About the Genetic Divergence of Populations Coupled by Migrations: Modern Modeling Based on Experimental Results of Yu.P. Altukhov and Coauthors
- Autores: Zhdanova O.1, Frisman E.2
-
Afiliações:
- Institute for Automation and Control Processes, Far East Branch of Russian Academy of Sciences
- Complex Analysis and Regional Problems Institute, Far East Branch of Russian Academy of Sciences
- Edição: Volume 59, Nº 6 (2023)
- Páginas: 708-717
- Seção: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ
- URL: https://journals.rcsi.science/0016-6758/article/view/134610
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016675823060139
- EDN: https://elibrary.ru/SUHMUF
- ID: 134610
Citar
Resumo
The existence possibility of stable differences in a selection-homogeneous range looks somewhat paradoxical from the population genetics point of view, but it is disruptive selection that can give such a divergence. Examples of population systems with stable divergence of the genetic structures of subpopulations living in a homogeneous area occur in nature and experimental systems. Comparison of these observations and modeling results allow us to explain the persistence of the stability of natural genetic divergence by the mechanism of interaction between disruptive selection (in the form of reduced fitness of hybrid forms) and a weak migration process. The results of experiments performed by Yu.P. Altukhov et al. with box populations of Drosophila melanogaster, in which the primary divergence of the genetic structures of the subpopulation at the α-GDH locus appeared, are in good agreement with this statement. One can assume the disruptive selection, in this case, the reduced fitness of heterozygotes in α-HDG, played the significant role in maintaining this divergence. An alternative hypothesis is genetic drift that fixed the differences. To identify and substantiate the possibility of the presence of this factor in a given system, and to assess the significant role that disruptive selection plays in maintaining the stability of primary genetic divergence, we analyzed mathematical models of the allele frequencies’ dynamics in a large panmictic population and in a system of 30 local migration coupled populations. Comparison of the simulation results with those of the experiment allows us to conclude with a high probability, in the considered experimental population system, there was a disruptive selection at the α‑GDH locus that facilitated the primary genetic divergence.
Palavras-chave
Sobre autores
O. Zhdanova
Institute for Automation and Control Processes, Far East Branch of Russian Academy of Sciences
Autor responsável pela correspondência
Email: axanka@iacp.dvo.ru
Russia, 690041, Vladivostok
E. Frisman
Complex Analysis and Regional Problems Institute, Far East Branch of Russian Academy of Sciences
Autor responsável pela correspondência
Email: frisman@mail.ru
Russia, 679016, Birobidzhan
Bibliografia
- Wright S. The theory of gene frequencies // Evol. Genet. Populations. 1969. V. 2. P. 290–344.
- Nagylaki T. Introduction to Theoretical Population Genetics. Berlin: Springer-Verlag, 1992. 370 p.
- Frank S.A., Slatkin M. Evolution in a variable environment // Am. Nat. 1990. V. 136. № 2. P. 244–260.
- Morozov A.Yu., Pasternak A.F., Arashkevich E.G. Revisiting the role of individual variability in population persistence and stability // PLoS One. 2013. V. 8. № 8. e70576. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070576
- Mougi A. Rapid evolution of prey maintains predator diversity // PLoS One. 2019. V. 14. № 12. e0227111. https://doi.org/10.1371/journal
- Фрисман Е.Я., Жданова О.Л., Неверова Г.П. Эколого-генетические модели в популяционной биофизике // Биофизика. 2020. Т. 65. № 5. С. 949–966. https://doi.org/10.31857/S0006302920050130
- Неверова Г.П., Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Возникновение сложных режимов динамики численности в ходе эволюции структурированной лимитированной популяции // Генетика. 2020. Т. 56. № 6. С. 714–725. https://doi.org/10.31857/S0016675820060065
- Reinhold K. Evolutionary genetics of sex-limited traits under fluctuating selection // J. Evol. Biol. 1999. V. 12. № 5. P. 897–902.
- Reinhold K. Maintenance of a genetic polymorphism by fluctuating selection on sex-limited traits // J. Evol. Biol. 2000. V. 13. P. 1009–1014.
- Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Математическое моделирование отбора по ограниченному полом признаку: к вопросу о существовании полиморфизма по размеру помета в естественных популяциях песцов // Генетика. 2021. Т. 57. № 2. С. 229–240. https://doi.org/10.31857/S0016675821020156
- Gavrilets S. One-locus two-allele models with maternal (parental) selection // Genetics. 1998. V. 149. P. 1147–1152. https://doi.org/10.1093/genetics/149.2.1147
- Yamamichi M., Hoso M. Roles of maternal effects in maintaining genetic variation: Maternal storage effect // Evolution. 2017. V. 71. № 2. P. 449–457. https://doi.org/10.1111/evo.13118
- Turelli M., Schemske D.W., Bierzychudek P. Stable two-allele polymorphisms maintained by fluctuating fitnesses and seed banks: Protecting the blues in Linanthus parryae // Evolution. 2001. V. 55. P. 1283–1298. https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2001.tb00651.x
- Svardal H., Rueffler C., Hermisson J. Comparing environmental and genetic variance as adaptive response to fluctuating selection // Evolution. 2011. V. 65. P. 2492–2513. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2011.01318.x
- Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Математическое моделирование механизма дифференциации репродуктивных стратегий в естественных популяциях (на примере песцов, Alopex lagopus) // Компьютерные исследования и моделирование. 2016. Т. 8. № 2. С. 213−228. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2016-8-2-213-228
- Zhdanova O.L., Frisman E.Ya. Genetic polymorphism under cyclical selection in long-lived species: The complex effect of age structure and maternal selection // J. Theor. Biol. 2021. V. 512. № 7. 110564. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2020.110564
- Базыкин А.Д. Пониженная приспособленность гетерозигот в системе двух смежных популяций // Генетика. 1972. Т. 8. № 11. С. 155–161.
- Базыкин А.Д. Отбор и генетическая дивергенция в системах локальных популяций и популяциях с непрерывным ареалом (математическая модель) // Проблемы эволюции. 1973. Т. 3. С. 231–241.
- Фрисман Е.Я. Первичная генетическая дивергенция (теоретический анализ и моделирование). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 160 с.
- Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Простая и сложная динамика в модели эволюции двух миграционно связанных популяций с непересекающимися поколениями // Изв. высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30. № 2. С. 208–232. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2022-30-2-208-232
- Yosida T.H., Tsuchiya K., Moriwaki K. Frequency of chromosome polymorphism in Rattus rattus collected in Japan // Chromosoma. 1971. V. 33. № 1. P. 30–40.
- Yosida T.H., Tsuchiya K., Moriwaki K. Karyotypic differences of black rats, Rattus rattus, collected in various localities of East and Southeast Asia and Oceania // Chromosoma. 1971. V. 33. № 3. P. 252–267.
- Blake J.A. Complex chromosomal variation in natural populations of the Jamaican lizard, Anolis grahami // Genetica. 1986. V. 69. P. 3–17. https://doi.org/10.1007/BF00122929
- Новоженов Ю.И., Береговой В.Е., Хохоткин М.И. Обнаружение границ элементарных популяций у полиморфных видов по частоте встречаемости форм // Проблемы эволюции. Новосибирск: Наука, СО, 1973. Т. 3. С. 252–260.
- Гордеева Н.В., Салменкова Е.А., Алтухов Ю.П. Исследование генетической дивергенции горбуши, вселенной на Европейский Север России, с использованием микросателлитных и аллозимных локусов // Генетика. 2006. Т. 42. № 3. С. 349–360.
- Kandul N.P., Lukhtanov V.A., Pierce N.E. Karyotypic diversity and speciation in Agrodiaetus butterflies // Evolution. 2007. V. 61. № 3. P. 546–559. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.2007.00046.x
- Левонтин Р. Генетические основы эволюции. М.: Мир, 1977. 351 с.
- Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование динамики генных частот в системе полуизолированных популяций // ДАН СССР. 1978. Т. 238. № 3. С. 712–714.
- Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г., Милишников А.Н., Новикова Т.А. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Сообщение I. Обоснование подхода и особенности локальной дифференциации частот аллелей α-глицерофосфатдегидрогеназы и эстеразы-6 // Генетика. 1979. Т. 15. № 4. С. 646–653.
- Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Cообщ. 2. Cтабильность аллельного состава и периодическая зависимость изменчивости частот аллелей от расстояния // Генетика. 1981. Т. 17. № 6. С. 1052–1059.
- Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Академкнига, 2003. 431 с.
- Ратнер В.А. Математическая популяционная генетика (элементарный курс). Новосибирск: Наука, СО, 1977. 126 с.