Genetics

We describe a model-based clustering method for using multilocus genotype data to infer population structure and assign individuals to populations. We assume a model in which there are K populations (where K may be unknown), each of which is characterized by a set of allele frequencies at each locus. Individuals in the sample are assigned (probabilistically) to populations, or jointly to two or more populations if their genotypes indicate that they are admixed. Our model does not assume a particular mutation process, and it can be applied to most of the commonly used genetic markers, provided that they are not closely linked. Applications of our method include demonstrating the presence of population structure, assigning individuals to populations, studying hybrid zones, and identifying migrants and admixed individuals. We show that the method can produce highly accurate assignments using modest numbers of loci—e.g., seven microsatellite loci in an example using genotype data from an endangered bird species. The software used for this article is available from http://www.stats.ox.ac.uk/~pritch/home.html.

Methods are described for the isolation, complementation and mapping of mutants of Caenorhabditis elegans, a small free-living nematode worm. About 300 EMS-induced mutants affecting behavior and morphology have been characterized and about one hundred genes have been defined. Mutations in 77 of these alter the movement of the animal. Estimates of the induced mutation frequency of both the visible mutants and X chromosome lethals suggests that, just as in Drosophila, the genetic units in C.elegans are large.

Chúng tôi trình bày một khung nghiên cứu về sự biến đổi phân tử trong một loài. Dữ liệu về sự khác biệt giữa các haplotype DNA đã được tích hợp vào một định dạng phân tích phương sai, xuất phát từ ma trận khoảng cách bình phương giữa tất cả các cặp haplotype. Phân tích phương sai phân tử (AMOVA) này cung cấp các ước tính về thành phần phương sai và các đồng vị thống kê F, được gọi là phi-statistics, phản ánh sự tương quan của độ đa dạng haplotype ở các cấp độ phân chia thứ bậc khác nhau. Phương pháp này khá linh hoạt để thích ứng với các ma trận đầu vào thay thế, tương ứng với các loại dữ liệu phân tử khác nhau, cũng như các giả định tiến hóa khác nhau, mà không làm thay đổi cấu trúc cơ bản của phân tích. Ý nghĩa của các thành phần phương sai và phi-statistics được kiểm định bằng cách tiếp cận hoán vị, loại bỏ giả định về chuẩn tính thông thường trong phân tích phương sai nhưng không phù hợp cho dữ liệu phân tử. Áp dụng AMOVA cho dữ liệu haplotype DNA ty thể của con người cho thấy, sự phân chia dân số được giải quyết tốt hơn khi một số biện pháp khác biệt phân tử giữa các haplotype được đưa vào phân tích. Tuy nhiên, ở cấp độ nội bộ loài, thông tin bổ sung từ việc biết quan hệ phân loại chính xác giữa các haplotype hoặc thông qua việc dịch phi tuyến thay đổi vị trí hạn chế thành độ đa dạng nucleotide không làm thay đổi đáng kể cấu trúc di truyền dân số suy luận. Các nghiên cứu Monte Carlo cho thấy việc lấy mẫu vị trí không ảnh hưởng căn bản tới ý nghĩa của các thành phần phương sai phân tử. Việc xử lý AMOVA dễ dàng mở rộng theo nhiều hướng khác nhau và cấu thành một khung hợp lý và linh hoạt cho việc phân tích thống kê dữ liệu phân tử.

The relationship between the two estimates of genetic variation at the DNA level, namely the number of segregating sites and the average number of nucleotide differences estimated from pairwise comparison, is investigated. It is found that the correlation between these two estimates is large when the sample size is small, and decreases slowly as the sample size increases. Using the relationship obtained, a statistical method for testing the neutral mutation hypothesis is developed. This method needs only the data of DNA polymorphism, namely the genetic variation within population at the DNA level. A simple method of computer simulation, that was used in order to obtain the distribution of a new statistic developed, is also presented. Applying this statistical method to the five regions of DNA sequences in Drosophila melanogaster, it is found that large insertion/deletion (greater than 100 bp) is deleterious. It is suggested that the natural selection against large insertion/deletion is so weak that a large amount of variation is maintained in a population.

The magnitudes of the systematic biases involved in sample heterozygosity and sample genetic distances are evaluated, and formulae for obtaining unbiased estimates of average heterozygosity and genetic distance are developed. It is also shown that the number of individuals to be used for estimating average heterozygosity can be very small if a large number of loci are studied and the average heterozygosity is low. The number of individuals to be used for estimating genetic distance can also be very small if the genetic distance is large and the average heterozygosity of the two species compared is low.

Một loạt vector chuyển nấm men và chủng đã được tạo ra nhằm cho phép thao tác DNA hiệu quả hơn trong Saccharomyces cerevisiae. Các vector thay thế đã được xây dựng và sử dụng để tạo ra các chủng nấm men chứa các đột biến không chuyển đổi his3, trp1, leu2 và ura3. Một bộ vector YCp và YIp (dòng pRS) sau đó được thực hiện dựa trên nền của plasmid đa mục đích pBLUESCRIPT. Các vector pRS này có cấu trúc đồng nhất và chỉ khác nhau ở gen chọn lọc của nấm men được sử dụng (HIS3, TRP1, LEU2 và URA3). Chúng sở hữu tất cả các đặc điểm của pBLUESCRIPT và một số đặc tính cụ thể của nấm men. Sử dụng vector pRS, người ta có thể thực hiện hầu hết các thao tác DNA tiêu chuẩn trong cùng một plasmid đã được đưa vào nấm men.

We describe extensions to the method of Pritchard et al. for inferring population structure from multilocus genotype data. Most importantly, we develop methods that allow for linkage between loci. The new model accounts for the correlations between linked loci that arise in admixed populations (“admixture linkage disequilibium”). This modification has several advantages, allowing (1) detection of admixture events farther back into the past, (2) inference of the population of origin of chromosomal regions, and (3) more accurate estimates of statistical uncertainty when linked loci are used. It is also of potential use for admixture mapping. In addition, we describe a new prior model for the allele frequencies within each population, which allows identification of subtle population subdivisions that were not detectable using the existing method. We present results applying the new methods to study admixture in African-Americans, recombination in Helicobacter pylori, and drift in populations of Drosophila melanogaster. The methods are implemented in a program, structure, version 2.0, which is available at http://pritch.bsd.uchicago.edu.

The main purpose of this article is to present several new statistical tests of neutrality of mutations against a class of alternative models, under which DNA polymorphisms tend to exhibit excesses of rare alleles or young mutations. Another purpose is to study the powers of existing and newly developed tests and to examine the detailed pattern of polymorphisms under population growth, genetic hitchhiking and background selection. It is found that the polymorphic patterns in a DNA sample under logistic population growth and genetic hitchhiking are very similar and that one of the newly developed tests, FS, is considerably more powerful than existing tests for rejecting the hypothesis of neutrality of mutations. Background selection gives rise to quite different polymorphic patterns than does logistic population growth or genetic hitchhiking, although all of them show excesses of rare alleles or young mutations. We show that Fu and Li's tests are among the most powerful tests against background selection. Implications of these results are discussed.

Recent advances in molecular genetic techniques will make dense marker maps available and genotyping many individuals for these markers feasible. Here we attempted to estimate the effects of ∼50,000 marker haplotypes simultaneously from a limited number of phenotypic records. A genome of 1000 cM was simulated with a marker spacing of 1 cM. The markers surrounding every 1-cM region were combined into marker haplotypes. Due to finite population size (Ne = 100), the marker haplotypes were in linkage disequilibrium with the QTL located between the markers. Using least squares, all haplotype effects could not be estimated simultaneously. When only the biggest effects were included, they were overestimated and the accuracy of predicting genetic values of the offspring of the recorded animals was only 0.32. Best linear unbiased prediction of haplotype effects assumed equal variances associated to each 1-cM chromosomal segment, which yielded an accuracy of 0.73, although this assumption was far from true. Bayesian methods that assumed a prior distribution of the variance associated with each chromosome segment increased this accuracy to 0.85, even when the prior was not correct. It was concluded that selection on genetic values predicted from markers could substantially increase the rate of genetic gain in animals and plants, especially if combined with reproductive techniques to shorten the generation interval.