適應性進化的生物學機制新突破

　　如何可靠地檢測新近發(fā)生的正選擇？李海鵬研究員的最新研究成果，實現(xiàn)了20年來理論群體遺傳學的一個夢想。

　　正選擇是一個重要的進化力量，它使得攜帶某個突變的個體相對于不攜帶這個突變的個體來說有生存和繁殖上的優(yōu)勢。正選擇作為一種重要的進化力量，不僅在野生群體和現(xiàn)代人類的進化過程中扮演重要的角色，而且在家養(yǎng)動植物的馴化過程中例如稻米、狗和豬均起著決定性的作用。雖然我們無法回到過去，但是在最近1 – 10萬年里發(fā)生的正選擇事件通常都會在生物體的基因組里留下些蛛絲馬跡。所以我們可以檢測到這些正選擇事件并且定位造成這些適應性進化的突變，進而為研究這些突變的功能開啟大門。最終，我們希望通過這些研究來探索進化的根本奧秘——適應性進化的生物學機制。

　　然而，在檢測這些正選擇事件的時候，人們發(fā)現(xiàn)所研究對象的群體數(shù)量在過去幾萬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檢驗方法neutrality tests的高假陽性率。例如，黑腹果蠅最早生活在非洲南部的一小塊區(qū)域，在1 – 6萬年前開始擴散到世界的其他地區(qū)。群體數(shù)量的擴張在果蠅的基因組里留下了幾乎和正選擇一樣的痕跡，使得相關檢驗方法的假陽性率非常高（可以高達80%到90%），這就造成了針對近期正選擇的檢驗可信度很低。

　　為了降低假陽性率，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)。然而由于長期進化過程中所遺留下來的信息是有限的以及目前計算分析能力的局限，人們所采用的模型不可能無限地接近于實際，所以要精確估計出自然群體的歷史數(shù)量變化的參數(shù)是相當困難的。所以這一方法仍然難以精確估計出具體的假陽性率，而且其可靠性仍就無法在數(shù)學上得到證明。不僅如此，由于一些重要的前提條件無法滿足，使得該方法難以運用到絕大多數(shù)的野生物種和家養(yǎng)動植物的研究當中。

　　基于此，在1989年Tajima提出了著名的Tajima’s D檢測方法之后，針對其存在的問題，理論群體遺傳學研究的一個主要目標就是要建立一個行之有效的方法，使得檢測新近發(fā)生的正選擇不受群體數(shù)量變化的影響。實現(xiàn)這個目標成為過去20多年理論群體遺傳學追逐的夢想。

　　李海鵬研究員的最新研究成果把這一夢想變成了實現(xiàn)。他提出了一種全新的通過檢驗樹的拓撲結構策略來檢測新近發(fā)生的正選擇，并建立了相應的統(tǒng)計學方法。數(shù)學和計算機模擬兩方面均證明了，該統(tǒng)計學假設檢驗的結果不受群體歷史數(shù)量變動的影響，比如瓶頸效應和群體擴張。這意味著無論群體的數(shù)量在歷史上如何變動，這一新方法的假陽性率將保持在統(tǒng)計學假設檢驗時所設的顯著性水平以下。

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

來源：生物谷

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