Модель ступенчатой мутации (SMM) — это математическая теория , разработанная Мотоо Кимурой и Томоко Охта , которая позволяет исследовать равновесное распределение частот аллелей в конечной популяции, где нейтральные аллели производятся поэтапно. [1]
Первоначальная модель предполагает, что если аллель имеет мутацию , вызывающую изменение его состояния, мутации, возникающие в повторяющихся областях генома, будут увеличиваться или уменьшаться на одну повторяющуюся единицу с фиксированной скоростью (т. е. путем добавления или вычитания одной единицы). единица повторения на поколение), и эти изменения в состояниях аллелей выражаются целым числом (... А-1, А, А1,...). Модель также предполагает случайное спаривание и то, что все аллели выборочно эквивалентны для каждого локуса. [2] SMM отличается от модели Кимуры-Кроу, также известной как модель бесконечных аллелей (IAM), тем, что по мере увеличения размера популяции до бесконечности, в то время как произведение N e ( эффективный размер популяции) и частота мутаций фиксирована, среднее число различных аллелей в популяции быстро достигает пика и выходит на плато, и в это время это значение почти совпадает с эффективным числом аллелей.
Таким образом, различия в длине « повторов простой последовательности » (SSR) между индивидуумами могут быть использованы для построения филогении (т. е. определения родства индивидуумов) или для определения генетической дистанции между группами индивидуумов. Например, более генетически отдаленные особи будут демонстрировать большие различия в размере SSR, чем более близкородственные особи. [3] Учитывая лежащие в основе предположения SMM, он был широко принят для использования с микросателлитными маркерами , которые содержат повторяющиеся области, являются кодоминантными и имеют высокий уровень мутаций. [4] [5]
Ряд сводных статистических данных можно использовать для оценки генетической дифференциации с использованием модели SMM. К ним относятся количество аллелей, наблюдаемая и ожидаемая гетерозиготность и частоты аллелей. Модель SMM учитывает частоту несоответствий между микросателлитными локусами, то есть количество случаев отсутствия несоответствий, единичных несоответствий, 2 несоответствий и т. д. Различия в размерах аллелей используются для выводов о генетическом расстоянии между людьми или популяциями. Сравнивая сводные статистические данные на разных уровнях организации, можно делать выводы об истории населения. Например, мы можем исследовать дисперсию размера аллеля внутри подпопуляции, а также в пределах всей популяции, чтобы сделать вывод об истории популяции.
Однако построение филогении в рамках SMM осложняется тем фактом, что можно либо получить, либо потерять повторяющуюся единицу, поэтому аллели, которые идентичны по размеру, не обязательно идентичны по происхождению (т. Е. Они демонстрируют гомоплазию размера маркера ). [6] [5] Поэтому СММ нельзя использовать для определения точного количества мутационных событий между двумя людьми. Например, особь А могла получить один дополнительный повтор (от предка, у которого было 9), тогда как особь Б могла потерять один повтор (от предка, у которого было 11), в результате чего у обоих особей было одинаковое количество микросателлитных повторов (что 10 повторов для конкретного локуса).
Некоторые важные предостережения и ограничения, которые следует учитывать при выборе молекулярных маркеров для оценки родства людей или различения популяций, включают следующее: