болезни
Поскольку селективные сверлы позволяют быстро адаптироваться, их называют ключевым фактором в способности патогенных бактерий и вирусов атаковать своих хозяев и выживать при применении лекарств. В таких системах соревнование между хозяином и паразитом часто характеризуется как эволюционная "гонка вооружений", поэтому чем быстрее один организм может изменить свой метод атаки или обороны, тем лучше. Это описано в другом месте гипотезой Красной Королевы. Излишне говорить, что более эффективный патоген или более устойчивый хозяин будет иметь адаптивное преимущество над его сородичами, обеспечивая топливо для выборочного зачистки. Один из примеров - вирус гриппа, который сотни лет участвует в соревнованиях с людьми. В то время как антигенный дрейф (постепенное изменение поверхностных антигенов) считается традиционной моделью изменений в вирусном генотипе, недавние данные свидетельствуют о том, что селективные сверки также играют важную роль. В нескольких популяциях гриппа время до самого последнего общего предка (TMRCA) "сестринских" штаммов, что является признаком родства, предполагает, что все они эволюционировали от общего предка всего за несколько лет. Периоды низкого генетического разнообразия, предположительно, в результате генетических свингов, уступили место увеличению разнообразия, поскольку различные штаммы адаптировались к своим собственным локальным условиям. Аналогичный случай можно найти в Toxoplasma gondii, удивительно мощном протозойном паразите, способном 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 различных штамма этого паразита во всем Старом Свете и большей части Нового Света. Эти три штамма характеризуются одной мономорфной версией гена Chr1a, которая возникла примерно в то же время, что и три современных клона. Похоже, что появился новый генотип, содержащий эту форму Chr1a, и охватил всю европейскую и североамериканскую популяцию Toxoplasma gondii, привез с собой остальную часть его генома с помощью генетического автостопства. Южноамериканские штаммы T. gondii, которых намного больше, чем существует в других местах, также несут этот аллель Chr1a.
Участие в сельском хозяйстве и одомашнивании
Редко генетическая изменчивость и противоположные ей силы, включая адаптацию, имеют большую значимость, чем в генерировании домашних и сельскохозяйственных видов. Например, культивируемые культуры, по существу, генетически модифицированы более десяти тысяч лет, подвергаются искусственному селективному давлению и вынуждены быстро адаптироваться к новым условиям. Селективные выборки обеспечивают базовую линию, из которой могли бы появиться различные сорта. Например, недавнее исследование генотипа кукурузы (Zea mays) выявило десятки древних селективных сверлов, объединяющих современные сорта на основе общих генетических данных, возможно, относящихся к дикому аналогу домашней кукурузы, теосинту. Другими словами, хотя искусственный отбор сформировал геном кукурузы в ряд четко адаптированных сорта, селективные свинги, действующие в начале его развития, обеспечивают объединяющую гомоплази генетической последовательности. В некотором смысле, долгое время погребенные сверления могут дать свидетельство о состоянии корня и теосинта, объясняя общий генетический фон между ними. Еще один пример роли селективных сверлений в одомашнивании - курица. Недавно шведская исследовательская группа использовала методы параллельного секвенирования для изучения восьми культивируемых сортов курицы и их ближайшего дикого предка с целью выявления генетических сходств, возникающих в результате селективного обследования. Им удалось обнаружить доказательства нескольких селективных свингов, в частности, в гене, ответственном за рецептор гормона стимулирования щитовидной железы (TSHR), который регулирует метаболические и связанные с фотопериодом элементы размножения. Это говорит о том, что в какой-то момент при одомашнивании курицы, селективный сбор, вероятно, вызванный вмешательством человека, тонко изменил репродуктивный механизм птицы, предположительно в пользу ее человеческих манипуляторов.
У людей
Примеры селективных свингов у людей - это варианты, влияющие на стойкость лактазы и адаптацию к высоте.