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几天前我在浏览 霍尔丹的筛子,当我偶然发现一个有趣的讨论时 “关于” 页。 这种“内部棒球”玩笑使我开始思考自己的智力发展。 在过去的几年中,由于基因组学的兴起,“大数据”的泛滥以及可访问的软件包,我一直在更深入地研究系统发育和系统地理学。 这带来了机会成本。 我没有花太多时间专注于经典种群和进化遗传问题。 这些年来,我收集了各种各样的教科书和专着,这充实了我的智力,这些资料和专着散布在我的房间里。 但我必须承认,现在浏览是难得的一天 哈特尔和克拉克 or 自然选择的遗传理论 没有特定目的或雇佣军意图。

费舍尔

就像一条河流无情地在洪泛区上奔流一样,随着新的一年的到来,现在该是一个大转弯的时候了,像我一样扎根于我的根源。 这是我现在正在阅读的原因之一 进化遗传学的奠基人. 费舍尔, 赖特霍尔丹,就像老朋友一样,褪色了,但并没有忘记 穆勒 总是相识。 但是100年前的思想仍然有力量驱使我们探索尚未解决的深层问题,但是在哪里可以找到新的方法和新技术呢?。 对过去的研究不允许我们做出明智的选择,以任何坚定的态度决定未来,但它至少可以增加我们照亮黑暗深处的工具的光度。 通过我们的各种努力,大自然的形状可能会变得不那么透明。

图来自“对任意优势等位基因的定向阳性选择”,Teshima KM,Przeworski M

那么,霍尔丹的筛子又是什么呢? 如在 霍尔丹的筛子 这个概念很简单。 想象两个突变,一个以隐性方式表达特征,另一个以显性方式表达特征。 筛子通过促进出现在随机区域占主导地位的变异体占主导地位的低频区域外来运行(即,即使等位基因具有较大的适应性,在低频区域,随机机会的力量可能仍暗示着该可能性很高)。灭绝)。 一个例子是 乳糖酶持久性,它在模式欧亚变体中似乎占据主导地位。 相反的情况,即有益突变在表达上是隐性的,遭受了结构性问题的困扰,在这种问题中,其益处在理论上比实际实现要多。

这的数学极其简单,这是由于 哈迪·温伯格动力学 of 二倍体 随机交配生物。 我们以与乳糖酶持久性变化有关的基因为例, LCT。 考虑两个等位基因,LP和LNP,前者具有持久性(一个成年人可以消化乳糖),而后者则表现出常规的哺乳动物“野生型”(乳糖酶的生产停止,因为一个人离开了哺乳期的生命阶段)。可行的)。 LP显然是新颖的突变体。 在少数人群中,LP的频率随机上升到10%并非不可想象。 现在怎么办? 在HWE,您有:

p2 + 2pq + q2 = 1,其中q = LP等位基因。 在〜10%时,替换的数字为:

(0.90)2 + 2(0.90)(0.10)+(0.10)2

这就是优势或隐性表达高度相关的地方。 现实情况是,LP是主要特征。 因此,在此人群中,LP的频率为性状:

(0.10)2 + 2(0.90)(0.10)= 19%

现在,想象一个模型,其中LP受到青睐,但它以隐性方式表达。 那么特质的频率将等于q2,纯合子LP等位基因比例。 即1%。 尽管人口遗传学通常是建立在代数基础上的,但其结果却有助于直觉。 就等位基因的可能轨迹而言,遗传系统内源性的结构参数(显性或隐性表达)可能会产生长期的后果。 选择只能“看到”特质,因此具有纯正品质的隐性特质也可能是没有特质的特质。 相比之下,显性表达的等位基因可以像镰刀一样穿过种群切开,因为每个拷贝都“计数”。

在准备这篇文章的过程中,我在百科全书中再次探讨了关于霍尔丹筛子的选择 进化遗传学的要素。 作者指出,这种现象虽然具有复古性,但可以算是进化遗传学领域中的一个年轻领域,尽管仍然可以追溯到现在,但它仍然是一个活生生的现象。 野生种群中偏爱突变的优势,或实验室种群中有害突变的隐性特征,可能反映了这两个基因库所处的不同机制。 事物的性质使得它比显性突变更容易产生隐性突变(即,损失比获得容易),因此在受到正选择压力的野生种群中,显性变体的优势使人们相信进化论而不是发展论。力量和约束条件塑造了许多物种的遗传特征。

但是事情还不是那么整洁。 霍尔丹的筛子,以及显性和隐性等位基因的框架,在性染色体区域的运作方式不同。 在许多谱系中,都有一种“异配性”,其中大部分基因组仅携带一个功能染色体。 在哺乳动物中,这是雄性(XY),而在鸟类中,这是雌性(ZW)。 由于雄性染色体上大多数基因只有一个功能性拷贝,因此隐性表达的掩盖作用不适用于哺乳动物。 这可能意味着由于在异配子性中有许多有害隐性变异体暴露于自然选择,因此人们会在这些染色体上看到不同的等位基因分布和遗传景观(例如,由于异配子性中名义上隐性等位基因的暴露,适应性更强。 ,以及对有害变体的更纯净的选择)。 但是现实更加复杂,该领域的文献有些混乱。 更准确地说,它在系统发育上似乎很敏感。 一旦移至果蝇,这一理论便在哺乳动物的建立者中得到了验证。

这就是为什么继续进行进化遗传学的原因。 该理论激发了经验探索,并对其进行了检验。 在大数据和大计算时代,由于经验的可检验性,许多经典的进化遗传形式理论已经在第二次世界大战之前的几年中形成,现在正变得越来越重要。 在这个领域中,历史学家不仅仅对过去感兴趣。 追寻下一笔拨款并产生预期的出版物的科学家们自己,可以站在巨人的肩膀上,从历史的角度来看,从中受益。

 

一个故事 “洛杉矶时报” 似乎指出了镰状细胞的医学意义 承运人, 镰状细胞特征:沉默的杀手:

在过去的17年中,至少有11名高中和大学运动员的死亡与镰状细胞特征有关。 该小组成员包括奥兰多·路易斯(Olivier Louis),他是奥兰多附近Wekiva高中的一名球员,在第一次足球练习后于7年2010月XNUMX日去世。

您肯定已经听说过镰状细胞性贫血。 它是一种隐性疾病,在带有两个镰状细胞等位基因的人群中表达。 T-波兹 例如,由于她的纯合性,TLC的女性患有该疾病。 但是等位基因还著名地赋予了对疟疾的抵抗力,这解释了其在历史上一直为疟疾的地区的集中。 镰状细胞可以说是经典案例 杂合子优势 导致隐性疾病的出现。 如果等位基因的比例太低,则更容易患疟疾的人的比例与如果等离子基因的比例过高而表现出镰状细胞性贫血的人群之间的等位基因平衡。 这种优势显然是上下文相关的。 标准假设是,在非疟疾环境中,针对贫血的选择压力会随着时间的流逝而降低等位基因的频率,因为杂合子不会使突变等位基因的比例降低。 这似乎发生在非裔美国人中,他们是约80%的西非人,但根据我所知,他们的镰状细胞性贫血等位基因频率低于{0.80 *((西非比例))}(请记住,中位数非裔美国人的黑人祖先在美国的世代大概是10岁左右。


但这忽略了一个事实,即杂合子优势不仅仅在于 只是 优势。 当将隐性疾病的遗传学作为第一近似时,将注意力集中在显性-隐性二分法上是很有意义的。 您被固定在纯合子中的疾病上。 但是,杂合子也经常表现出与“野生型”纯合子某种表型偏差。 仅仅不足以超过医学遗传学家的关注门槛。 上面的故事都在 异常 身体被推向生理极限的情况。 镰状细胞的杂合子携带者可能仅在可能的环境范围的尾部开始偏离野生型纯合子的表型,但仍然表明 野生型的“支配性”是上下文相关的。 它是一种方便的术语,具有明显的含义,可以使我们以最少的认知开销有效地对世界建模,但这是我们在现实的分布上进行映射的一种构造。

另一个问题是 同一基因座可能对不同性状具有显性和隐性影响。 大多数基因具有许多作用,因此在某些方面它将占优势,而在另一些方面则将是隐性的。 此外,在许多情况下 添加剂。 例如,有一些证据表明,与 隐性的 表达 蓝色的眼睛 在欧洲人中,可能对肤色有增白作用,使肤色变亮,也许会有轻微的显性偏见。 换句话说,受这些基因座控制的黑色素在眼中的表达水平在下调方面呈隐性表现,但在下调方面表现出一定优势! 因此,在相同特征值方向上非常相似的表型结果在不同组织中具有不同的优势偏差。

这使我想到了更广泛的问题: 优势可以成为特质社会建构的产物。 例如,眼睛的颜色通常被“分为”不同的类别。 那是因为这就是人类的感知似乎在认知水平上起作用的方式。 皮肤颜色也是如此,但是描述中有更多的纹理和细微差别,这可能是因为该特性的感知目标更大。 因此,科学家开发出使用反射计定量测量皮肤明暗的方法也就不足为奇了。 无论是将特征分类或连续测量,都可能会改变我们对遗传遗传的理解。

肤色很容易说明这一点,因为随着人类对它的追求,它的遗传结构得到了很好的阐明。 两个基因的变体可以解释非洲人和欧洲人在色素沉着方面的大部分人口差异, SLC24A5基特尔。 在左侧,您会看到图表,显示了这些变体对非裔美国人中肤色分布的影响。 研究人员使用了定量的肤色指数,其中较低的值表示肤色较浅。 由于非裔美国人在欧洲血统中约占20%,因此他们的皮肤中含有亮白的等位基因,因此是测试这些变异的理想人群。 顶部面板显示携带两份欧洲/轻等位基因的个体,底部面板显示携带两份非洲/深色等位基因的个体,和中间面板杂合子。 请注意,杂合体似乎显示出比非洲/暗纯合体更接近欧洲/轻纯合体的值! 这一发现在这两个基因上都有重复。

需要有一个适当的警告,不要从一个特定的环境中过度推断(效应的大小可能受遗传背景的影响,因此将相同的基因型代入欧洲-亚洲混合人群可能会导致不同的结果)。 但是,是否普遍认为,浅色皮肤在遗传方面比深色皮肤占主导地位? 在西方当然不行。 那是因为社会范式塑造了我们的看法。 在美国 萨尔玛·海耶克, 桑迪·牛顿加布里埃尔联盟 尽管肤色客观上不同,但它们都是“有色女演员”。 这是由于社会规范,每个人首先被分为白人与非白人(在将非白人进一步细分之前),并且对白人的门槛很高。 当您以这种方式重新构造论点时,Thandie Newton在反射仪上的肤色可能比她的英国父亲更近,而不是非洲母亲,这一事实比她没有白皮肤的时期要轻。 黑暗纯粹是光占主导地位,纯粹是社会规范的产物,它严重限制了什么才算光。

这种认知和文化过滤器在科学中占很大比重,这要求在原始描述和解释模型之间进行抽象化。 在很大程度上,这适用于 所有 科学。 我们需要模型和近似值来理解数据混乱。 在上述带有镰​​刀状细胞性状的情况下,这种人类“中间件层”引起的混乱可能是致命的,这使人错误地认为携带疾病等位基因的杂合子在功能上等同于纯合子。 出于所有实际目的,它们可能是。 大多数人不会从事体育活动,以至于野生型和携带者之间的差异将在暴露环境分布的边缘上体现出来。 但是在个体层面上,对携带者状态及其可能的功能相关性的认识在个性化医学时代可能很重要。

讨论的医学意义也说明,仅仅因为某种事物是社会建构的,并不意味着它没有具体的后果和效用。 支配地位在很大程度上是一个粗略的类别,为了我们自己的理解,我们将其映射到现实中。 就区分携带者和非携带者而言,它具有很大的优势,并突出了当两个携带者聚集在一起时表达隐性孟德尔疾病的风险(例如,囊性纤维化)。 仅仅因为它是一种结构并不意味着我们应该放弃主导地位,我们只需要保持对主导地位的了解,并了解它在深刻的根本意义上不是“真实的”。 再说一次,我也不认为数学是“真实的”。 但这很有用,不是吗? 如果您不是柏拉图主义者,您可能会同意这一点。

图片来源: 穆图万迪

 
• 类别: 科学 •标签: 优势, 基因, 健康管理, 药物 
拉齐布汗
关于拉齐卜·汗

“我拥有生物学和生物化学学位,对遗传学,历史和哲学充满热情,虾是我最喜欢的食物。如果您想了解更多信息,请访问http://www.razib.com上的链接”