F-статистика - F-statistics

Не путать со статистикой «F-теста», используемой в общих статистических выводах. Увидеть F-тест и F-распределение.

В популяционная генетика, F-статистика (также известен как индексы фиксации) описывают статистически ожидаемый уровень гетерозиготность в популяции; в частности, ожидаемая степень (обычно) снижения гетерозиготности по сравнению с Математическое ожидание Харди – Вайнберга.

F-статистику также можно рассматривать как меру корреляции между генами, нарисованными на разных уровнях (иерархически) подразделенной популяции. На эту корреляцию влияют несколько эволюционный процессы, такие как генетический дрейф, эффект основателя, горлышко бутылки, генетический автостоп, мейотический драйв, мутация, поток генов, инбридинг, естественный отбор, или Эффект Валунда, но изначально он был разработан для измерения степени фиксации аллелей из-за генетический дрейф.

Концепция чего-либо F-статистика была разработана в 1920-х годах американским генетиком. Сьюэлл Райт,^[1][2] кто интересовался инбридингом в крупный рогатый скот. Однако, поскольку полное господство вызывает фенотипы из гомозигота доминанты и гетерозиготы были одинаковыми, только с появлением молекулярная генетика начиная с 1960-х годов можно было измерить гетерозиготность популяций.

F можно использовать для определения эффективная численность населения.^{[требуется дальнейшее объяснение ]}

Определения и уравнения

Меры F_{ЯВЛЯЕТСЯ}, F_ST, а F_ЭТО связаны с степенью гетерозиготности на различных уровнях популяционной структуры. Вместе они называются F-статистика, и получены из F, то коэффициент инбридинга. В простой двухаллельной системе с инбридингом частоты генотипов следующие:

${\displaystyle p^{2}(1-F)+pF{\text{ for }}\mathbf {AA} ;\ 2pq(1-F){\text{ for }}\mathbf {Aa} ;{\text{ and }}q^{2}(1-F)+qF{\text{ for }}\mathbf {aa} .}$

Значение для F находится путем решения уравнения для F с использованием гетерозигот в указанной выше инбредной популяции. Это становится один минус наблюдаемый частота гетерозигот в популяции, деленная на ожидается частота гетерозигот при Равновесие Харди – Вайнберга:

${\displaystyle F=1-{\frac {\operatorname {O} (f(\mathbf {Aa} ))}{\operatorname {E} (f(\mathbf {Aa} ))}}=1-{\frac {\operatorname {ObservedFrequency} (\mathbf {Aa} )}{\operatorname {ExpectedFrequency} (\mathbf {Aa} )}},\!}$

где ожидаемая частота при равновесии Харди – Вайнберга определяется выражением

${\displaystyle \operatorname {E} (f(\mathbf {Aa} ))=2pq,\!}$

где п и q являются частоты аллелей из А и асоответственно. Также вероятность того, что при любом локус, два аллеля от случайной особи популяции идентичны по происхождению.

Например, рассмотрим данные из Э. Форд (1971) на одной популяции алая тигровая моль:

Таблица 1:

Генотип	Белопятнистый (AA)	Средний (Аа)	Небольшая пятнистость (аа)	Всего
Число	1469	138	5	1612

Отсюда частоты аллелей можно вычислить, а ожидание ƒ(Aa) получено:

${\displaystyle p={2\times \mathrm {obs} (AA)+\mathrm {obs} (Aa) \over 2\times (\mathrm {obs} (AA)+\mathrm {obs} (Aa)+\mathrm {obs} (aa))}=0.954}$

${\displaystyle q=1-p=0.046\,}$

${\displaystyle F=1-{\frac {\mathrm {obs} (Aa)/n}{2pq}}=1-{138/1612 \over 2(0.954)(0.046)}=0.023}$

Разные F-статистика рассматривает различные уровни структуры населения. F_ЭТО - коэффициент инбридинга особи (я) относительно суммы (Т) население, как указано выше; F_{ЯВЛЯЕТСЯ} - коэффициент инбридинга особи (я) относительно субпопуляции (S), используя вышеизложенное для субпопуляций и усредняя их; и F_ST влияние субпопуляций (S) по сравнению с общей численностью населения (Т), и рассчитывается путем решения уравнения:

${\displaystyle (1-F_{IS})(1-F_{ST})=1-F_{IT},\,}$

как показано в следующем разделе.

Разделение из-за структуры населения

F_ЭТО можно разделить на F_ST из-за Эффект Валунда и F_{ЯВЛЯЕТСЯ} из-за инбридинг.

Рассмотрим популяцию, у которой есть структура населения двухуровневый; один от индивидуума (I) к субпопуляции (S) и один от субпопуляции к общему количеству (T). Тогда общая F, известный здесь как F_ЭТО, может быть разделенный в F_{ЯВЛЯЕТСЯ} (или ж) и F_ST (или θ):

${\displaystyle 1-F_{IT}=(1-F_{IS})\,(1-F_{ST}).\!}$

Это может быть далее разделено на подструктуру населения, и оно расширяется в соответствии с правилами биномиальное разложение, так что для я перегородки:

${\displaystyle 1-F=\prod _{i=0}^{i=I}(1-F_{i,i+1})\!}$

Индекс фиксации

Переформулировка определения F будет отношением среднего числа различий между парами хромосом, отобранных у диплоидных индивидуумов, со средним числом, полученным при случайном отборе хромосом из популяции (исключая группировку по индивидууму). Это определение можно изменить и рассмотреть возможность группировки по подгруппе. население, а не на человека. Популяционные генетики использовали эту идею для измерения степени структуры популяции.

К сожалению, существует большое количество определений для F_ST, вызывая некоторую путаницу в научной литературе. Общее определение следующее:

${\displaystyle F_{ST}={\frac {\operatorname {var} (\mathbf {p} )}{p\,(1-p)}}\!}$

где дисперсия п рассчитывается по подгруппам населения и п(1−п) - ожидаемая частота гетерозигот.

Индекс фиксации в человеческих популяциях

Хорошо известно, что генетическое разнообразие среди человеческих популяций невелико,^[3] хотя распределение генетического разнообразия было оценено лишь приблизительно. Ранние исследования утверждали, что 85–90% генетической изменчивости обнаруживается у людей, проживающих в одних и тех же популяциях на континентах (внутриконтинентальные популяции), и только дополнительные 10–15% обнаруживаются между популяциями разных континентов (континентальные популяции).^{[4][5][6][7][8]} Более поздние исследования, основанные на сотнях тысяч однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), показали, что генетическое разнообразие между континентальными популяциями еще меньше и составляет от 3 до 7%.^{[9][10][11][12][13][14]} Более позднее исследование, основанное на трех миллионах SNP, показало, что 12% генетических вариаций обнаруживаются между континентальными популяциями и только 1% внутри них.^[15] В большинстве этих исследований использовался F_ST статистика ^[16] или тесно связанная статистика.^[17][18]

Смотрите также

• Методика малекота
• Гетерозиготность
• Индекс фиксации

использованная литература

1. Райт, S (1950). «Генетическая структура популяций». Природа. 166 (4215): 247–9. Bibcode:1950Натура.166..247Вт. Дои:10.1038 / 166247a0. PMID  15439261.
2. Кулиг, К. (1985). «Использование экранов экстренной токсикологии». Американский журнал неотложной медицины. 3 (6): 573–4. Дои:10.1016/0735-6757(85)90177-9. LCCN  67025533. PMID  4063030.
3. Holsinger, Kent E .; Вейр, Брюс С. (2009). «Генетика в географически структурированных популяциях: определение, оценка и интерпретация FST». Природа Обзоры Генетика. 10 (9): 639–50. Дои:10.1038 / nrg2611. ЧВК  4687486. PMID  19687804.
4. Левонтин (1972). «Распределение человеческого разнообразия». Эволюционная биология. 6: 381–98. Дои:10.1007/978-1-4684-9063-3_14. ISBN  978-1-4684-9065-7.
5. Bowcock, Энн М .; Кидд, Джудит Р .; Mountain, Joanna L .; Герберт, Джоан М .; Каротенуто, Лучано; Кидд, Кеннет К .; Кавалли-Сфорца, Лука (1991). «Дрейф, смешение и отбор в эволюции человека: исследование полиморфизмов ДНК». Труды Национальной академии наук. 88 (3): 839–43. Bibcode:1991ПНАС ... 88..839Б. Дои:10.1073 / pnas.88.3.839. JSTOR  2356081. ЧВК  50909. PMID  1992475.
6. Барбужани, Гвидо; Маганьи, Арианна; Минч, Эрик; Кавалли-Сфорца, Л. Лука (1997). «Распределение разнообразия ДНК человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 94 (9): 4516–9. Bibcode:1997PNAS ... 94.4516B. Дои:10.1073 / пнас.94.9.4516. JSTOR  42042. ЧВК  20754. PMID  9114021.
7. Jorde, L.B .; Watkins, W.S .; Bamshad, M.J .; Dixon, M.E .; Ricker, C.E .; Seielstad, M.T .; Батцер, М.А. (2000). "Распределение генетического разнообразия человека: сравнение митохондриальных, аутосомных и Y-хромосомных данных". Американский журнал генетики человека. 66 (3): 979–88. Дои:10.1086/302825. ЧВК  1288178. PMID  10712212.
8. Jorde, Lynn B; Вудинг, Стивен П. (2004). "Генетическая изменчивость, классификация и раса'". Природа Генетика. 36 (11с): С28-33. Дои:10,1038 / ng1435. PMID  15508000.
9. Махасиримонгкол, Суракамет; Чантратита, Васун; Промсо, Сомиинг; Пашомсаб, Экават; и другие. (2006). «Сходство частоты аллелей и неравновесный паттерн сцепления однонуклеотидных полиморфизмов в локусах генов, связанных с лекарственными препаратами, между популяциями Таиланда и Северной Восточной Азии: последствия для выбора метки SNP у тайцев». Журнал генетики человека. 51 (10): 896–904. Дои:10.1007 / s10038-006-0041-1. PMID  16957813.
10. Ханнелиус, Ульф; Салмела, Элина; Лаппалайнен, Туули; Гийо, Жиль; Линдгрен, Сесилия М; Фон Дёбельн, Ульрика; Лахермо, Пяйви; Кере, Джуха (2008). «Субструктура популяции в Финляндии и Швеции, выявленная с помощью пространственных координат и небольшого количества несвязанных аутосомных SNP». BMC Genetics. 9: 54. Дои:10.1186/1471-2156-9-54. ЧВК  2527025. PMID  18713460.
11. Лао, Оскар; Лу, Тимоти Т .; Нотнагель, Майкл; Юнге, Олаф; и другие. (2008). «Соотношение генетической и географической структуры в Европе». Текущая биология. 18 (16): 1241–8. Дои:10.1016 / j.cub.2008.07.049. PMID  18691889.
12. Бисвас, Шамик; Scheinfeldt, Laura B .; Эйки, Джошуа М. (2009). «Полногеномное понимание закономерностей и детерминант мелкомасштабной структуры населения у людей». Американский журнал генетики человека. 84 (5): 641–650. Дои:10.1016 / j.ajhg.2009.04.015. ЧВК  2681007. PMID  19442770.
13. Нелис, Мари; Эско, Тыну; Мяги, Ридик; Зимприх, Фриц; и другие. (2009). Флейшер, Роберт С. (ред.). «Генетическая структура европейцев: взгляд с северо-востока». PLOS ONE. 4 (5): e5472. Bibcode:2009PLoSO ... 4.5472N. Дои:10.1371 / journal.pone.0005472. ЧВК  2675054. PMID  19424496.
14. Райх, Дэвид; Тангарадж, Кумарасами; Паттерсон, Ник; Price, Alkes L .; и другие. (2009). «Реконструкция истории населения Индии». Природа. 461 (7263): 489–94. Bibcode:2009Натура.461..489р. Дои:10.1038 / природа08365. ЧВК  2842210. PMID  19779445.
15. Эльхайк, Э (2012). «Эмпирические распределения FST из крупномасштабных данных о полиморфизме человека». PLOS ONE. 7 (11): e49837. Bibcode:2012PLoSO ... 749837E. Дои:10.1371 / journal.pone.0049837. ЧВК  3504095. PMID  23185452.
16. Райт, Сьюэлл (1965). «Интерпретация структуры населения с помощью F-статистики с особым учетом систем спаривания». Эволюция. 19 (3): 395–420. Дои:10.2307/2406450. JSTOR  2406450.
17. Шалев, Б. А .; Дворин, А .; Herman, R .; Katz, Z .; Борнштейн, С. (1991). «Многолетнее разведение гусей на яйценоскость и набитую массу печени». Британская птицеводство. 32 (4): 703–9. Дои:10.1080/00071669108417396. PMID  1933444.
18. Excoffier, L; Смаус, ЧП; Quattro, JM (1992). «Анализ молекулярной дисперсии, выведенной из метрических расстояний между гаплотипами ДНК: применение к данным рестрикции митохондриальной ДНК человека». Генетика. 131 (2): 479–91. ЧВК  1205020. PMID  1644282.

внешние ссылки

• Простое руководство Шейна по F-статистике
• Анализ генетической структуры популяций
• Эффект Валунда, F-статистика Райта
• Рабочий пример расчета F-статистики по генотипическим данным.
• F-статистика на основе IAM
• F-статистика для эко-инструмента Population Genetics
• Структура населения (слайды)