ハプロタイプ

ハプロタイプ（半数体遺伝子型）は、生物において単一の親から一緒に受け継がれた対立遺伝子のグループです。 ^{[1] [2]}

多くの生物は、2 人の親から受け継いだ遺伝物質 ( DNA ) を持っています。通常、これらの生物の DNA は、2 セットの相似した染色体で構成されています。子孫は、各親から各ペアの染色体を 1 つずつ受け取ります。染色体のペアのセットは二倍体と呼ばれ、各ペアの半分だけからなるセットは半数体と呼ばれます。半数体遺伝子型 (ハプロタイプ) は、染色体のペアではなく単一の染色体を考慮した遺伝子型です。これは、片方の親からのすべての染色体の場合もあれば、9000塩基対の配列や小さな対立遺伝子セットなどの染色体の小さな部分である場合もあります。

染色体の特定の連続部分は一緒に継承され、染色体交差によって分割されない可能性が高く、この現象は遺伝的連鎖と呼ばれます。^{[3] [4]}結果として、これらの統計的関連性と特定のハプロタイプ配列のいくつかの対立遺伝子を特定することで、染色体上の近くにある他のすべてのそのような多型部位を特定しやすくなります（インピュテーション）。^{[5]このような情報は一般的な}疾患の遺伝学を調査する上で重要であり、国際ハップマッププロジェクトによってヒトで調査されてきました。^{[6] [7]}

ゲノムの他の部分は、ほとんどの場合、半数体であり、交差を起こさない。例えば、ヒトのミトコンドリアDNAは母系で受け継がれ、Y染色体は父系で受け継がれる。これらの場合、配列全体を単純な進化樹にグループ化することができ、各枝はユニークイベント多型変異（多くの場合、一塩基多型（SNP）であるが、常にそうであるとは限らない）によって設立される。枝の下にある各系統群は、単一の共通の祖先を持つハプロタイプを含み、ハプログループと呼ばれる。^{[8] [9] [10]}

生物の遺伝子型は、そのハプロタイプを一意に定義しない場合があります。たとえば、二倍体生物と、同じ染色体上にある2 つの二対立遺伝子座( SNPなど) について考えてみましょう。最初の座位に対立遺伝子AまたはTがあり、2 番目の座位にGまたはC があるとします。両方の座位には、それぞれ( AA、AT、およびTT ) と ( GG、GC、およびCC ) の 3 つの遺伝子型が考えられます。特定の個人の場合、これら 2 つの座位には 9 つの構成 (ハプロタイプ) が考えられます (下のPunnett の図に示されています)。1 つまたは両方の座位がホモ接合である個人の場合、ハプロタイプは明確です。つまり、ハプロタイプ T1T2 とハプロタイプ T2T1 の区別はありません。 T1 と T2 は同じ遺伝子座であることを示すためにラベル付けされていますが、どちらの順序で検討しても問題ないことを示すためにラベル付けされているため、最終結果は 2 つの T 遺伝子座になります。両方の遺伝子座でヘテロ接合性の個体の場合、配偶子期はあいまいです。このような場合、観察者は個体がどのハプロタイプ (例: TA と AT) を持っているかわかりません。

位相の曖昧さを解決する唯一の明確な方法は、配列決定です。ただし、位相が曖昧な場合は、個人のサンプルを使用して特定のハプロタイプの確率を推定することは可能です。

多数の個体の遺伝子型が与えられれば、ハプロタイプ解析またはハプロタイプフェージング技術によってハプロタイプを推測することができます。これらの方法は、特定のハプロタイプが特定のゲノム領域で共通しているという観察を適用することによって機能します。したがって、可能なハプロタイプ解析のセットが与えられると、これらの方法は、全体的に使用するハプロタイプの数が少ないものを選択します。これらの方法の詳細はさまざまです。組み合わせアプローチ（例：節約法）に基づくものもあれば、ハーディ・ワインベルグ原理、合体理論モデル、完全系統発生などのさまざまなモデルと仮定に基づく尤度関数を使用するものもあります。これらのモデルのパラメーターは、期待最大化アルゴリズム（EM）、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）、隠れマルコフモデル（HMM）などのアルゴリズムを使用して推定されます。

マイクロ流体全ゲノムハプロタイピングは、中期細胞から個々の染色体を物理的に分離し、その後各対立遺伝子のハプロタイプを直接解析する 技術です。

遺伝学では、配偶子期は二倍体個体が両親から受け継いだ元々の対立遺伝子の組み合わせを表します。 ^[11]つまり、配偶子期は、同じ染色体上の異なる遺伝子座にある対立遺伝子の特定の関連性です。配偶子期は遺伝的連鎖の影響を受けます。^[12]

他の染色体とは異なり、Y染色体は通常は対になっていません。すべての男性（XYY症候群の人を除く）は、その染色体のコピーを1つだけ持っています。つまり、どのコピーが受け継がれるかについて偶然の変異はなく、また（染色体のほとんどについて）組換えによるコピー間のシャッフルもありません。そのため、常染色体ハプロタイプとは異なり、世代間でY染色体ハプロタイプがランダム化することは事実上ありません。男性のY染色体は、多少の変異はあるものの、父親とほぼ同じです。そのため、Y染色体は父親から息子へとほぼそのまま受け継がれる傾向があり、男性の家系を区別するのに役立つ少数ながら蓄積された変異があります。特に、Y-DNA系図DNA検査の番号付き結果として表されるY-DNAは、変異を除いて一致するはずです。

SNP などのユニークイベント多型(UEP) はハプログループを表します。STR はハプロタイプを表します。Y 染色体 DNA 検査から得られる完全な Y-DNA ハプロタイプを構成する結果は、UEP の結果 (ほとんどの UEP は一塩基多型であるため、SNP 結果と大まかに呼ばれることもあります)とマイクロサテライト 短鎖反復配列 ( Y-STR )の結果の2 つの部分に分けられます。

UEP の結果は、人類史上一度しか起こらなかったと考えられる出来事の継承を表しています。これらを使用して、個人のY-DNA ハプログループ、つまり全人類の「家系図」における位置を特定できます。異なる Y-DNA ハプログループは、多くの場合、特定の地理的地域と明確に関連付けられている遺伝的集団を識別します。異なる地域にある最近の集団に出現することは、現在の個人の 直接の父系の祖先が数万年前に移住したことを表しています。

遺伝学的結果には、テストされた Y-STR マーカーからの結果セットである Y-STR ハプロタイプも含まれます。

UEP とは異なり、Y-STR ははるかに簡単に変異するため、最近の系図を区別するために使用できます。ただし、これはまた、遺伝的イベントの子孫の集団がすべて同じ結果を共有するのではなく、Y-STR ハプロタイプが分散して、多かれ少なかれ同様の結果のクラスターを形成する可能性が高いことを意味します。通常、このクラスターには、明確な最確中心、モーダル ハプロタイプ(元の創始イベントのハプロタイプに類似していると思われます)、およびハプロタイプの多様性(分散している度合い) があります。定義イベントが発生したのが過去になるほど、およびそれに続く集団の成長が早期に発生したほど、特定の数の子孫のハプロタイプの多様性は大きくなります。ただし、特定の数の子孫のハプロタイプの多様性が小さい場合は、より最近の共通祖先、または最近の集団の拡大を示している可能性があります。

UEP とは異なり、類似の Y-STR ハプロタイプを持つ 2 人の個人が、必ずしも類似の祖先を共有するとは限らないことに注意することが重要です。Y-STR イベントは一意ではありません。代わりに、異なるイベントや異なる履歴から継承された Y-STR ハプロタイプ結果のクラスターは重複する傾向があります。

ほとんどの場合、ハプログループを定義するイベントから長い時間が経過しているため、そのイベントの子孫に関連付けられた Y-STR ハプロタイプ結果のクラスターは、通常、かなり広範囲になっています。これらの結果は、他のハプログループに関連付けられた (同様に広範囲の) Y-STR ハプロタイプのクラスターと大幅に重複する傾向があります。これにより、研究者が Y-STR ハプロタイプがどの Y-DNA ハプログループを指すかを絶対的な確実性を持って予測することは不可能になります。UEP がテストされていない場合、Y-STR はハプログループの祖先の確率を予測するためにのみ使用できますが、確実性は予測できません。

共通の姓が共通の遺伝的祖先を示しているかどうかを評価する場合にも、同様のシナリオが存在します。類似した Y-STR ハプロタイプのクラスターは、識別可能なモーダル ハプロタイプを持つ共通の祖先を示している可能性がありますが、それはクラスターが、歴史的に同じ名前を個別に採用した異なる個人から偶然に起こった可能性のあるものと十分に区別されている場合のみです。たとえば、多くの名前は共通の職業から採用されたか、特定の場所の居住に関連付けられました。遺伝的系譜を確立するには、より広範なハプロタイプ タイピングが必要です。商業 DNA テスト会社は現在、遺伝的祖先の定義を向上させるために、より多くのマーカー セットのテストを顧客に提供しています。テストされるマーカー セットの数は、初期の 12 セットから最近では 111 セットに増加しています。

データベースからデータマイニングされた異なる姓間の妥当な関連性を確立することは、はるかに困難です。研究者は、その理由で意図的に人口から選択された、問題の人口の最も近いメンバーが偶然一致する可能性が低いことを証明する必要があります。これは、人口からランダムに選択されたメンバーが偶然にそのような近い一致を持つ可能性が低いことを証明する以上のことです。困難であるため、このようなシナリオのように異なる姓間の関連性を確立することは、検討中の候補の人口サイズを大幅に制限する特定の情報がある特別な場合を除いて、不可能である可能性があります。

ハプロタイプ多様性は、特定の集団における特定のハプロタイプの独自性の尺度です。ハプロタイプ多様性（H）は次のように計算されます：^[13] ここで、はサンプル内の各ハプロタイプの（相対的な）ハプロタイプ頻度であり、はサンプルサイズです。ハプロタイプ多様性はサンプルごとに与えられます。
$${\displaystyle H={\frac {N}{N-1}}(1-\sum _{i}x_{i}^{2})}$$
${\displaystyle x_{i}}$${\displaystyle N}$

「ハプロタイプ」という用語は、MHC生物学者のルッジェロ・チェッペリーニが第3回国際組織適合性ワークショップで「表現型グループ」の代わりに初めて導入した。^{[14] [15]}

• ハプロタイプ35
• ハプロタイプ推定
• 国際ハップマッププロジェクト
• 系図DNA検査
• ハプログループ
• Y-STR
• PLINK (遺伝的ツールセット)
• ハプログループ E-M215 (Y-DNA)

• HapMap は、Wayback Machineで 2014-04-16 にアーカイブされています— 国際 HapMap プロジェクトのホームページ。
• ハプロタイプとハプログループ — ハプログループとハプロタイプの違いを説明します。