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結構生物化學/基因流動

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基因流動是指基因透過等位基因的轉移從一個種群轉移到另一個種群的現象。這可能發生在同一個種群內,也可能發生在不同種群之間。基因流動包括許多不同的事件,例如花粉被吹到新的目的地,或者人們遷移到新的城市或國家。如果基因被帶到以前不存在這些基因的種群中,基因流動可能是遺傳變異的一個非常重要的來源。在下圖中,棕色著色的基因從一個種群轉移到另一個種群。


基因流動的速度取決於個體生物的能力。例如,風媒授粉的玉米可能有一個大約 50 英尺的基因流動範圍,而果蠅則遷移了超過 15 公里。

隨機漂移

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隨機漂移:基因流動中等位基因頻率的理念是,所有等位基因都有平等的機會被轉移。雖然某些等位基因似乎更傾向於出現,但這可以透過它在種群中的出現率來解釋。隨機漂移是進化的重要機制。遺傳漂移的一個方面是在代際之間隨機傳遞等位基因的本質,因為所有可能的合子中只有一小部分會成為成熟的成年個體。最容易視覺化的案例是涉及二項式抽樣誤差的案例。如果一對二倍體有性繁殖的親本(如人類)後代數量很少,那麼由於減數分裂時染色體的隨機組合,親本的所有等位基因都不會傳遞給後代。在大型種群中,這在每一代中都不會有太大影響,因為該過程的隨機性會趨於平均。但在小型種群中,這種影響可能是快速而顯著的。

人類的基因流動

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人類的基因流動主要可以透過遷移來解釋。例如,越南戰爭導致美國士兵與越南女性交配,從而導致基因庫頻率的不同。人口的損失或增加也會影響基因流動。例如,如果紅頭髮的蘇格蘭人遷出該國,那麼下一代蘇格蘭人中將會有更少的紅頭髮的人。種群遺傳學研究主要基於遺傳變異的描述和使用遺傳距離度量進行的種群間比較。種群的進化動態是從這些引數推斷出來的,而準確的基因流動估計可能至關重要。本研究透過來自大量微衛星和蛋白質多型性資料的不同統計方法,重新評估了基因流動在人類種群中的作用。在所有資料集中,使用所有統計方法估計的每代交換的個體數量 (Nm) 均大於 1。地理距離和遺傳距離之間的相關性表明了一種距離隔離模式,這是全世界種群之間的人口統計和遺傳平衡條件的特徵。因此,Nm 的高值可以解釋為反映地理位置相近的種群之間的高基因流動。正如預期的那樣,基因流動似乎在人類的遺傳歷史中發揮著關鍵作用。

物種間的基因流動

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基因流動可以透過病毒在物種之間發生。一個細胞的 DNA 被病毒提取並注入另一個細胞。目前,這種型別的人類之間基因流動的程度尚不清楚,雖然 40-50% 的估計值是合理的。然而,這可以在幾種物種中觀察到,例如昆蟲、魚類、爬行動物、哺乳動物,尤其是微生物。

研究人員假設,跨物種邊界的差異基因流動是一種由選擇產生的模式,其中一些性狀或等位基因在物種之間沒有選擇導致這些性狀在雜交區逐漸過渡。相反,為了維持物種的其他性狀而進行的持續選擇會阻止等位基因跨物種邊界的擴散,並且預計會產生一種跨雜交區的性狀急劇過渡模式。在家鼠中,研究人員發現 X 染色體中心附近的等位基因在雜交區表現出急劇的過渡,而這些等位基因位於先前顯示與雜種不育相關的區域。這項工作證明了雜交區在測試基因組特定區域選擇對物種間基因流動的影響方面的實用性。

透過繼續研究雜交物種和雜交區,研究人員可以進一步瞭解哪些基因集具有可允許的基因流動,哪些基因集受到更多限制。然後,透過研究後一類別的基因,科學家可以瞭解哪些基因或基因集可能在面對基因流動時維持物種完整性方面很重要。

亞群中的等位基因頻率

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平均等位基因頻率可以透過以下公式計算:pt = p + (po - p ) (1-m)^t

p 是第 t 代中等位基因的頻率 m 是遷移率 o 是亞群中等位基因的初始頻率 t 是代數

OMPG 用於在漂移和基因流動之間取得平衡,並透過最大限度地減少等位基因的損失來允許雜合性。

給定亞群大小、亞群數量、遷移率 m、進化代數,此指令碼顯示了單個基因座中亞群之間等位基因頻率的變化,這是由遷移的影響造成的。所有亞群都有相同數量的個體。遷移以 N*N 矩陣的形式描繪,該矩陣由非對角線位置的相同非零值和對角線上的零組成,其中 N 是亞群的數量。遷移矩陣中第 i 行(i = 1, 2, …, N)的元素值的總和等於遷移率,因此它確保了第 i 個亞群中的每個人都有 m 的機率成為遷移者,並且這種遷移者有進入任何其他亞群的平等可能性。亞群之間等位基因頻率的初始化是使用一個數字列表,該列表的計數等於亞群數量,並且在 0 和 1 之間均勻分佈,包括 0 和 1。因此,所有亞群在長期進化後共享的平均等位基因頻率(稱為理論值)將為 0.5。

參考文獻

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華夏公益教科書