群體遺傳學(xué)理論在檢測正向選擇與研究物種形成機(jī)制中的應(yīng)用.pdf

1、本研究集中探討了進(jìn)化生物學(xué)研究中的兩個(gè)重要問題?？紤]的第一個(gè)問題是如何使用DNA序列數(shù)據(jù)來檢查受到正向選擇的基因。確定哪些基因受到正向選擇是一個(gè)重要的課題，因?yàn)檫@些基因很可能有著重要的生物學(xué)功能。因此通過尋找受到正向選擇的基因可以更好地認(rèn)識(shí)造成物種之間差異或同一物種內(nèi)群體間差異的原因，進(jìn)而更深刻地認(rèn)識(shí)生物進(jìn)化的機(jī)制。隨著群體遺傳學(xué)的發(fā)展，特別是中性進(jìn)化理論的提出，研究人員設(shè)計(jì)了許多用于檢測正向選擇的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。在本研究當(dāng)中，集中研究那些使

2、用種下多態(tài)性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。這些統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)都以中性進(jìn)化模型為原假設(shè)。但是中性進(jìn)化模型是一個(gè)高度簡化的數(shù)學(xué)模型。它假設(shè)所有突變都是中性的，而且群體大小恒定不變。這些假設(shè)顯然不符合現(xiàn)實(shí)。因此，這些統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)常常對于多種進(jìn)化動(dòng)力敏感。但是這樣的方法在尋找受到正向選擇的基因的應(yīng)用中并不有效，因?yàn)楫?dāng)原假設(shè)被否決后我們很難得知這個(gè)否決到底是由什么原因造成的。因此我們需要設(shè)計(jì)新的、僅對正向選擇敏感的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。 為了設(shè)計(jì)僅對正向選擇敏感的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)

3、，首先系統(tǒng)地研究正向選擇是如何影響臨近的中性位點(diǎn)的。發(fā)現(xiàn)在選擇位點(diǎn)臨近的區(qū)域相對位點(diǎn)頻率圖譜常常是U型的。也就是說，在這些區(qū)域，相對于高頻率和低頻率多態(tài)位點(diǎn)，中等頻率的多態(tài)位點(diǎn)常常偏少。同樣的，正向選擇也顯著地影響等位基因頻率圖譜。這些結(jié)果表明位點(diǎn)頻率圖譜和等位基因頻率圖譜都包含著受正向選擇位點(diǎn)的信息。接下來我們對一些常用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。我們的主要結(jié)論是：我們所考察的大多數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)都有能力檢測正向選擇，然而他們?nèi)紝θ舾烧?/p>

4、選擇以外的進(jìn)化動(dòng)力有敏感性。但是，某些統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，比如說Tajima's D和Fayand Wu's H，有著特殊的性質(zhì)：1．它們有能力檢測正向選擇；2．它們敏感于不同的、正向選擇以外的進(jìn)化動(dòng)力?；谶@些結(jié)果，提出了復(fù)合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的概念，并設(shè)計(jì)了三個(gè)這樣的檢驗(yàn)：DH，HEW和DHEW。用計(jì)算機(jī)模擬對這三個(gè)檢驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)這三個(gè)檢驗(yàn)，特別是DH和DHEW，對大多數(shù)的非正向選擇的進(jìn)化動(dòng)力都不敏感；同時(shí)它們在檢測正向選擇方面有相當(dāng)?shù)哪芰?/p>

5、。為了清楚復(fù)合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的效果，用DH和DHEW來分析由SeattleSNPs計(jì)劃提供的一個(gè)大規(guī)模人類多態(tài)性數(shù)據(jù)庫。這個(gè)數(shù)據(jù)庫中的部分?jǐn)?shù)據(jù)已經(jīng)被Akey et al．分析過。我們首先用DH和DHEW來分析這部分?jǐn)?shù)據(jù)。雖然復(fù)合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的形式相當(dāng)簡單，能輕易地得出與Akey et al．的研究非常相似的結(jié)果。但是分析比Akey et al．所用的方法簡單得多、快速得多。為了尋找新的受正向選擇的位點(diǎn)，接著用DH和DHEW來分析整個(gè)

6、數(shù)據(jù)庫。發(fā)現(xiàn)了3個(gè)新的可能受到正向選擇的位點(diǎn)。更精細(xì)的分析表明，這些位點(diǎn)的群體內(nèi)多態(tài)性水平很低，但群體間的分化水平很高。這些模式完全符合正向選擇理論的預(yù)測。這些進(jìn)一步的結(jié)果為這些位點(diǎn)或和它們臨近的位點(diǎn)是正向選擇的目標(biāo)提供了新的證據(jù)。總結(jié)上述結(jié)果，認(rèn)為復(fù)合統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)是檢測正向選擇的有效工具；同時(shí)DHEW檢驗(yàn)很好地平衡了檢驗(yàn)效力和檢驗(yàn)保守性。本研究要回答的第二個(gè)問題是如何區(qū)分物種起源的異域模式和鄰域模式。在自然界中到底是異域模式更普遍還是鄰域

7、模式更普遍是進(jìn)化生物學(xué)里其中一個(gè)最富爭議的問題。傳統(tǒng)的研究方法需要采集大量的生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)、遺傳學(xué)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。僅有少數(shù)的物種能提供這樣的數(shù)據(jù)，因此對物種形成機(jī)制的研究受制于數(shù)據(jù)的匱乏。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在要從幾個(gè)近源物種中獲取同源基因的序列是一件不困難的事情。而基因序列包含著物種進(jìn)化的信息。因此可以通過研究序列在物種問和物種內(nèi)的差異來研究物種形成的機(jī)制。在這個(gè)研究當(dāng)中，我們選擇了4種屬于海桑屬的紅樹植物作為研究對象。獲取了約6