適應(yīng)性進(jìn)化的生物學(xué)機(jī)制新突破

　　如何可靠地檢測(cè)新近發(fā)生的正選擇？李海鵬研究員的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)了20年來(lái)理論群體遺傳學(xué)的一個(gè)夢(mèng)想。

　　正選擇是一個(gè)重要的進(jìn)化力量，它使得攜帶某個(gè)突變的個(gè)體相對(duì)于不攜帶這個(gè)突變的個(gè)體來(lái)說(shuō)有生存和繁殖上的優(yōu)勢(shì)。正選擇作為一種重要的進(jìn)化力量，不僅在野生群體和現(xiàn)代人類(lèi)的進(jìn)化過(guò)程中扮演重要的角色，而且在家養(yǎng)動(dòng)植物的馴化過(guò)程中例如稻米、狗和豬均起著決定性的作用。雖然我們無(wú)法回到過(guò)去，但是在最近1 – 10萬(wàn)年里發(fā)生的正選擇事件通常都會(huì)在生物體的基因組里留下些蛛絲馬跡。所以我們可以檢測(cè)到這些正選擇事件并且定位造成這些適應(yīng)性進(jìn)化的突變，進(jìn)而為研究這些突變的功能開(kāi)啟大門(mén)。最終，我們希望通過(guò)這些研究來(lái)探索進(jìn)化的根本奧秘——適應(yīng)性進(jìn)化的生物學(xué)機(jī)制。

　　然而，在檢測(cè)這些正選擇事件的時(shí)候，人們發(fā)現(xiàn)所研究對(duì)象的群體數(shù)量在過(guò)去幾萬(wàn)年里很可能在不斷發(fā)生變化，這種群體數(shù)量的變化造成了相關(guān)檢驗(yàn)方法neutrality tests的高假陽(yáng)性率。例如，黑腹果蠅最早生活在非洲南部的一小塊區(qū)域，在1 – 6萬(wàn)年前開(kāi)始擴(kuò)散到世界的其他地區(qū)。群體數(shù)量的擴(kuò)張?jiān)诠壍幕蚪M里留下了幾乎和正選擇一樣的痕跡，使得相關(guān)檢驗(yàn)方法的假陽(yáng)性率非常高（可以高達(dá)80%到90%），這就造成了針對(duì)近期正選擇的檢驗(yàn)可信度很低。

　　為了降低假陽(yáng)性率，目前幾乎采用的唯一方法是在基因組水平上分析遺傳多態(tài)數(shù)據(jù)。然而由于長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中所遺留下來(lái)的信息是有限的以及目前計(jì)算分析能力的局限，人們所采用的模型不可能無(wú)限地接近于實(shí)際，所以要精確估計(jì)出自然群體的歷史數(shù)量變化的參數(shù)是相當(dāng)困難的。所以這一方法仍然難以精確估計(jì)出具體的假陽(yáng)性率，而且其可靠性仍就無(wú)法在數(shù)學(xué)上得到證明。不僅如此，由于一些重要的前提條件無(wú)法滿足，使得該方法難以運(yùn)用到絕大多數(shù)的野生物種和家養(yǎng)動(dòng)植物的研究當(dāng)中。

　　基于此，在1989年Tajima提出了著名的Tajima’s D檢測(cè)方法之后，針對(duì)其存在的問(wèn)題，理論群體遺傳學(xué)研究的一個(gè)主要目標(biāo)就是要建立一個(gè)行之有效的方法，使得檢測(cè)新近發(fā)生的正選擇不受群體數(shù)量變化的影響。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)成為過(guò)去20多年理論群體遺傳學(xué)追逐的夢(mèng)想。

　　李海鵬研究員的最新研究成果把這一夢(mèng)想變成了實(shí)現(xiàn)。他提出了一種全新的通過(guò)檢驗(yàn)樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)策略來(lái)檢測(cè)新近發(fā)生的正選擇，并建立了相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬兩方面均證明了，該統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果不受群體歷史數(shù)量變動(dòng)的影響，比如瓶頸效應(yīng)和群體擴(kuò)張。這意味著無(wú)論群體的數(shù)量在歷史上如何變動(dòng)，這一新方法的假陽(yáng)性率將保持在統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)所設(shè)的顯著性水平以下。

　　新的方法不需要任何種群歷史的信息或者對(duì)種群參數(shù)的估計(jì)，也無(wú)需基因組水平的遺傳多態(tài)數(shù)據(jù)，僅僅需要來(lái)自于100 – 1000bp范圍內(nèi)的遺傳多態(tài)數(shù)據(jù)，就可以可靠地檢測(cè)新近發(fā)生的正選擇。這一新方法的建立將極大地促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

來(lái)源：生物谷

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