人口歷史推斷的隨機(jī)模型與方法研究.pdf

1、群體遺傳學(xué)是一門(mén)定量地研究生物進(jìn)化機(jī)制的遺傳學(xué)科，它為揭示進(jìn)化原理和進(jìn)化過(guò)程提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。人口歷史推斷是群體遺傳學(xué)中至關(guān)重要的問(wèn)題，有利于我們更好地了解人類的起源與發(fā)展。群體遷移，群體混合以及群體擴(kuò)張等人口歷史事件會(huì)對(duì)基因的遺傳變異產(chǎn)生巨大影響，在遺傳數(shù)據(jù)中留下很多有用的信息，因此我們可以利用這些信息推斷人口歷史。
　　隨著測(cè)序技術(shù)和計(jì)算方法的不斷發(fā)展，我們可以獲得越來(lái)越多的遺傳特征，如何更有效地利用遺傳特征推斷人口歷史是一

2、個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在本文中，我們通過(guò)構(gòu)建隨機(jī)模型刻畫(huà)遺傳特征的產(chǎn)生和變化過(guò)程，利用統(tǒng)計(jì)推斷的方法實(shí)現(xiàn)人口歷史的重構(gòu)。本文主要考慮兩種與基因重組密切相關(guān)的遺傳特征——祖先片段和IBD片段，研究基于這兩種特征推斷人口歷史的隨機(jī)模型與方法。
　　本文的第一項(xiàng)工作是研究基于祖先片段推斷人口混合歷史的隨機(jī)模型與方法?，F(xiàn)在已有的推斷人口混合歷史的方法都有一個(gè)缺陷:在推斷混合歷史時(shí)，需事先設(shè)定一個(gè)混合模型，然后在設(shè)定的模型下進(jìn)行推斷。但在實(shí)

3、際應(yīng)用中，真實(shí)的混合模型是未知的，如果設(shè)定的混合模型與真實(shí)模型相差很大，則推斷出的混合歷史往往不準(zhǔn)確。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文給出一般混合模型的刻畫(huà)，并首次推導(dǎo)一般混合模型下祖先片段長(zhǎng)度的理論分布，為人口混合歷史的推斷提供理論基礎(chǔ)。基于祖先片段長(zhǎng)度的分布，我們開(kāi)發(fā)了兩種推斷人口混合歷史的方法，第一種方法——AdmixInfer方法，實(shí)現(xiàn)三個(gè)經(jīng)典混合模型下最優(yōu)模型的選擇以及混合歷史中參數(shù)的估計(jì)。我們通過(guò)大量的模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證了AdmixInfe

4、r方法的有效性和穩(wěn)定性，同時(shí)在真實(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用中，AdmixInfer方法也有很好的表現(xiàn)。更進(jìn)一步，為了解決一般混合模型下人口混合歷史的推斷問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了第二種方法——MultiWaveInfer方法，采用似然比檢驗(yàn)和EM算法估計(jì)混合波數(shù)以及混合歷史中的參數(shù)。同樣的，大量的模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證了MultiWaveInfer方法的有效性和穩(wěn)定性。
　　本文的另一項(xiàng)工作是研究基于IBD片段推斷人口遷移歷史的隨機(jī)模型與方法。IBD片段已被證實(shí)非

5、常適合重構(gòu)近代的人口歷史。利用IBD片段推斷人口歷史，關(guān)鍵在于構(gòu)建人口模型并計(jì)算溯祖時(shí)間的分布。前人利用IBD片段推斷人口遷移歷史時(shí)，忽略了溯祖時(shí)間之前溯祖事件的信息以及溯祖事件與遷移事件的相互影響，使得溯祖時(shí)間的分布不準(zhǔn)確。為彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，本文提出了一種新的推斷人口遷移歷史的方法——MIBD方法，采用帶結(jié)構(gòu)的溯祖理論，用一個(gè)連續(xù)時(shí)間的馬氏過(guò)程描述兩個(gè)群體遷移模型下的溯祖過(guò)程，并利用Kolmogorov向后方程計(jì)算溯祖時(shí)間的分布。在此分