En genética , cuando se establecen múltiples copias de una mutación beneficiosa y se fijan juntas, se denomina barrido suave . [1] [2] Dependiendo del origen de estas copias, las variantes ligadas podrían entonces retenerse y emerger como estructuras de haplotipos en la población. Hay dos formas principales de barridos suaves: 1) Una mutación beneficiosapreviamente separados en la población de manera neutral y, por lo tanto, existían como múltiples haplotipos en el momento del cambio selectivo en el que la mutación se volvió beneficiosa. De esta manera, una sola mutación beneficiosa puede llevar múltiples haplotipos a una frecuencia intermedia, mientras que ella misma se vuelve fija. 2) Otro modelo que ocurre cuando múltiples mutaciones beneficiosas ocurren independientemente en una breve sucesión entre sí; en consecuencia, una segunda copia ocurre a través de la mutación antes de la fijación selectiva de la primera copia. [3] Los barridos suaves pueden ocurrir tanto por variación permanente como por mutaciones beneficiosas que se repiten rápidamente. [4] [5] [6]
Descripción general
Un barrido selectivo ocurre cuando, debido a una fuerte selección natural positiva, los alelos beneficiosos pasan rápidamente a la fijación en una población y resulta en la reducción o eliminación de la variación entre los nucleótidos cercanos a ese alelo . [7] Un barrido selectivo puede ocurrir cuando un alelo raro o anteriormente ausente que mejora la aptitud del portador en relación con otros miembros de la población aumenta en frecuencia rápidamente debido a la selección natural. A medida que aumenta la frecuencia de un alelo beneficioso de este tipo, las variantes genéticas que están presentes en la vecindad del ADN del alelo beneficioso también se volverán más frecuentes; este fenómeno llamado autostop genético . [6] [8] Un barrido selectivo surge si los cambios rápidos dentro de la frecuencia de un alelo beneficioso, impulsados por la selección positiva , distorsionan la historia genealógica de las muestras de la región alrededor del locus seleccionado. Ahora se reconoce que no todos los barridos reducen la variación genética de la misma manera, pero los barridos selectivos pueden clasificarse en tres categorías principales: [9] Primero, se espera que el barrido selectivo clásico o el barrido duro ocurra cuando las mutaciones beneficiosas son raras pero cuando una mutación beneficiosa que ha ocurrido aumenta en frecuencia rápidamente, reduciendo drásticamente la variación genética en la población. En segundo lugar, el barrido suave de la variación genética permanente (SGV) ocurre cuando mutaciones previamente neutrales que estaban presentes en una población se vuelven beneficiosas debido a un cambio ambiental. Tal mutación puede estar presente en varios antecedentes genómicos, de modo que cuando aumenta rápidamente en frecuencia no borra toda la variación genética en la población. Finalmente, un barrido suave de origen múltiple ocurre cuando las mutaciones son comunes, por ejemplo en una gran población, de modo que las mismas mutaciones beneficiosas o similares ocurren en un trasfondo genómico diferente, de modo que ningún trasfondo genómico puede igualar la alta frecuencia. [2] Se puede explorar de varias formas si se ha producido el barrido selectivo. Un método consiste en medir el desequilibrio de ligamiento, es decir, si un haplotipo dado está sobrerrepresentado en la población. Bajo evolución neutra , la recombinación genética resultará en la reorganización de los diferentes alelos dentro de los haplotipos, y ningún haplotipo dominará la población. Sin embargo, durante un barrido selectivo, la selección de una variante genética seleccionada positivamente también dará como resultado el autostop de los alelos vecinos y menos oportunidades de recombinación. Por lo tanto, la presencia de un fuerte desequilibrio de ligamiento podría indicar que ha habido un barrido selectivo y puede usarse para identificar sitios recientemente bajo selección. Ha habido muchas exploraciones para barridos selectivos en humanos y otras especies utilizando una variedad de enfoques y suposiciones estadísticos. [9]
Diferencias entre barridos suaves y fuertes
La principal diferencia entre los barridos selectivos suaves y duros radica en el número esperado de haplotipos diferentes que portan la mutación o mutaciones beneficiosas y, por lo tanto, en el número esperado de haplotipos que hacen autostop con una frecuencia considerable durante el barrido selectivo y que permanecen en la población en la tiempo de fijación. Esta diferencia clave da como resultado diferentes expectativas tanto en el espectro de frecuencias del sitio como en el desequilibrio de enlace y, en consecuencia, en las frecuentes estadísticas de prueba basadas en estas formas. [2] Si los barridos duros facilitan el rescate evolutivo , entonces un solo ancestro es responsable de la propagación de las variantes ventajosas y, por lo tanto, la diversidad genética se eliminará de la población como consecuencia de la adaptación y el declive demográfico. Por otro lado, un barrido suave, en el que el alelo beneficioso se deriva de forma independiente en múltiples ancestros, mantendrá cierta diversidad ancestral que existía antes del cambio ambiental que inició los cambios de aptitud. [9] [7]
Detectando barridos suaves
¿Hay alguna forma de separar barridos suaves y fuertes? Obviamente, solo los eventos adaptativos recientes dejan una señal mensurable (dura o suave). Las señales del espectro de frecuencia del sitio (como el exceso de alelos raros que es recogido por Tajima 1989 [10] ) generalmente se desvanecen en escalas de tiempo de ~ 0.1Ne generaciones, mientras que las señales basadas en el desequilibrio de ligamiento o las estadísticas de haplotipos solo duran ~ 0.01Ne generaciones . [11] [12] para encontrarlo fácilmente, la selección debe ser fuerte (4NeSb≫100). Incluso entonces, los barridos suaves pueden ser difíciles de distinguir de la neutralidad si son 'súper suaves', es decir, si existen numerosos orígenes independientes del alelo beneficioso, o si su frecuencia de inicio en el SGV (variación genética permanente) es alta. [13] [14] Para una interpretación sólida de selección versus neutralidad, necesitamos una estadística de prueba con un poder alto confiable para barridos fuertes y suaves. Con base en los patrones descritos anteriormente, y como se muestra, [12] [15] las pruebas basadas en el espectro de frecuencia del sitio (en busca de alelos derivados de baja o alta frecuencia) tienen poca potencia para revelar barridos suaves, mientras que las pruebas de haplotipos pueden detectar ambos tipos de barridos. [16] A diferencia de los barridos suaves de origen único (que siempre dejan una huella más débil), la capacidad de detectar barridos suaves de origen múltiple puede ser mayor que la capacidad de detectar barridos duros completados debido a la estructura clara del haplotipo justo en el lugar seleccionado. sitio. [12] Es difícil detectar barridos suaves con un solo origen. Peter, Huerta-Sanchez & Nielsen (2012) [13] y Schrider & Kern (2016) han desarrollado algunos estudios y pruebas basados en una combinación de estadísticas resumidas . [17] Ambas pruebas tienen un poder confiable para encontrar barridos suaves para una selección robusta y una frecuencia de inicio alta (5-20%) del alelo seleccionado. Además, las instancias prácticas bien definidas generalmente se basan en otras indicaciones, van con la huella: [18] por ejemplo, una población fuente se reconoce con el alelo seleccionado en el SGV (por ejemplo, espinosos marinos y de agua dulce, [19] o identificados y muy La presión de selección reciente no deja suficiente tiempo para que el alelo aumente de una sola copia a la frecuencia observada hoy (por ejemplo, la adaptación de CCR5 al VIH en humanos). [20] En general, los barridos suaves con múltiples orígenes tienen mejores posibilidades de detectar . [12] [16]
Ver también
Referencias
- ^ Paulose J, Hermisson J, Hallatschek O (2019) Barridos suaves espaciales: patrones de adaptación en poblaciones con dispersión de largo alcance. PLoS Genet 15 (2): e1007936. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007936
- ^ a b c Jensen, J. Sobre el entusiasmo infundado por los barridos selectivos suaves. Nat Commun 5, 5281 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms6281 .
- ^ Harris, Rebecca B .; Sackman, Andrew; Jensen, Jeffrey D. (28 de diciembre de 2018). "Sobre el entusiasmo infundado por los barridos selectivos suaves II: Examinar la evidencia reciente de humanos, moscas y virus" . PLOS Genetics . 14 (12): e1007859. doi : 10.1371 / journal.pgen.1007859 . PMC 6336318 . PMID 30592709 .
- ^ . Harris, Rebecca B .; Sackman, Andrew; Jensen, Jeffrey D. (28 de diciembre de 2018). "Sobre el entusiasmo infundado por los barridos selectivos suaves II: Examinar la evidencia reciente de humanos, moscas y virus" . PLOS Genetics . 14 (12): e1007859. doi : 10.1371 / journal.pgen.1007859 . PMC 6336318 . PMID 30592709 .
- ^ Benjamin A. Wilson, Pleuni S. Pennings y Dmitri A. Petrov Genetics 1 de abril de 2017 vol. 205 no. 4 1573-1586; https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478 .
- ^ a b Schaffner, S. y Sabeti, P. (2008) Adaptación evolutiva en el linaje humano. Educación de la naturaleza 1 (1): 14
- ^ a b Colin M. Brand, Frances J. White, Nelson Ting, Timothy H. Webster bioRxiv 2020.12.14.422788; doi: https://doi.org/10.1101/2020.12.14.422788
- ^ Graur, Dan, 2016. Evolución molecular y del genoma, Evolución molecular y del genoma, Sinauer Associates, una huella de Oxford University Press. ISBN 9781605354699
- ^ a b c Wilson, BA, Pennings, PS, Petrov, DA, 2017. Barridos selectivos suaves en el rescate evolutivo. Genetics 205, 1573-1586. https://doi.org/10.1534/genetics.116.191478
- ^ Tajima, F. (1989) Método estadístico para probar la hipótesis de la mutación neutra. Genetics, 123, 585–595.
- ^ Przeworski, M. (2002) La firma de la selección positiva en loci elegidos al azar. Genetics, 160, 1179-1189.
- ^ a b c d Pennings, PS y Hermisson, J. (2006) Suaves barridos III: la firma de la selección positiva de la mutación recurrente. PLoS Genetics, 2, e186.
- ^ a b Peter, BM, Huerta-Sanchez, E. y Nielsen, R. (2012) Distinguir entre barridos selectivos de variación permanente y de una mutación de novo. PLoS Genetics, 8, e1003011.
- ^ Berg, JJ y Coop, G. (2015) Un modelo coalescente para un barrido de una variante de pie única. Genética, 201, 707–725.
- ^ Ferrer-Admetlla, A., Liang, M., Korneliussen, T. y Nielsen, R. (2014) Sobre la detección de barridos selectivos suaves o duros incompletos utilizando la estructura del haplotipo. Biología molecular y evolución, 31, 1275-1291.
- ^ a b Garud, NR, Messer, PW, Buzbas, EO & Petrov, DA (2015) Los barridos selectivos recientes en Drosophila melanogaster de América del Norte muestran firmas de barridos suaves. PLoS Genetics, 11, e1005004.
- ^ Schrider, DR & Kern, AD (2016a) S / HIC: identificación sólida de barridos suaves y duros mediante el aprendizaje automático. PLoS Genetics, 12, e1005928.
- ^ Barrett RDH y Schluter, D. (2008) Adaptación de la variación genética permanente. Trends in Ecology & Evolution, 23, 38–44.
- ^ Colosimo, PF, Hosemann, KE, Balabhadra, S. et al. (2005) Evolución paralela generalizada en espinosos mediante la fijación repetida de alelos de ectodisplasina. Science, 307, 1928-1933.
- ^ Novembre, J. & Han, E. (2012) Estructura de la población humana y la respuesta adaptativa a las presiones de selección inducidas por patógenos. Transacciones filosóficas de la Royal Society B, 367, 878–886.