Modelo de sitios infinitos

Modelo de evolución molecular

El modelo de sitios infinitos (ISM) es un modelo matemático de evolución molecular propuesto por primera vez por Motoo Kimura en 1969. ^[1] Al igual que otros modelos de mutación, el ISM proporciona una base para comprender cómo la mutación desarrolla nuevos alelos en las secuencias de ADN. Mediante el uso de frecuencias alélicas, permite el cálculo de la heterocigosidad , o diversidad genética , en una población finita y la estimación de distancias genéticas entre poblaciones de interés.

Los supuestos del ISM son que (1) hay un número infinito de sitios donde pueden ocurrir mutaciones, (2) cada nueva mutación ocurre en un sitio nuevo y (3) no hay recombinación . ^{[1] [2] [3]} El término "sitio" se refiere a un solo par de bases de nucleótidos. ^[1] Debido a que cada nueva mutación tiene que ocurrir en un sitio nuevo, no puede haber homoplasia o mutación inversa a un alelo que existía previamente. Todos los alelos idénticos son idénticos por descendencia . La regla de los cuatro gametos se puede aplicar a los datos para garantizar que no violen el supuesto del modelo de que no hay recombinación. ^[4]

La tasa de mutación ( ) se puede estimar de la siguiente manera, donde es el número de mutaciones encontradas dentro de una secuencia de ADN seleccionada aleatoriamente (por generación), es el tamaño efectivo de la población. ^[5] El coeficiente es el producto del doble de copias de genes en individuos de la población; en el caso de genes diploides heredados biparentalmente, el coeficiente apropiado es 4, mientras que para genes uniparentales haploides, como los genes mitocondriales, el coeficiente sería 2 pero aplicado al tamaño efectivo de la población femenina que es, para la mayoría de las especies, aproximadamente la mitad de . ${\displaystyle \theta }$ ${\displaystyle \mu ^{*}}$ ${\displaystyle N_{e}}$ ${\displaystyle N_{e}}$

${\displaystyle \theta =4N_{e}\mu ^{*}}$

Al considerar la longitud de una secuencia de ADN, el número esperado de mutaciones se calcula de la siguiente manera

${\displaystyle \mu ^{*}=k\mu }$

Donde k es la longitud de una secuencia de ADN y es la probabilidad de que ocurra una mutación en un sitio. ^[5] ${\displaystyle \mu }$

Watterson desarrolló un estimador para la tasa de mutación que incorpora el número de sitios segregantes (estimador de Watterson) . ^[6]

Una forma de pensar en el modelo intermensual es en su aplicación a la evolución del genoma. Para entender el modelo intermensual en su aplicación a la evolución del genoma, debemos pensar en este modelo en su aplicación a los cromosomas . Los cromosomas están formados por sitios , que son nucleótidos representados por A, C, G o T. Si bien los cromosomas individuales no son infinitos, debemos pensar en los cromosomas como intervalos continuos o círculos continuos. ^[7]

Se aplican múltiples supuestos para comprender el ISM en términos de evolución del genoma: ^[7]

• Se producen k rupturas en estos cromosomas, lo que deja 2k extremos libres disponibles. Los 2k extremos libres se unirán de una nueva manera reorganizando el conjunto de cromosomas (es decir, translocación recíproca , fusión, fisión , inversión , incisión circularizada, escisión circularizada).
• Ningún punto de interrupción se utiliza dos veces.
• Un conjunto de cromosomas puede duplicarse o perderse.
• Se puede observar ADN que nunca antes existía en los cromosomas, como en la transferencia horizontal de genes de ADN o en la integración viral.
• Si los cromosomas se vuelven lo suficientemente diferentes, la evolución puede formar una nueva especie.
• Las sustituciones que alteran un solo par de bases son individualmente invisibles y ocurren a una tasa finita por sitio.
• La tasa de sustitución es la misma para todos los sitios de una especie, pero puede variar entre especies (es decir, no se supone que exista un reloj molecular ).
• En lugar de pensar en las sustituciones en sí, piense en el efecto de la sustitución en cada punto a lo largo del cromosoma como un aumento continuo en la distancia evolutiva entre la versión anterior del genoma en ese sitio y la siguiente versión del genoma en el sitio correspondiente en el descendiente. ^[7]

Referencias

1. Kimura, Motoo (1969-04-01). "El número de sitios de nucleótidos heterocigotos mantenidos en una población finita debido al flujo constante de mutaciones". Genética . 61 (4): 893–903. doi :10.1093/genetics/61.4.893. ISSN  0016-6731. PMC  1212250 . PMID  5364968.
2. Tajima, F (1996). "Modelo de alelos infinitos y modelo de sitios infinitos en genética de poblaciones". Journal of Genetics . 75 : 27–31. doi :10.1007/bf02931749. S2CID  1330336.
3. Watterson, GA (1975). "Sobre el número de sitios segregantes en modelos genéticos sin recombinación". Biología de poblaciones teórica . 7 (2): 256–276. Bibcode :1975TPBio...7..256W. doi :10.1016/0040-5809(75)90020-9. PMID  1145509.
4. Hudson, Richard R.; Kaplan, Norman L. (1985-09-01). "Propiedades estadísticas del número de eventos de recombinación en la historia de una muestra de secuencias de ADN". Genética . 111 (1): 147–164. doi :10.1093/genetics/111.1.147. ISSN  0016-6731. PMC 1202594 . PMID  4029609. 
5. Futschik, A; Gach, F (2008). "Sobre la inadmisibilidad del estimador de Watterson". Biología de poblaciones teórica . 73 (2): 212–221. Bibcode :2008TPBio..73..212F. doi :10.1016/j.tpb.2007.11.009. PMID  18215409.
6. Ramirez-Soriano, A; Nielsen, R (2009). "Corrección de los estimadores de Θ y D de Tajima para los sesgos de verificación causados ​​por el proceso de descubrimiento de polimorfismos de un solo nucleótido". Genética . 181 (2): 701–710. doi :10.1534/genetics.108.094060. PMC 2644958 . PMID  19087964. 
7. Ma, Jian; Ratan, Aakrosh; Raney, Brian J.; Suh, Bernard B.; Miller, Webb; Haussler, David (23 de septiembre de 2008). "El modelo de sitios infinitos de la evolución del genoma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 105 (38): 14254–14261. doi : 10.1073/pnas.0805217105 . ISSN  0027-8424. PMC 2533685 . PMID  18787111. 

Lectura adicional

• Degnan, James H.; Salter, Laura A. (2005). "Distribuciones de árboles genéticos bajo el proceso coalescente". Evolución . 59 (1): 24–37. doi :10.1111/j.0014-3820.2005.tb00891.x. PMID  15792224. S2CID  592613.
• Hobolth, Asger; Uyenoyama, Marcy K.; Wiuf, Carsten (2008). "Muestreo de importancia para el modelo de sitios infinitos". Aplicaciones estadísticas en genética y biología molecular . 7 (1): Artículo 32. doi :10.2202/1544-6115.1400. PMC  2832804 . PMID  18976228.
• Ma, Jian; et al. (2008). "El modelo de sitios infinitos de la evolución del genoma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 105 (38): 14254–14261. doi : 10.1073/pnas.0805217105 . PMC  2533685 . PMID  18787111.
• Tsitrone, Anne; Rousset, François; David, Patrice (2001). "Heterosis, procesos mutacionales de marcadores e historia de la endogamia poblacional". Genética . 159 (4): 1845–1859. doi :10.1093/genetics/159.4.1845. PMC  1461896 . PMID  11779819.