ソフト選択スイープ

遺伝学では、有益な突然変異の複数のコピーが確立され、一緒に固定されることをソフトスイープと呼びます。^{[1] [2]}これらのコピーの起源に応じて、連鎖変異は保持され、集団内でハプロタイプ構造として出現する可能性があります。ソフトスイープには主に2つの形式があります。

1. 有益な突然変異は、以前は集団内で中立的に分離されていたため、突然変異が有益になった選択的シフトの時点では複数のハプロタイプとして存在していました。このように、単一の有益な突然変異は、中間の頻度で複数のハプロタイプを運ぶ可能性があり、それ自体は固定されます。
2. もう一つのモデルは、複数の有益な突然変異が独立して短期間に連続して発生したときに発生するもので、その結果、最初のコピーが選択的に固定される前に、突然変異によって2番目のコピーが発生します。^[3]

ソフトスイープは、定常変異と急速に繰り返される有益な突然変異の両方から発生する可能性がある。^{[4] [5] [6]}

選択スイープは、強い正の自然選択により、有益な対立遺伝子が集団内で急速に定着し、その対立遺伝子付近のヌクレオチド間の変異が減少または排除されるときに発生します。^[7]選択スイープは、集団の他のメンバーと比較してキャリアの適応度を向上させるまれなまたは以前は存在しなかった対立遺伝子の頻度が自然選択により急速に増加した場合に発生する可能性があります。このような有益な対立遺伝子の頻度が増加すると、有益な対立遺伝子の DNA 近傍にたまたま存在する遺伝的変異もより一般的になります。この現象は遺伝的ヒッチハイクと呼ばれます。^{[6] [8]}選択スイープは、正の選択によって引き起こされる有益な対立遺伝子の頻度の急速な変化により、選択された遺伝子座の周囲の領域からのサンプルの系譜履歴が歪められる場合に発生します。現在では、すべてのスイープが同じように遺伝的変異を減らすわけではなく、選択スイープは主に 3 つのカテゴリに分類できることが認識されています。^[9]

1. 古典的な選択スイープまたはハードスイープは、有益な突然変異がまれであるが、発生した有益な突然変異の頻度が急速に増加し、集団内の遺伝的変異が大幅に減少する場合に発生すると予想されます。
2. 定常遺伝的変異 (SGV) からのソフトスイープは、以前は集団に存在していた中立的な突然変異が環境の変化により有益になった場合に発生します。このような突然変異は複数のゲノム背景に存在する可能性があるため、突然変異の頻度が急速に増加しても、集団内のすべての遺伝的変異が消去されることはありません。
3. 多重起源ソフトスイープは、突然変異が一般的である場合、例えば大規模な集団で発生し、同じまたは類似の有益な突然変異が異なるゲノム背景で発生し、単一のゲノム背景が高頻度にヒッチハイクできないような場合に発生します。^[2]

選択スイープが起こったかどうかは、さまざまな方法で調べることができます。1 つの方法は、連鎖不平衡、つまり特定のハプロタイプが集団内で過剰に代表されているかどうかを測定することです。中立進化では、遺伝子組み換えによってハプロタイプ内のさまざまな対立遺伝子が入れ替わり、単一のハプロタイプが集団を支配することはありません。ただし、選択スイープ中は、正に選択された遺伝子変異の選択によって、隣接する対立遺伝子のヒッチハイクも起こり、組み換えの機会が少なくなります。したがって、強い連鎖不平衡の存在は、選択スイープがあったことを示している可能性があり、最近選択が行われた場所を特定するために使用できます。さまざまな統計的アプローチと仮定を使用して、ヒトや他の種の選択スイープのスキャンが数多く行われてきました。^[9]

ソフト選択スイープとハード選択スイープの主な違いは、有益な突然変異を持つ異なるハプロタイプの予想数、つまり選択スイープ中にかなりの頻度でヒッチハイクし、固定時に集団内に残るハプロタイプの予想数にあります。この重要な違いにより、サイト頻度スペクトルと連鎖不平衡の両方で異なる予想が生まれ、その結果、これらのフォームに基づく頻繁なテスト統計が変わります。^[2] ハードスイープが進化的救済を促進する場合、有利な変異の拡散の原因はたった1人の祖先だけであり、適応と人口減少の結果として遺伝的多様性が集団から除去されます。一方、有益な対立遺伝子が複数の祖先で独立して派生するソフトスイープは、適応度の変化を引き起こした環境シフト以前に存在していた特定の祖先の多様性を維持します。^{[9] [7]}

ソフトスイープとハードスイープを区別する方法はあるでしょうか? 明らかに、最近の適応イベントだけが測定可能なシグナル (ハードまたはソフト) を残します。サイト頻度スペクトルからのシグナル (Tajima 1989 ^{[10]で取り上げられた希少アレルの過剰など) は通常、約 0.1Ne 世代のタイムスケールで消えていきますが、}連鎖不平衡またはハプロタイプ統計に基づくシグナルは約 0.01Ne 世代しか持続しません。^{[11] [12]}これを簡単に見つけるには、選択が強力でなければなりません (4NeSb≫100)。その場合でも、ソフトスイープが「超ソフト」である場合、つまり有益なアレルの独立した起源が多数ある場合、または SGV での開始頻度が高い場合は、ソフトスイープを中立性と区別することが困難になる可能性があります。^{[13] [14]} 選択と中立性を強力に解釈するには、ハードスイープとソフトスイープに対して確実に高い検出力を持つ検定統計量が必要です。上述のパターンに基づき、また示されているように、^{[12] [15]}サイト頻度スペクトルに基づくテスト（低頻度または高頻度の派生アレルを探す）はソフトスイープを明らかにする力が低いのに対し、ハプロタイプテストは両方のタイプのスイープを検出できます。^[16]単一起源のソフトスイープ（常に弱いフットプリントを残す）とは対照的に、複数起源のソフトスイープを検出する能力は、選択されたサイトの明確なハプロタイプ構造により、完了したハードスイープを検出する能力よりも高くなる可能性があります。^[12] 単一起源のソフトスイープを検出することは困難です。要約統計量の組み合わせに基づくいくつかの研究とテストが、Peter、Huerta-Sanchez & Nielsen（2012）^[13]とSchrider & Kern（2016）によって開発されました。^[17]両方のテストは、堅牢な選択と選択されたアレルの高い開始頻度（5〜20％）に対するソフトスイープを見つける信頼性の高い力を持っています。さらに、明確に定義された実際の事例は、通常、フットプリントとともに他の兆候に依存します。^[18]たとえば、SGVで選択された対立遺伝子を持つソース集団が認識されます（たとえば、海洋および淡水のトゲウオ、^[19]または特定され、ごく最近の選択圧では、対立遺伝子が単一のコピーから今日観察される頻度まで増加するのに十分な時間がありません（たとえば、ヒトのHIVへのCCR5の適応）。 ^[20]全体として、複数の起源を持つソフトスイープは検出される可能性が高くなります。^{[12] [16]}

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