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结构生物化学/基因流动

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基因流动是指基因通过等位基因的转移从一个种群转移到另一个种群的现象。这可能发生在同一个种群内,也可能发生在不同种群之间。基因流动包括许多不同的事件,例如花粉被吹到新的目的地,或者人们迁移到新的城市或国家。如果基因被带到以前不存在这些基因的种群中,基因流动可能是遗传变异的一个非常重要的来源。在下图中,棕色着色的基因从一个种群转移到另一个种群。


基因流动的速度取决于个体生物的能力。例如,风媒授粉的玉米可能有一个大约 50 英尺的基因流动范围,而果蝇则迁移了超过 15 公里。

随机漂移

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随机漂移:基因流动中等位基因频率的理念是,所有等位基因都有平等的机会被转移。虽然某些等位基因似乎更倾向于出现,但这可以通过它在种群中的出现率来解释。随机漂移是进化的重要机制。遗传漂移的一个方面是在代际之间随机传递等位基因的本质,因为所有可能的合子中只有一小部分会成为成熟的成年个体。最容易可视化的案例是涉及二项式抽样误差的案例。如果一对二倍体有性繁殖的亲本(如人类)后代数量很少,那么由于减数分裂时染色体的随机组合,亲本的所有等位基因都不会传递给后代。在大型种群中,这在每一代中都不会有太大影响,因为该过程的随机性会趋于平均。但在小型种群中,这种影响可能是快速而显著的。

人类的基因流动

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人类的基因流动主要可以通过迁移来解释。例如,越南战争导致美国士兵与越南女性交配,从而导致基因库频率的不同。人口的损失或增加也会影响基因流动。例如,如果红头发的苏格兰人迁出该国,那么下一代苏格兰人中将会有更少的红头发的人。种群遗传学研究主要基于遗传变异的描述和使用遗传距离度量进行的种群间比较。种群的进化动态是从这些参数推断出来的,而准确的基因流动估计可能至关重要。本研究通过来自大量微卫星和蛋白质多态性数据的不同统计方法,重新评估了基因流动在人类种群中的作用。在所有数据集中,使用所有统计方法估计的每代交换的个体数量 (Nm) 均大于 1。地理距离和遗传距离之间的相关性表明了一种距离隔离模式,这是全世界种群之间的人口统计和遗传平衡条件的特征。因此,Nm 的高值可以解释为反映地理位置相近的种群之间的高基因流动。正如预期的那样,基因流动似乎在人类的遗传历史中发挥着关键作用。

物种间的基因流动

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基因流动可以通过病毒在物种之间发生。一个细胞的 DNA 被病毒提取并注入另一个细胞。目前,这种类型的人类之间基因流动的程度尚不清楚,虽然 40-50% 的估计值是合理的。然而,这可以在几种物种中观察到,例如昆虫、鱼类、爬行动物、哺乳动物,尤其是微生物。

研究人员假设,跨物种边界的差异基因流动是一种由选择产生的模式,其中一些性状或等位基因在物种之间没有选择导致这些性状在杂交区逐渐过渡。相反,为了维持物种的其他性状而进行的持续选择会阻止等位基因跨物种边界的扩散,并且预计会产生一种跨杂交区的性状急剧过渡模式。在家鼠中,研究人员发现 X 染色体中心附近的等位基因在杂交区表现出急剧的过渡,而这些等位基因位于先前显示与杂种不育相关的区域。这项工作证明了杂交区在测试基因组特定区域选择对物种间基因流动的影响方面的实用性。

通过继续研究杂交物种和杂交区,研究人员可以进一步了解哪些基因集具有可允许的基因流动,哪些基因集受到更多限制。然后,通过研究后一类别的基因,科学家可以了解哪些基因或基因集可能在面对基因流动时维持物种完整性方面很重要。

亚群中的等位基因频率

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平均等位基因频率可以通过以下公式计算:pt = p + (po - p ) (1-m)^t

p 是第 t 代中等位基因的频率 m 是迁移率 o 是亚群中等位基因的初始频率 t 是代数

OMPG 用于在漂移和基因流动之间取得平衡,并通过最大限度地减少等位基因的损失来允许杂合性。

给定亚群大小、亚群数量、迁移率 m、进化代数,此脚本显示了单个基因座中亚群之间等位基因频率的变化,这是由迁移的影响造成的。所有亚群都有相同数量的个体。迁移以 N*N 矩阵的形式描绘,该矩阵由非对角线位置的相同非零值和对角线上的零组成,其中 N 是亚群的数量。迁移矩阵中第 i 行(i = 1, 2, …, N)的元素值的总和等于迁移率,因此它确保了第 i 个亚群中的每个人都有 m 的概率成为迁移者,并且这种迁移者有进入任何其他亚群的平等可能性。亚群之间等位基因频率的初始化是使用一个数字列表,该列表的计数等于亚群数量,并且在 0 和 1 之间均匀分布,包括 0 和 1。因此,所有亚群在长期进化后共享的平均等位基因频率(称为理论值)将为 0.5。

参考文献

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华夏公益教科书