段階的突然変異モデル

段階的突然変異モデル（SMM）は、木村資生と太田智子によって開発された数学理論であり、中立対立遺伝子が段階的に生成される有限集団における対立遺伝子頻度の平衡分布の調査を可能にします。 ^[1]

元のモデルでは、対立遺伝子に状態変化を引き起こす突然変異がある場合、ゲノムの反復領域で発生する突然変異は、一定の速度で単一の反復単位だけ増加または減少し（つまり、世代ごとに1つの反復単位の追加または削除）、対立遺伝子の状態のこれらの変化は整数（... A-1、A、A1、...）で表されると想定されています。このモデルでは、ランダム交配と、各遺伝子座のすべての対立遺伝子が選択的に同等であることも想定されています。^{[2] SMMは、集団サイズが無限大に増加すると、N} _e（有効集団サイズ）と突然変異率の積が固定されている点で、無限対立遺伝子モデル（IAM）としても知られるKimura-Crowモデルと区別されます。集団内の異なる対立遺伝子の平均数は急速にピークに達して安定し、その時点でその値は対立遺伝子の有効数とほぼ同じになります。

個体間の「単純配列反復」（SSR）の長さの違いは、系統樹の構築（個体の関連性の決定）や個体群間の遺伝的距離の決定に使用できます。たとえば、遺伝的に遠い個体は、より近い個体よりもSSRのサイズに大きな違いを示します。^[3] SMMの基本的な仮定を考慮すると、反復領域を含み、共優性で、突然変異率が高いマイクロサテライトマーカーでの使用に広く採用されています。^{[4] [5]}

SMM モデルを使用して遺伝的差異を推定するために、いくつかの要約統計を使用できます。これには、対立遺伝子の数、観察されたヘテロ接合性および予測されたヘテロ接合性、および対立遺伝子頻度が含まれます。SMM モデルは、マイクロサテライト遺伝子座間の不一致の頻度、つまり不一致がない回数、1 つの不一致、2 つの不一致などを考慮します。対立遺伝子サイズの分散は、個人または集団間の遺伝的距離について推測するために使用されます。組織のさまざまなレベルで要約統計を比較することにより、集団の歴史について推測することができます。たとえば、集団全体だけでなく、サブ集団内の対立遺伝子サイズの分散を調べて、集団の歴史について推測することができます。

しかし、SMMによる系統樹の構築は、反復単位の獲得または喪失の可能性があることによって複雑であり、したがって、サイズが同一の対立遺伝子は、必ずしも系統的に同一であるわけではない（すなわち、マーカーサイズの相同性を示す）。^{[6] [5]}したがって、SMMを使用して、2人の個体間の突然変異イベントの正確な数を決定することはできません。たとえば、個体Aは1つの反復を追加で獲得している可能性があり（9つの反復を持っていた祖先から）、個体Bは1つの反復を失っている可能性があります（11の反復を持っていた祖先から）、その結果、両方の個体は同じ数のマイクロサテライト反復（つまり、特定の遺伝子座に対して10の反復）を持つことになります。

個体の関連性を推定したり、集団を区別したりするために分子マーカーを選択する際に考慮すべき重要な注意点と制限事項には、次のものがあります。

1. さまざまなマーカーの種類には制限があり、使用されるマーカーの数は分析結果に大きな影響を与える可能性があります (マーカーの数が多いほど、遺伝的差異を解決する能力が一般的に高くなります)。
2. 分子マーカーは、集団の個体を比較するための遺伝情報の「サンプル」のみを提供し、実際の遺伝的差異とは異なる場合があります。たとえば、2 人の個体が特定の遺伝子座では同一であり、共通の祖先から同じ突然変異を持っている可能性がありますが、観察されていない (または配列されていない) 他の遺伝子座では異なる可能性があります。
3. ヌルアレルは単純なSMMでは検出できず、非常に不正確な結果を生成します。^[7]

オリジナルの SMM は、これらの欠点に対処するために、次のような複数の方法で変更されています。

1. ほとんどの超小型衛星の上限サイズを考慮すると^[4]
2. 大きな対立遺伝子が小さな対立遺伝子よりも高い突然変異率を示す可能性を考慮すると^[4]
3. 変異は、反復配列を破壊する点変異と反復単位の追加または削除に分かれていることを示唆する変異も含まれています。^[4]この最後の仮定は、マイクロサテライトが無限の大きさの巨大な配列に進化しない理由を説明します。
4. ピリーらは1999年にボトルネック^{[7]を導入した。}
5. Van Oosterhoutらは2004年にマイクロチェッカーを導入し、これはヌルアレル、大きなアレルの優先アレルドロップアウト、スタッターピークの誤った推測、およびタイプミスなどの一般的なSMMエラーを修正するために急速に広く使用されるようになりました。^[7]