群體遺傳學理論在檢測正向選擇與研究物種形成機制中的應用.pdf

1、本研究集中探討了進化生物學研究中的兩個重要問題?？紤]的第一個問題是如何使用DNA序列數據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重要的課題，因為這些基因很可能有著重要的生物學功能。因此通過尋找受到正向選擇的基因可以更好地認識造成物種之間差異或同一物種內群體間差異的原因，進而更深刻地認識生物進化的機制。隨著群體遺傳學的發(fā)展，特別是中性進化理論的提出，研究人員設計了許多用于檢測正向選擇的統(tǒng)計檢驗。在本研究當中，集中研究那些使

2、用種下多態(tài)性數據的統(tǒng)計檢驗。這些統(tǒng)計檢驗都以中性進化模型為原假設。但是中性進化模型是一個高度簡化的數學模型。它假設所有突變都是中性的，而且群體大小恒定不變。這些假設顯然不符合現(xiàn)實。因此，這些統(tǒng)計檢驗常常對于多種進化動力敏感。但是這樣的方法在尋找受到正向選擇的基因的應用中并不有效，因為當原假設被否決后我們很難得知這個否決到底是由什么原因造成的。因此我們需要設計新的、僅對正向選擇敏感的統(tǒng)計檢驗。 為了設計僅對正向選擇敏感的統(tǒng)計檢驗

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的。發(fā)現(xiàn)在選擇位點臨近的區(qū)域相對位點頻率圖譜常常是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，中等頻率的多態(tài)位點常常偏少。同樣的，正向選擇也顯著地影響等位基因頻率圖譜。這些結果表明位點頻率圖譜和等位基因頻率圖譜都包含著受正向選擇位點的信息。接下來我們對一些常用的統(tǒng)計檢驗進行了系統(tǒng)的研究。我們的主要結論是：我們所考察的大多數統(tǒng)計檢驗都有能力檢測正向選擇，然而他們全都對若干正向

4、選擇以外的進化動力有敏感性。但是，某些統(tǒng)計檢驗，比如說Tajima's D和Fayand Wu's H，有著特殊的性質：1．它們有能力檢測正向選擇；2．它們敏感于不同的、正向選擇以外的進化動力?；谶@些結果，提出了復合統(tǒng)計檢驗的概念，并設計了三個這樣的檢驗：DH，HEW和DHEW。用計算機模擬對這三個檢驗進行了系統(tǒng)的研究。發(fā)現(xiàn)這三個檢驗，特別是DH和DHEW，對大多數的非正向選擇的進化動力都不敏感；同時它們在檢測正向選擇方面有相當的能力

5、。為了清楚復合統(tǒng)計檢驗在實際應用當中的效果，用DH和DHEW來分析由SeattleSNPs計劃提供的一個大規(guī)模人類多態(tài)性數據庫。這個數據庫中的部分數據已經被Akey et al．分析過。我們首先用DH和DHEW來分析這部分數據。雖然復合統(tǒng)計檢驗的形式相當簡單，能輕易地得出與Akey et al．的研究非常相似的結果。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，接著用DH和DHEW來分析整個

6、數據庫。發(fā)現(xiàn)了3個新的可能受到正向選擇的位點。更精細的分析表明，這些位點的群體內多態(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測。這些進一步的結果為這些位點或和它們臨近的位點是正向選擇的目標提供了新的證據?？偨Y上述結果，認為復合統(tǒng)計檢驗是檢測正向選擇的有效工具；同時DHEW檢驗很好地平衡了檢驗效力和檢驗保守性。本研究要回答的第二個問題是如何區(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、模式更普遍是進化生物學里其中一個最富爭議的問題。傳統(tǒng)的研究方法需要采集大量的生態(tài)學數據、遺傳學數據和實驗數據。僅有少數的物種能提供這樣的數據，因此對物種形成機制的研究受制于數據的匱乏。隨著分子生物學技術的發(fā)展，現(xiàn)在要從幾個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化的信息。因此可以通過研究序列在物種問和物種內的差異來研究物種形成的機制。在這個研究當中，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