Fiksacijski indeks

Fiksacijski indeks ( $F$ _ST) jest mjera populacijske diferencijacije zbog njene genetičke strukture. Obično se procjenjuje na osnovu podataka o genetičkom polimorfizmu, kao što su jednonukleotidni polimorfizam (SNP) ili mikrosateliti. Kao poseban oblik Wrightove $F$ -statistike, to je jedna od najčešće korištenih statistika u populacijskoj genetici.^[1]

Definicija

Dvije uobičajene definicije za $F$ _ST na datom lokusu zasnivaju se na varijansi alelnih frekvencija između populacija i vjerovatnoći njihovog identiteta preko predaka. Ako je ${\bar {p}}$ je frekvencija alela u ukupnoj populaciji, $\sigma _{S}^{2}$ je varijansa frekvencije alela među različitim subpopulacijama, mjerena njihovom veličinom, a $\sigma _{T}^{2}$ je varijansa alelnog stanja u ukupnoj populaciji, $F$ _ST je definiran kao:^[2]

F_{ST}={\frac {\sigma _{S}^{2}}{\sigma _{T}^{2}}}={\frac {\sigma _{S}^{2}}{{\bar {p}}(1-{\bar {p}})}}

Ova definicija, po Wrightovom F_ST mjeri iznos genetičke varijanse kojim se može objasniti struktura populacije. Također se može smatrati i dijelom ukupne različitosti koja nije posljedica prosječne različitosti unutar subpopulacija, Tu se različitost mjeri vjerojatnošću da su dva nasumično odabrana alela različita. Može se također uzeti da je

$2p(1-p)$ .
Ako frekvencija alela u $i$ toj populaciji iznosi $p_{i}$ , a relativna veličina $i$ te populacije je $c_{i}$ , tada

F_{ST}={\frac {{\bar {p}}(1-{\bar {p}})-\sum c_{i}p_{i}(1-p_{i})}{{\bar {p}}(1-{\bar {p}})}}={\frac {{\bar {p}}(1-{\bar {p}})-{\overline {p(1-p)}}}{{\bar {p}}(1-{\bar {p}})}}

Alternativno,^[3]

F_{ST}={\frac {f_{0}-{\bar {f}}}{1-{\bar {f}}}}

,

gdje $f_{0}$ je vjerovatnoća identiteta pretka dvije individue data tako da su one u istoj subpopulaciji, a ${\bar {f}}$ je vjerovatnoća da su dvije individue iz ukupne populacije identične po porijeklu. Upotreba ove definicije, F_ST može se interpretirati koliko su bliske dvije individue iste subpopulacijebliskear, u poređenju sa ukupnom populacijom. Ako je stopa mutacija niska, ova interpretacija može naći eksplicitnije veze vjerovatnoće identiteta porijekla koalescentnog vremenskog puta: ako T₀ i T označavaju prosječno vrijeme koalescencije individua iz iste subpopulacije i ukpne populacije. Tada je

F_{ST}\approx 1-{\frac {T_{0}}{T}}

Ova formulacija se odnosi na prosjek koji se očekuje procjenom genetičkih podataka, a vodi ka razvoju različitih obrazaca procjene $F$ _ST.

Procjene

U praksi, ni jedak kvantitet upotrebljen za definicije može se lako proračunati. Posljedica je da različiti estimatori predlažu i različite procjene. Primjer je procjena koja je primjenljiva na podatke o DNK sekvencama:

F_{ST}={\frac {\pi _{\text{between}}-\pi _{\text{within}}}{\pi _{\text{between}}}}

,

gdje $\pi _{\text{between}}$ and $\pi _{\text{within}}$ predstavlja prosjek broja razlika u uparivanju dvije individue iz različitih subpopulacija ( $\pi _{\text{between}}$ ) ili iz iste ( $\pi _{\text{within}}$ ) subpopulacije. Prosjek parnih razlika među populacijama može se izračunati kao suma međuparnih razlika podijeljenih brojem parova. Međutim, ova procjena $F$ _ST je pristrasna kada je veličina uzorka mala ili varira među proučavanim populacijama. Stoga se za izračunavanje $F$ _ST u praksi primijenjuju složenije metode. Dvije od najrasprostranjenijih procedura su pokazatelji prema Weiru i Cockerhamu (1984. -)^[4], prilagođena za analizu molekulske genetičke raznolikosti.

Interpretacija

Ovo poređenje genetičke varijabilnosti unutar i između populacija se često koristi u primijenjenoj populacijskoj genetici. Vrijednosti se kreću od 0 do 1, pri čemu nulta vrijednost podrazumijeva potpunu panmiksiju, što znači da se jedinke dvije posmatrane populacije slobodno pare. Vrijednost 1 podrazumijeva da se sve genetičke varijacije objašnjavaju strukturom populacije, a da dvije poređene populacije se međusobno genetički ne raznolikuju. Za idealizirane modele poput Wrightovog, tj. model otoka otoka, $F$ _ST može se koristiti za procjenu stope migracija. Prema tom modelu, ta stopa je:

{\hat {M}}\approx {\frac {1}{2}}\left({\frac {1}{F_{ST}}}-1\right)

.

Interpretacija $F$ _ST može biti teško kada su analizirani podaci visoko polimorfni. U ovom slučaju, vjerojatnost identiteta porijekla je vrlo niska i $F$ _ST može imati proizvoljno nisku gornju granicu, što bi moglo dovesti do pogrešnog tumačenja podataka. Također, strogo govoreći $F$ _ST nije genetička udaljenost, jer ne zadovoljava „trokut nejednakosti“. Kao posljedica toga, i dalje se razvijaju novi obrasci za mjerenje genetičke diferencijacije.

F_ST u ljudskim populacijama

Mešunarodni HapMap projekat International HapMap Project, za grananje populacijskog stabla po $F$ _ST procjenjuje primjenom SNP podataka. Preko autosoma, $F$ _ST je procijenjen na 0,12. Značaj ove $F$ _ST vrijednosti kod ljudi je još sporan. Kao što $F$ _ST nula znači da nema divergencije između populacija, $F$ _STje jedan od indikakora stanja kompletne izolacije populacija.

Antropolozi često citiraju rad Richarda Lewontina iz 1972. koji je došao do sličnih vrijednosti i tumače ovaj iznos kao male biološke razlike između ljudskih rasa.^[1]^[5] S druge strane, Harpending je tvrdio da ova vrijednost $F$ _ST = 0,12, na svjetskoj razini, podrazumijeva da je

"srodnost između dvije osobe iste ljudske populacije ekvivalent srodstvu između djeda i bake prema unucima ili između pola braće i sestara".

^[6]

Autosomna genetička distanca na bazi SNP

Interkontinentalna autosomna genetička distanca na bazi SNP markera
^[7]
	Evropa (CEU)	Subsaharska Afrika (Yoruba)	Istočna Azija (Japanci)
Subsaharska Afrika (Yoruba)	0,153
Istočna Azija (Japanci)	0,111	0,190
Istočna Azija (Kinezi)	0,110	0,192	0,007

Intraevropko/mediteranske autosomne genetičke distance na bazi SNP markera
^[7]^[8]
	Italijani	Palestinci	Šveđani	Finci	Španci	Nijemci	Rusi
Palestinci	0,0064
Šveđani	0,0064-0,0090	0,0191
Finci	0,0130-0,0230		0,0050-0,0110
Španci	0,0010-0,0050	0,0101	0,0040-0,0055	0,0110-0,0170
Nijemci	0,0029-0,0080	0,0136	0,0007-0,0010	0,0060-0,0130	0,0015-0,0030
Rusi	0,0088-0,0120	0,0202	0,0030-0,0036	0,0060-0,0120	0,0070-0,0079	0,0030-0,0037
Francuzi	0,0030-0,0050		0,0020	0,0080-0,0150	0,0010	0,0010	0,0050
Grci	0,0000	0,0057	0,0084		0,0035	0,0039	0,0108

Programi procjene F_ST

Arlequin
Fstat
SMOGD^[9]
diveRsity
Microsatellite Analyzer (MSA) Arhivirano 29. 3. 2015. na Wayback Machine
VCFtools

Moduli ca izračunavanje F_ST

Reference

^ ^a ^b Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.
^ Holsinger, Kent E.; Bruce S. Weir (2009). "Genetics in geographically structured populations: defining, estimating and interpreting FST". Nat Rev Genet. 10 (9): 639–650. ISSN 1471-0056. PMID 19687804.
^ Durrett R. (2012): Probability models for DNA sequence volution|url=http://books.google.com/books?id=o4_bMHy7jFoC, 2008, Springer Verlag, Berlin, ISBN 978-0-387-78168-6.
^ Weir, B. S.; Cockerham, C. Clark (1984). "Estimating F-Statistics for the Analysis of Population Structure". Evolution. 38 (6): 1358. doi:10.2307/2408641. ISSN 0014-3820.
^ Lewontin, Richard C. (1972). "The apportionment of human diversity". Evolutionary biology. 6 (38): 381–398. doi:10.1007/978-1-4684-9063-3_14. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)
^ Harpending, Henry (1. 11. 2002). "Kinship and Population Subdivision" (PDF). Population & Environment. 24 (2): 141–147. doi:10.1023/A:1020815420693. JSTOR 27503827.
^ ^a ^b Nelis, Mari; et al. (8. 5. 2009). Fleischer, Robert C. (ured.). "Genetic structure of Europeans: A view from the North–East". PLoS ONE. 4 (5): e5472. Bibcode:2009PLoSO...4.5472N. doi:10.1371/journal.pone.0005472. PMC 2675054. PMID 19424496. Eksplicitna upotreba et al. u: |author2= (pomoć), see table Arhivirano 11. 5. 2011. na Wayback Machine
^ Tian, Chao; et al. (November 2009). "European Population Genetic Substructure: Further Definition of Ancestry Informative Markers for Distinguishing among Diverse European Ethnic Groups". Molecular Medicine. 15 (11–12): 371–383. doi:10.2119/molmed.2009.00094. ISSN 1076-1551. PMC 2730349. PMID 19707526. Eksplicitna upotreba et al. u: |author2= (pomoć), see table
^ doi:10.1111/j.1755-0998.2009.02801.x

Također pogledajte

Vanjski linkovi

BioPerl - Bio::PopGen::PopStats

[Hadžiselimović_R._2005-1] Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.

[2] Holsinger, Kent E.; Bruce S. Weir (2009). "Genetics in geographically structured populations: defining, estimating and interpreting FST". Nat Rev Genet. 10 (9): 639–650. ISSN 1471-0056. PMID 19687804.

[3] Durrett R. (2012): Probability models for DNA sequence volution|url=http://books.google.com/books?id=o4_bMHy7jFoC, 2008, Springer Verlag, Berlin, ISBN 978-0-387-78168-6.

[WeirCockerham1984-4] Weir, B. S.; Cockerham, C. Clark (1984). "Estimating F-Statistics for the Analysis of Population Structure". Evolution. 38 (6): 1358. doi:10.2307/2408641. ISSN 0014-3820.

[5] Lewontin, Richard C. (1972). "The apportionment of human diversity". Evolutionary biology. 6 (38): 381–398. doi:10.1007/978-1-4684-9063-3_14. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)

[6] Harpending, Henry (1. 11. 2002). "Kinship and Population Subdivision" (PDF). Population & Environment. 24 (2): 141–147. doi:10.1023/A:1020815420693. JSTOR 27503827.

[nelis-7] Nelis, Mari; et al. (8. 5. 2009). Fleischer, Robert C. (ured.). "Genetic structure of Europeans: A view from the North–East". PLoS ONE. 4 (5): e5472. Bibcode:2009PLoSO...4.5472N. doi:10.1371/journal.pone.0005472. PMC 2675054. PMID 19424496. Eksplicitna upotreba et al. u: |author2= (pomoć), see table Arhivirano 11. 5. 2011. na Wayback Machine

[8] Tian, Chao; et al. (November 2009). "European Population Genetic Substructure: Further Definition of Ancestry Informative Markers for Distinguishing among Diverse European Ethnic Groups". Molecular Medicine. 15 (11–12): 371–383. doi:10.2119/molmed.2009.00094. ISSN 1076-1551. PMC 2730349. PMID 19707526. Eksplicitna upotreba et al. u: |author2= (pomoć), see table

[9] :10.1111/j.1755-0998.2009.02801.x

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]