In 果蝇，许多证据表明，对基因组的有益替代可能很普遍。 但是，所有人都受到混淆因素的困扰，因此，对证据的解释，尤其是关于有益替代的比率和强度的结论，仍然是暂定的。 在这里，我们使用全基因组多态性数据 D. 模拟物 并对其近亲的基因组进行测序，以构建对正选择作用的易于解释的特征：氨基酸置换周围平均中性多样性的形状。 正如在经常性选择性扫描中所预期的那样，我们发现氨基酸周围的多样性水平处于低谷，但同义取代周围却没有，这是在替代模型下无法预期的独特模式。 这种表征比以前的方法更为丰富，以前的方法依靠有限的数据摘要（例如，散点图的斜率），并以直接的方式与基础选择参数相关，从而使我们能够更普遍地推断出其流行程度和强度适应。 具体来说，我们为整个曲线的形状开发了一个基于聚结的模型，并使用它来以最大似然来推断自适应参数。 我们的推断表明，约13％的氨基酸取代会引起选择性扫描。 有趣的是，它揭示了两类有益的注视：一小部分（约占3％）似乎具有较大的选择性效应并占了多样性降低的大部分，而其余的10％似乎具有很弱的选择性效应。 。 因此，这些估计值有助于调和先前公布的选择强度估计值之间的明显矛盾。 更广泛地讲，我们的发现提供了明确的证据来证明在 果蝇 并说明如何利用快速积累的全基因组数据解决有关适应遗传基础的持久性问题。

图1C示出了顶线。 如您所见，非同义替换存在一个“低谷”。 非同义只是意味着在 密码子 更改编码的氨基酸。 相反，同义更改不是。 但是，替代不仅是突变体变体。 而是对人口水平从一个等位基因转移到另一个等位基因的评估。 中立理论 认为大多数替代不是由自然选择驱动的，而是随机游走的过程。 因此，大多数进化变化都不是适应性的。 在这种随机变化的背景下检查选择能力的简单方法是测量 非同义和同义基数。 但是，在比较密切相关的物种时，这种事情更合适。 在关于人类选择性扫除的论文中，这显然没有发生，他们正在寻找 中 一种。 相反，作者着眼于减少可能是自然选择目标的跨地区变异。 减少的发生是因为当一个特定的等位基因成为强阳性选择的目标时，它会在“搭便车”过程中沿着相邻的连接区域拉动。 重组对此不利，导致随着时间的流逝衰减 连锁不平衡 在选择之后会突飞猛进。

但是，这些概念基于变体出现的简单模型，并且选择针对或不针对这些变体的方式。 人们想象一种新的突变体，它是在祖先的遗传背景下出现的。 在单基因模型中，固定的可能性（即达到〜100％并在种群中替代）为1 / N（二倍体为2N）。 用简单的英语来说，突变体的固定概率与有效种群大小成反比。 相反，被选择性偏爱的突变体固定的概率与其选择系数成正比，选择系数简单地以与总体平均值之比来衡量其适合度。 中性变体的固定是随机游动，固定之前的时间与人口规模成正比。 相反，选择性偏爱的变体可以相当快地席卷固定。 非常保守的人可以推断出北欧人对乳糖耐受性的固定是由于其突变引起的。 LCT 基因花费了大约7,000年的时间，或不到300代。 由于这种快速的重组，在祖先突变的遗传背景上“砍掉”变体的物理联系所需要的休闲时间要少得多。 难怪 LCT 基因座是欧洲基因组中最长的“单倍型基因组”之一； 关联标记序列。

但是，让我们稍微修改一下思维模型。 成像遗传变异体已经以低频低频率徘徊了很长一段时间。 由于重组的影响，可能有许多拷贝的突变体，与不同的遗传变异有关。 例如，我们可以想象一个隐性有害的等位基因，由于缺乏选择的功效而在低频中持续存在（大多数等位基因是在具有正常适应性的杂合子个体中发现的）。 许多变体都有多种作用。 想象一下，该等位基因具有显性的表型效应，从中性变为 非常 有选择地受到青睐。 现在您遇到的情况是，在适应过程中基因组区域的频率会被向上拖动，但是会有很多区域 s，而不仅仅是一个。 具体而言，如果选择性事件仅在原始突变体之后的几代发生，那么就产生同质性而言，对局部基因组的影响将比如果事件在原始突变体之后的数十代中发生要强得多，因为原始遗传背景将具有被重组，因此失去了其独特的连贯性。

这是从“常规变化”中自然选择的一种形式。 在背景噪音中漂浮的是旧突变体，而不是新突变体。 在上面的论文中，作者发现了相当数量的常规选择性扫描，但是，他们认为一些研究人员发现自然选择下的基因组比例更高。 果蝇 可能是由于以下事实：某些方法会涵盖整个选择范围，而另一些方法则侧重于更易于处理的“卡通”模型。

在可以建模为经典选择性哭泣的选择中，作者还发现了“幂律”效应。 有一些强力选择的命中和许多无力选择的争夺相结合。 根据理论，这并非完全出乎意料。 一些适合全基因组关联的人类特征，例如色素沉着，可能属于这一类别。 大多数性状变异是由于少数几个影响较大的基因所致，但有大量基因座占少数变异的平衡。 毫无疑问，随着自然选择的动力学变化，进化时间也同样如此。

但是，我们也不应迷失在基因组树中，看不到森林。 进化过程不仅受到分子尺度参数（例如重组和突变率）的影响，而且还受到生物体和种群尺度参数的影响。 一个人认为果蝇承受着不同的压力，并且与人类有着不同的历史，就像两者都来自人类一样。 音韵的 两栖动物。 人类的人口普查规模巨大，人口众多，而且在过去的10,000年来，我们的生活方式已经发生了巨大的变化。 但是作为陆生哺乳动物，我们可能会比某些物种（例如范围广泛的鸟类）表现出更多的种群亚结构。 此外，由于长期的有效种群较低，我们只能处理这么多的基因变异。 如此细微的细节扭曲了对优雅的尝试，但必须牢记这些细节。

作者总结：

总之，我们的发现建立了一个独特的，全基因组的适应性特征 D. 模拟物，表明许多氨基酸取代是有益的，并且受两类选择性作用的驱动。 通过更丰富的多样性模式摘要来避免 先验 在选择量表时，这些结论为以前的推论的结果提供了连贯的解释。 现在，看看其他地方是否也出现了类似的发现将会很有趣。 果蝇 物种，它们的重组率，有效种群数量和生态状况各不相同。

我不会仅限于此 果蝇。 由于不同的果蝇种类具有不同的分布，自然历史以及共同的祖先特征和基因，因此它们是进化的极佳实验室。 但是最终，我们将开始将目光扫过生命树上所有众多的分支。 很快。

引文： Sattath S，Elyashiv E，Kolodny O，Rinott Y和Sella G（2011）。 广泛的适应性蛋白质进化在果蝇simulans PLoS遗传学周围的氨基酸取代周围的多样性模式中很明显： 10.1371 / journal.pgen.100130

那是广泛的理论。 但是，正如您所知，演化及其子组件不只是“理论”，它们是一组模型，可以通过观察或通过受控实验室实验进行测试。 致新信 自然 详细说明选择性扫频如何精确地发挥作用 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster），经典的“模型生物”。 有趣的是，这是一个实验性进化的案例，这是我们更加熟悉的情况 理查德·伦斯基（Richard Lenski） E。大肠杆菌. 全基因组分析的长期进化实验 果蝇:

实验进化系统允许进行适应性的基因组研究，到目前为止，这主要是在具有小基因组的无性系统中完成的，例如细菌和酵母……在这里，我们介绍了来自全基因组的重测序数据 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster） 经历了600多代实验室选择以加速发展的人口。 这些选定种群中的蝇从卵发育到成年的速度比祖先对照种群的蝇快20％，并且已经进化出许多其他相关的表型。 基于688,520个中频，高质量单核苷酸多态性，我们确定了数十个基因组区域，这些区域显示了为加速发展选择的五个重复种群的合并样本与合并对照之间的强等位基因频率差异。 基于来自具有加速发育的单个复制种群的数据的重测序，以及来自每个复制种群的单个果蝇的单核苷酸多态性数据，我们推断选择处理内复制种群之间的等位基因频率差异很小。 选择的特征在质量上与无性物种中观察到的不同。 在我们的性人群中，适应与“经典”扫描不相关，因此新出现的无条件的有利突变得以固定。 更简化的解释包括“不完全”扫描模型（其中突变没有足够的时间修复）和“软”扫描模型（其中选择作用于已存在的常见遗传变异）。 我们得出的结论是，至少对于诸如发展时间之类的生活史特征，极少出现无条件的有利等位基因，它们与小净适应度增益相关，或者由于选择系数随时间变化而无法固定

了解此处发生情况的关键是它们在“经典”“硬扫”和“软扫”之间的区别。 硬扫按照我上面概述的备用描述：

1）在遗传背景下出现了一个新的突变体

2）选择有利于突变体

3）突变体的频率增加并扫向固定，从0％→100％，取代了祖先的变体

相反，要进行轻扫：

1）选择有利于已经在基因库中分离的一组较小的多态性

2）这些多态性的频率上升

3）但他们可能不会扫视固定

在第一种情况下，自然选择的特征将是清晰，独特和不可置疑的。 将会产生一种新颖的单倍型，该单倍型已经取代了祖先的变体，并在扫除时消除了所有其他等位基因状态，从而产生了广泛的遗传同质性区域。 这不是他们在基因组水平上看到的。

但首先， 他们做了什么？ 本实验中使用的果蝇来自30年的血统，在将治疗推向新的表型值的情况下，他们选择了600代的果蝇。 假设每世代600年，人类的15,000世代将约为25年。 如果特征是可遗传的，并且您选择的后代偏离均值，则随着时间的推移，您会看到特征值发生变化。 这是经典的定量遗传学，这就是他们所看到的。 他们有五个谱系表现出加速的发育（ACO），还有五个谱系是表现出祖先表型（CO）的对照。 “羽化”是指苍蝇从the中出来。 受自然影响的血统与对照组的生活史截然不同。 这里的特征簇并不令人惊讶，我们从其他分类中知道，短命快速发展的物种比逆向物种更小，并且在代谢上更倾向于枪支。

但是这项研究真正有趣的方面不是表型。 谁没有看到过奇怪的事情 果蝇？ 这就是为什么它们首先被选为模型生物的原因之一！ 相反，他们探索了谱系内和跨谱系的基因组变异模式，并将结果整合到了进化过程如何发生及其对全基因组结构的影响的更广泛的理论框架中。 应该 看。 在下面，我将图2和3缝合在一起，它们说明了基因组变异的特殊模式。

左图显示了ACO和CO合并谱系之间的等位基因频率差异。 峰值表明差异很大，虚线代表阈值，在总体频率差异之间存在0.1％的随机机会。 垂直轴是对数刻度。 底部的灰线表示与合并的ACO样本在一个特定ACO谱系中的差异。 在右侧面板中，您会看到 杂合性，蓝色表示一氧化碳谱系，红色表示所选的ACO谱系，这缩短了他们的寿命。 灰色再次是特定的ACO血统。 每个垂直面板对应于 黑腹果蝇（Drosophila melanogaster） 基因组。

首先，请注意ACO和CO之间等位基因频率差异的广泛分布。此外，特定的ACO谱系与合并的样本之间几乎没有差异。 尽管有独立的历史，但它们似乎表现出相同的等位基因构型。 其次，请注意，在ACO合并样品的情况下，杂合度低于CO祖先表型谱系。 为什么？ 请记住，选择性扫描应消除基因组变异。 但是，这些扫描似乎并没有固定下来，否则，我们会看到更多的反向峰收敛到〜0的杂合度，因为选定的变体取代了种群中的所有其他变体。

在控件和选定的线性之间存在差异的区域中发生了什么？ 他们研究了〜650个基因上的〜500个非同义SNP，这些基因在ACO和CO之间最有区别（L ₁₀FET分数> 4），发现以下类别的基因得到了丰富：假想椎间盘发育，平滑的信号传导途径，幼虫发育，翼状椎间盘发育，幼虫发育（su 两栖动物），变态，器官形态发生，假想椎间盘形态发生，器官发育和区域化。 生活史很复杂。 如图2和3所示，将广泛的基因类别与选择的分散基因组影响结合在一起，您可以很好地了解定量遗传进化动力学对底物水平产生的各种后果。 同样有趣的是，他们发现X染色体似乎丰富了选择和进化的特征。 为什么？ 他们指出，该染色体将更易于选择隐性或部分隐性表达的SNP。

显然，这项研究没有发现理论可能已经预言过的彻底的彻底调查。 相反，研究人员发现许多部分完成的扫描分布在整个基因组中。 听起来有点熟？ 在继续进行更广泛的考虑之前，请先对它们进行以下解释：

–扫描困难，但尚未达到目标。 因此选择系数很小，因此仍然处于瞬态状态

–选择是基于“常规变化”进行的。 也就是说，遗传变异在给定种群中自然存在，可以通过自然选择进行操作，以通过经典育种技术改变种群特征值的平均值

–最后，选择系数（积极选择的变异体相对于总体平均值的适应性更高）可能不是静态参数，而是随时间的变化，取决于等位基因频率。 这并不奇怪。 频率依赖性和上位性会影响统计遗传模型中的线性假设。 作者将有害的等位基因或拮抗多效性称为可能的遗传水平力，这些力也可防止固定

我个人倾向于第一种选择， 因为似乎我们在人类进化基因组学中看到了类似的模式，有许多局部扫描和不完全固定。 一个兄弟需要多少时间？ 从长远来看，我们已经死了，热死吞没了整个宇宙。 在短期内，进化压力总是在变化。 立即修复，或者忘记它说我！ 等位基因差异的广泛分布以及中等程度的杂合性似乎表明，通过对遗传变异的大规模作用，正在改变数量性状，生活史。 有趣的是，在这个进化实验中，X染色体似乎具有更多的选择和变异特征，这与人类相似。 下一个问题：谁在研究600代小鼠的实验进化？

引文： Burke，Molly K.，Dunham，Joseph P.，Shahrestani，Parvin，Thornton，Kevin R.，Rose，Michael R.和Long，Anthony D.（2010年）。 果蝇性质的长期进化实验的全基因组分析： 10.1038 / nature09352

图片来源：Karl Magnacca