Генетика популяций - Хедрик Ф.
ISBN 5-94836-007-5
Скачать (прямая ссылка):
Пример 9.6. Рассмотрим нуклеотидную изменчивость в двух случаях, когда тест ХКА противоречит теории нейтральности. Во-первых, на примере гена Adh показана высокая генетическая изменчивость этого полиморфного локуса у D.melanogaster (Kreitman, 1983), тогда как в двух соседних районах, 5'-фланкирующем и 3'-фланкирующем районе Adh-dup изменчивость значительно меньше. На рисунке 9.10 представлена диаграмма наблюдаемых и ожидаемых средних попарных различий между аллелями Adhf и Adh' среди более, чем 4500 нуклеотидов в этом локусе (Kreitman, Hudson, 1991). Для вычисления в каждой позиции нуклеотида учитываются различия по 100 молчащим сайтам. Наибольшее различие между наблюдаемой и ожидаемой изменчивостью обнаружено в регионе вокруг аминокислотной за-
мены в позиции 1490. Попарные тесты ХКА для трех регионов продемонстрировали, что существует 5%-ный уровень значимости между 5'-флан-кирующим регионом и Adh локусом и 2%-ный уровень - между Adh и Adh-dup локусами. Статистическое отклонение от нейтральности является результатом более высокой, чем ожидается, внутривидовой изменчивости для локуса Adh и согласуется с балансирующим отбором аминокислотных замен (Kreitman, Hudson, 1991).
Другой пример генетической изменчивости касается локуса ветвления теосинте (teosinte branched 1, или tb 1 у кукурузы) (Wang et al., 1999). Сравнение изменчивости 5'-регуляторного, нетранскрибируемого района (NTR) и кодирующего района tb 1 у кукурузы и у ее предковой формы теосинте показано на рисунке 9.11. Диаграмма показывает величину разнообразия нуклеотидного состава последовательности длиной 300 п.н. у обоих видов. Наибольшее различие между видами касается 97%-ного снижения изменчивости у кукурузы в районе NTR. Тест ХКА показывает, что это снижение высоко значимо (на 0,4%-ном уровне) для сравнения NTR и кодирующего регионов. Одомашнивание - отбор по признакам, интересующим человека, вероятно, сократило размах генетической изменчивости локусов, влияющих на эти признаки. Вариант NTR, обнаруженный у кукурузы, приводит к укорочению боковых побегов и к появлению «ушек» наверху листовых влагалищ. Согласно прогнозу направляющего отбора, который приводит к уменьшению изменчивости вследствие одомашнивания, район NTR у кукурузы практически моно-морфен, тогда как этот локус у дикорастущего теосинте высоко вариабельный. Это же относится и к соседнему кодирующему локусу tb 1.
I---¦¦¦¦—¦
Adh Adh-dup
Рисунок 9.10. Диаграмма наблюдаемой и ожидаемой генетической изменчивости в 5'-фланкирующем регионе, гене Adh и гене Adh-dup у Drosophila (Kreitman, Hudson, 1991). Ожидаемые величины основаны на модели отсутствия отбора и рассчитаны, исходя из межвидовой дивергенции. Стрелки обозначают аминокислотный полиморфизм.
436
0.05
к 0.025
0.0
5' NTR
Кодирующий регион
•я-
500 Ьр
Рисунок 9.11. Диаграмма полиморфизма гена teosinte branched 1 для кукурузы и теосин-те (Wang et al., 1999).
МакДональд и Крейтман (McDonald, Kreitman,1991) предложили простейший статистический тест, основанный на принципах, одинаковых для синонимичных и несинонимичных сайтов в кодирующем регионе гена. Если наблюдаемые замены нейтральны, тогда отношение заместительных (несинонимичных) к синонимичным различиям между видами должно быть таким же, как отношение заместительных к синонимичным полиморфизмам внутри вида. В таблице 9.9а представлены данные по кодирующему региону Adh у D. melanogaster, D.simulans и D.yakuda. Здесь отношение замещений к синонимичным заменам равно 7/17 = 0,41, тогда как отношение заместительных к синонимичным полиморфизмам равно только 2/42 = 0,05. Авторы предположили, что увеличение числа замещений является результатом фиксации мутаций, имеющих селективное преимущество. Сойер и Хартл (Sawyer, Hartl, 1992) оценили, что для этого достаточно селективного преимущества величиной лишь 1,5 х 10"6 (Eanes et al., 1993) описывают сходную, но более крайнюю ситуацию для гена глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы (G6pd) у Drosophila.
ТАБЛИЦА 9.9. Количество замещений (несинонимичных замен) и синонимичных замен при фиксированных межвидовых различиях и внутривидовом полиморфизме в локусе Adh у Drosophila (а), (по McDonald, Kreitman, 1991) и в гене ND3 мт ДНК у человека и шимпанзе (b), (по Nachman et al., 1996)
Замещение
Синонимичная
замена
2
42
8
С другой стороны, Нахмен с сотрудниками (Nachman et al., 1996, см. также Rand, Капп, 1996) обнаружили, что для субъединицы 3 НАДН-дегидрогеназы (ND3) в выборке 61 человека и 5 шимпанзе межвидовое отношение заместительных к синонимичным различиям ниже, чем внутривидовое (таблица 9.9Ь). В этом случае отношение между видами равно
0,13, а внутри видов - 0,8. При исследовании доступных данных по другим генам мтДНК наблюдалось сходное увеличение внутривидовых заместительных полиморфизмов. Это согласуется с гипотезой, что большинство белковых полиморфизмов мтДНК - умеренно вредные и элиминируются до того, как они станут фиксированными.
е. Тест Таджимы
Как отмечалось в главе 2, один из способов количественного определения нуклеотидной изменчивости - это измерение нуклеотидного разнообразия 7г(см. выражение 2.23Ь). Согласно модели неограниченного числа сайтов, количество нуклеотидных сайтов достаточно велико, чтобы каждая новая мутация появлялась в сайте, который раньше не мутировал (Kimura, 1969) и ожидаемое значение 7гпри нейтральности, равно:
