Articles

a fontosságát, hogy A Semleges Elmélet, 1968-ban pedig 50 év: válasz Kern pedig Hahn 2018

A Semleges Elmélet a Molekuláris Evolúció azt állítja, hogy a legtöbb, de novo mutáció vagy kellően káros a hatása fitness, hogy kicsi az esélye, hogy fix a népesség, vagy az ilyen gyenge kiválasztása válhatnak rögzített eredményeként a genetikai sodródás (Kimura 1968, 1983; Király Jukes 1969). Ezenkívül a fajok közötti semleges mutációk helyettesítési sebessége megegyezik a mutációs rátával (Kimura 1968). A kritikus első kiterjesztése ennek keretében részt, a felvétel szinte semleges mutációk, valamint az a felismerés, hogy az arány a genom által képviselt szelektíven korlátozott helyek (ahol a mutációk alacsony a valószínűsége rögzítés által drift) attól függ, hogy a tényleges népesség méret a faj vagy a környező régió (Ohta 1973). Míg a fixálás vagy a veszteség felé sodródik, a semleges és közel semleges mutációk hozzájárulnak a populációk DNS-szekvencia-változásához. A Semleges Elmélet további hypothesizes, hogy előnyös mutációk elég ritka, mint az állandó bemeneti semleges, illetve káros változatok, hogy ők legyenek ritkán jelen mintákat külön kezelt változása, különösen azért, mert a gyors terjedését, hogy a rögzítés.

ezek az ötletek nagyban megváltoztatták az evolúciós biológusok gondolkodását. A genetikai sodródást sokkal komolyabban vették, mint korábban, ösztönözve a molekuláris evolúcióval és variációval kapcsolatos gyümölcsöző empirikus kutatások nagy részét, valamint az evolúció sztochasztikus elméletének alapvető előrelépéseit, amelyeket Kimura befolyásos könyvében (Kimura 1983) foglaltak össze. Most már nehéz értékelni, hogy milyen radikális indulás ez a nézet az evolúció képviselt: az 1950-es és 1960-as években szinte minden evolúciós változást az irányított természetes szelekciónak tulajdonítottak, és a legtöbb intermediate frekvenciájú allélokkal rendelkező polimorfizmust úgy gondolták, hogy a szelekció kiegyensúlyozása (például Ford 1975) tartja fenn. Annak ellenére, hogy úttörő hozzájárulás sztochasztikus népesség genetikai elmélet, Fisher híres elutasította jelentős evolúciós szerepe a genetikai sodródás (Fisher 1930), bár figyelemre méltó, hogy Wright volt egyszerre kifejlesztett egy mély elismerését annak fontosságát, hogy ezeket a sztochasztikus hatások az később volt indokolt, amikor a molekuláris változatok kezdte tanulmányozni (Wright 1931).

Ez ellen a történelmi hátteret, hogy Kern pedig Hahn (2018) beszéljétek meg, egy állítólagos ellentmondás a populáció genetika vonatkozó prediktív ereje, alkalmazhatósága a Semleges Elmélet, kezdve a javaslat, hogy “a ubiquity adaptív változás mindkét belül, illetve a fajok között azt jelenti, hogy egy átfogó elmélet a molekuláris evolúció kell kérni.”Bár azok, akik kezdetben kifejlesztették a semleges elméletet, nem állították, hogy minden szekvencia—változás semleges—valójában maga Kimura kifejlesztette a szelekció legalapvetőbb elméleti formuláit és kölcsönhatásait a genetikai sodródással-Kern and Hahn (2018) azzal érvelnek, hogy a modern adatok lebontották a semleges elméletet alátámasztó eredeti bizonyítékokat. Ez nem új állítás. Például Gillespie kritizálta néhány eredeti érvet a semlegesség mellett (például Gillespie 1991), és majdnem azonos nézeteket fejeztek ki Hahn-ban (2008). A Kern and Hahn (2018) érveinek újdonsága elsősorban abban rejlik, hogy hangsúlyt fektetnek a kapcsolódó oldalakon történő kiválasztás hatásaira a genomokon belüli variációs mintákra. Ennek megfelelően elsősorban a papír ezen aspektusára összpontosítunk. Amint világossá válik, Kern és Hahn nézeteinek egyik fő problémája a semleges elmélet szűk definíciójából adódik, amelyet a következőképpen foglalnak össze: “a fajok közötti különbségek a semleges szubsztitúcióknak (nem adaptív evolúciónak), és (….) a fajokon belüli polimorfizmusok nemcsak semlegesek, hanem dinamikájuk is van, amelyet a mutáció‐sodródás egyensúlya dominál.”

ennek a szűk nézetnek a alátámasztására Kern és Hahn a szelekció átható hatásai mellett érvelnek, erősen támaszkodva egy kis számú populációs genomikai vizsgálatra, amely arra utal, hogy a Drosophila aminosav‐helyettesítő szubsztitúcióinak akár 50% – a adaptív (lásd például a Sella et al. 2009), amely szerintük ellentmond Kimura (1968, 1983) és King and Jukes (1969) állításának, miszerint a legtöbb ilyen szubsztitúciót genetikai sodródás okozza. Eltekintve a benne rejlő bizonytalanság ezek a becslések (tárgyalja, Fay 2011), ez félrevezető, hogy használja őket, hogy az általános állítás, hogy a Semleges Elmélet nem elegendő ahhoz, hogy magyarázza genom‐wide minták változása, valamint az evolúció; arra következtetni, hogy ezek a frekvenciák adaptív cserék leginkább aggodalomra, csak a kis töredéke a genom, hogy kódok fehérjék (pl. <2% – a a humán genom; lásd Lander et al. 2001). Kern pedig Hahn további eltúlozni a sebezhetőségre adaptív helyettesítések, kiemelve vizsgálatok, az emberek, a növények pedig, hogy összpontosítson a korlátozott részhalmaza gének gyorsan fejlődik. A keringés, amely a genomban lévő semleges vagy majdnem semleges helyettesítések túlnyomó többségének figyelmen kívül hagyásával, majd a semlegesség jelentős szerepének elutasításával jár, aligha indokolja a Hahn (2008) által támogatott “molekuláris evolúció szelekciós elmélete” szükségességét.

Második, tekintettel a hatások kiválasztása kapcsolódó semleges vagy közel semleges területek, Kern, valamint Hahn (2018) hangsúlyozzák a jól bevált pozitív korreláció között rekombináció árak szintje pedig a variáció, hogy figyeltek meg számos faj (Vágó, valamint Payseur 2013). Azzal a nagyon erős állítással kezdődnek ,hogy ” ezek az eredmények azt sugallják, hogy szinte egyetlen loci sem mentes a kiválasztás hatásaitól, bármely szervezetben.”Ez a széles körű állítás indokolatlan, mivel viszonylag kevés olyan faj létezik, amelyre ilyen adatok állnak rendelkezésre. Bár ez a korreláció (amelyet először a Drosophila melanogasterben dokumentáltak a Begun and Aquadro 1992-ben) valóban azt sugallja, hogy a kiválasztás a stoppolás folyamata révén csökkenti a kapcsolt helyek semleges variációját, maga a rekombináció mutagén hatásai is hozzájárulhatnak ehhez a mintához (Pratto et al. 2014; Arbeithuber et al. 2015). A stoppolás magában foglalhatja mind a kedvező mutációk elterjedése (Maynard Smith and Haigh 1974) által okozott szelektív sweepeket, mind a káros mutációkhoz szorosan kapcsolódó semleges változatok eltávolítását—háttérkiválasztást (Charlesworth et al. 1993; Charlesworth 2012). A gyengén káros allélok széles körű tisztító választásának modelljei közötti kifejezett összehasonlításban, szemben a jótékony allélok visszatérő pozitív választásával, Lohmueller et al. (2011) az előbbi sokkal jobban illeszkedik az emberekben megfigyelt mintához (Lásd még Pouyet et al. 2018), akárcsak Comeron (2014) a Drosophila számára.

fontos, hogy az eukarióta genomok, köztük az emberek és egerek megfigyelései azt mutatják, hogy a polimorfizmus szintje alacsony a kódolás vagy a konzervált nem kódoló szekvenciák szomszédságában, és megközelítőleg monoton módon növekszik tőlük (Cutter and Payseur 2013; Johri et al. 2017; Lynch et al. 2017). Míg a szelektív söprések hozzájárulhatnak ehhez a mintához, és valóban szükség van más megfigyelések magyarázatára (Campos et al. 2017) , ezek az eredmények azt sugallják, hogy az érintett szelektív sepréseknek meglehetősen helyi hatásokkal kell rendelkezniük. Ezen eredmények ellenére Kern and Hahn (2018) hangsúlyozza azokat a tanulmányokat, amelyek átható pozitív szelekciót idéznek elő a genomra kiterjedő variációs minták magyarázatára (például Garud et al. 2015; Schrider és Kern 2017). Ezeket az állítólagos hatásokat azonban óvatosan kell értékelni, mivel nem zárják ki vagy nem veszik figyelembe a szóban forgó populációk (ismeretlen) nem egyensúlyi demográfiai történeteinek hatásait.

a stoppolás, a háttérkiválasztás és a szelektív söprések két formájának pontos kölcsönhatásától függetlenül fontos megjegyezni, hogy egyik sem befolyásolja a semleges mutációk rögzítésének valószínűségét (Birky and Walsh 1988), amely meghatározza a semleges szekvencia evolúciójának sebességét. Mindkét modell erős bizonyítékokon alapul, hogy a szegregáló variációk túlnyomó többsége semleges vagy közel semleges, és egyik modell sem ellentmond annak a bizonyítéknak, hogy a populációk és a fajok közötti állandó különbségek túlnyomó többsége semleges vagy közel semleges. Ezenkívül mind a háttérkiválasztás, mind a szelektív söprések úgy tekinthetők, hogy csökkentik az érintett genomiális régiók tényleges népsűrűségét (Ne), legalábbis első közelítésként (lásd Charlesworth 2009). Kimura és Ohta (Kimura és Ohta 1971; Ohta 1973; Kimura 1983), a ne csökkenése miatt a szelektív hatású mutációk rögzítési valószínűségei közelebb állnak a semleges mutációkhoz, oly módon, hogy csökken a jótékony mutációk rögzítésének sebessége, és növekszik a káros mutációk rögzítésének sebessége—ezáltal növelve a mutációk frakcióját, amelyek hatékonyan semlegesek. Így ezek a stoppolási hatások csak tovább hangsúlyozzák a genetikai sodródás alapvető evolúciós szerepét. Bár a legkorábbi készítményei a Semleges Elmélet középpontjában a dynamics egyedi loci, a hatások a válogatás csökkenti a Ne értékek kapcsolódó loci nem tanultam, nem értettem ezeket a mintákat, anélkül, hogy a járulékok Kimura, valamint Ohta. Egyszerűen félreértés az elméleti modellek szerepe az adatok értelmezésének megvilágításában, ahogyan azt Kern and Hahn (2018) állítja, hogy a stoppoló hatások azt sugallják, hogy a polimorfizmus szintje nem mutáció‐sodródás egyensúlyban van, és “ezért a jelenlegi adatok alapvetően összeegyeztethetetlenek a semleges elmélettel.”

tekintettel ezekre a megfontolásokra, itt a meglévő bizonyítékok egyszerű értelmezését javasoljuk a semleges elmélet modern változata szempontjából, amelynek egyes összetevői nem lehetnek ellentmondásosak:

  • (1)

    az eddig vizsgált organizmusok genomjának nagy része olyan mutációknak van kitéve, amelyek hatásuk szempontjából hatékonyan semlegesek, ezért genetikai sodródás alatt fejlődnek.

  • (2)

    az újonnan megjelenő mutációk nagy többsége, amelyek befolyásolják a fitneszt (azaz nem semleges mutációkat), káros, és a természetes szelekció domináns módja a természetben megtisztul, eltávolítva ezeket a káros mutációkat a populációkból.

  • (3)

    a természetes populációk ritkán vannak demográfiai egyensúlyban, és gyakran átestek a közelmúlt történelmi változásain. A populációméret változásainak, szerkezetének és vándorlásának együttes hatása a fajon belüli variációk minden alakváltozata. Ezek a demográfiai történetek nem feltételezhető, hogy hatással minták változása egységesen át a genom, sőt okozhat a különböző hatások különböző genomikai régiók, utánozva a várakozások alatt kiválasztása (pl. Fal et al. 2002; Thornton and Jensen 2007).

  • (4)

    a genetikai sodródás (a populáció demográfiai története által Modulált) kombinációja, mind a közvetlen, mind a kapcsolódó tisztító szelekciós formákkal, a genomikus variáció mintáival. Így a genomikai elemzéshez elengedhetetlen egy olyan modell, amely ezeket a hatásokat együttesen veszi figyelembe (Comeron 2017), és előrelépés történik e cél elérése érdekében (például Zeng and Charlesworth 2010).

  • (5)

    időnként jótékony mutációk keletkeznek, melyek közül néhány elérheti a fixációt vagy a magas frekvenciákat, és az ilyen eseményekkel kapcsolatos lokalizált stopping hatásokat meggyőzően leírták a különböző organizmusokban. Bizonyos esetekben ezek a genotípusos változások értelmesen kapcsolódtak mind a fenotípushoz, mind a fitneszhez. Azonban ezeknek a viszonylag ritka, lokalizált pozitív szelekciós eseményeknek a hatásait leginkább a fent leírt genomra kiterjedő folyamatok kiegészítéseként lehet jellemezni és számszerűsíteni (Stephan 2010). Ha nincs megfelelő null modell, amely figyelembe veszi ezeket a folyamatokat, amelyek a genom egészére jellemzőek, a nem megfelelő adaptív történetmondás valószínűleg szaporodni fog.

mind az öt pont teljes mértékben összhangban van Kimura és Ohta úttörő munkájával. Továbbá, a Kimura kezdeti közzétételét követő empirikus megfigyelések fényében végrehajtott fejlesztések a semleges elmélet egyértelmű kiterjesztései. Azt mutatják, hogy továbbra is fontos, ahelyett, hogy lebontaná. Az elmúlt öt évtizedben az ilyen felismerések nagyobb a megértése, hogy a kölcsönhatás a populáció mérete a drift‐kiválasztási dynamics (Ohta 1973), majd le a stoppolás hatások kiválasztása okozta a viszonylag ritka osztály előnyös mutációk (Maynard Smith haigh-nek 1974), valamint azokat okozza, hogy a sokkal gyakoribb osztály káros mutációk (Charlesworth et al. 1993). Ez a keretrendszer szervezési elvként szolgált a genomarchitektúra variációs mintáinak megértéséhez (Lynch 2007), valamint a sejtjellemzők evolúciójának megértéséhez, beleértve magát a mutációs arányt is (Lynch et al. 2016).

így a “úttörő” kifejezés használata a semleges elmélet leírására nem azt jelenti, hogy olyan tudományos előrelépést jelentünk, amely az elején teljesen kialakult. A többi jelentős tudományos fejlődéshez hasonlóan a semleges elméletet a későbbi megfigyelések és gondolatok fényében idővel módosították és módosították, mégis megőrizte értékét. Például Darwin megállapításait és a természetes szelekció működését támogató érvelését nem hagyták el az öröklődés kielégítő elméletének hiánya miatt—valójában ennek a későbbi tudásnak a beépítése csak megerősítette a mögöttes fogalmakat (Fisher 1930). Hasonlóképpen, a Semleges Elmélet nem kellett utasítani, mert a hiánya hangsúlyt a hatások kiválasztása a hivatkozott oldalak, a kezdeti megfogalmazása, mint a későbbi vizsgálatok csak arra szolgált, hogy hangsúlyozzák az alapvető szerepe közelében semlegesség, valamint a genetikai sodródás alakításában, a változás megfigyelhető belül, illetve a fajok között. Valójában az Ohta és Kimura az elsők között tanulmányozták ezeket a hatásokat, a semleges helyszíneken a látszólagos túladagolás elemzésében, amelyet a heterozigóta előnyhöz vagy a káros mutációkkal szembeni szelekcióhoz való kapcsolódás indukált (Ohta and Kimura 1970; Ohta 1971).

összefoglalva, a molekuláris biológiára való áttérés növelte a populációs genetika fontosságát az evolúció megértése szempontjából. Ráadásul a korábbi elméleti keret feloldása helyett a molekuláris adatok beáramlása számos Genom előtti elméleti fejlesztést támogatott. Bár az épület még nem teljes, a semleges elmélet megváltoztatta az emberek gondolkodását az evolúcióról molekuláris szinten, és ez a keret megfelelően továbbra is a modern evolúciós genomika alapjául szolgál. Így, nagy hitel tartozott, hogy a tudósok, akik dolgoztak, ez az elmélet részletesen, illetve a várható mit lehet mondani egyszer gének (illetve a genom szekvenciát jelent) lehet szekvenált.