群体遗传分析（一）#学习笔记

哈温的遗传平衡定律是基础，费、莱、霍的群体遗传学是数学基础和理论框架，木村资生的中性进化论深化了自然选择的概念。
中性学说认为：分子水平上的遗传变异在很大程度上是中性的，变异程度主要由突变速率和有效群体大小决定。（通过观察值和理论值之间的差异性测验中性进化假说）

群体遗传多态性与结构分析

Locus：遗传座位，在群体中通常包含多个allele：等位基因，即遗传多态性。
大多数的新突变是由于 genetic drift：遗传漂变或 purifying selection 净化选择作用从群体中淘汰，只有极少数突变在群体中被保留下来。

遗传漂变：小样本引起的群体基因频率的随机变化。

1. 遗传多态性及其估计
   影响种群遗传构成的因素：种群扩增、奠基者效应、瓶颈效应、种群缩减、分割、种群间的基因交流及种群迁徙。
   自然选择作用于非中性突变上，增加有益突变在群体中的频率，或者消除不利的突变和以其他的方式对遗传的多样性进行修饰。

奠基者效应，是造成遗传漂变的一种形式，指由带有亲代群体中部分等位基因的少数个体重新建立新群体的过程。

• 等位基因频率与固定系数
  利用DNA测序统计出的各个亚群体基因频率数据和各个亚群体的大小计算可靠的F估计量。

*固定系数F*是指一个位点上的两个等位基因频率与哈温定律遗传平衡的偏差。
公式F=(h-h0)/h，即通过遗传多态性数据（如SNP）估计的亚种群间平均杂合性大小与整个种群平均杂合度大小的差异

• DNA多态性估算
  度量标准：每个核苷酸座位的分离位点数目和核苷酸多样性（或核苷酸水平的杂合度）

2. 群体遗传结构分析

• 群体遗传结构及其分析方法
  群体遗传结构是指基因在空间和时间的分布样式：种群内的遗传变异和种群间的遗传分化。

模型类型：距离隔离模型，陆岛模型（迁移），海岛模型（彻底 不连续分布），阶石模型（邻近群体迁入）

群体结构中亚群分类方法：基于距离、基于模型（可纳入地理表型信息）
固定系数能够衡量种群间遗传差异程度，F值越大，种群间的遗传分化程度越大。

如果两个个体的同一段基因序列完全相同，就可以说明他们具有相同的单倍型。

• 群体结构分析工具
  Structure：群体满足哈温模型，且分析的信息位点间连锁不平衡（LD）不显著。
  但由于全基因组上万甚至百万的标记用于分析群体结构，后来又开发了：Frappe和Faststructure
  Eigensoft和SNPRelate：PCA分析也可以进行群体结构划分。
  FATAT：估计亚群间分化固定系数、群体内分化系数和群体内遗传多样度。
  Arlequin进行AMOVA分析，评价亚群间和亚群内的变异及遗传距离。
  VCFtools和PopGenome进行全基因组水平上群体分化相关系数计算。

群体遗传学的重要任务：
明确种群进化历史、分析遗传漂变与自然选择的效应，从而检测出进化上的重要的遗传位点。

案例：
全球杂草稻起源和基因组适应性进化机制

全球杂草稻的遗传和地理起源---a

Reference：

《生物信息学》（第二版），2021，樊龙江主编，科学出版社
Qiu J, Jia L, Wu D, Weng X, Chen L, Sun J, Chen M, Mao L, Jiang B, Ye C, Turra GM, Guo L, Ye G, Zhu QH, Imaizumi T, Song BK, Scarabel L, Merotto A Jr, Olsen KM, Fan L. Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization. Genome Biol. 2020 Mar 26;21(1):70. doi: 10.1186/s13059-020-01980-x.