돌연변이 용융

Mutational meltdown

진화 유전학에서 돌연변이 용해는 환경과 유전적 소인이 상호 강화되는 소멸 소용돌이의 하위 부류다.[1] 돌연변이 용융(오류 대재앙의[2] 개념과 혼동하지 않음)은 적은 모집단에 해로운 돌연변이가 축적되어 건강의 상실과 인구 규모의 감소를 초래하고, 이로 인해 유전적 표류에 의한 고정으로 인한 유해 돌연변이가 더욱 축적될 수 있다.

돌연변이 용융을 경험하는 인구는 하향곡선에 갇히고 이 현상이 한동안 지속되면 멸종될 것이다. 일반적으로 유해한 돌연변이는 단순히 멀리 선택될 수 있지만 돌연변이 용융이 진행되는 동안 조기사망자의 수가 전체 인구수에 비해 너무 커서 사망률이 출생률을 초과한다.

설명

돌연변이 용융의 이면에 있는 메커니즘은 자연적으로 유해한 돌연변이가 도입되고 얼마간의 시간이 지나면 결국 개체군에 고정된다는 것이다. 이는 결국 인구 규모뿐만 아니라 증가율도 감소하는 소규모 인구 축적을 초래한다. 결과적으로, 이것은 돌연변이가 결국 멸종될 때까지 새로운 유해한 대립을 개체군에 축적할 수 있게 해준다.[1] 좀 더 자세히 설명하면 소인구의 돌연변이 축적을 3단계로 나눌 수 있다. 2단계에서 모집단은 돌연변이/선택 평형으로 시작하고, 변이는 시간 경과에 따라 일정한 비율로 고정되며, 다산성이 사망률을 초과하기 때문에 모집단 크기가 일정하다. 그러나 인구에서 충분한 수의 돌연변이가 고정된 후에는 출생률이 사망률에 약간 못 미치고, 인구 규모가 줄어들기 시작한다. 이는 사망률을 높이는 유해한 돌연변이가 고착화됐기 때문이다. 사망률은 결국 개체군에서 이론적으로 너무 커져서 유해한 돌연변이 주장을 고정하는 데 걸리는 시간은 중립 돌연변이의 평균 고정 시간과 동일할 수 있다. 이것은 단지 변이가 영향을 미치는 작은 인구 때문이며, 고정하는 시간이 비교적 짧다. 인구 규모가 작을수록 유해한 돌연변이를 더 빨리 고정시킬 수 있고, 인구 규모가 더 급격히 감소할 수 있으며, 이는 일정 세대[3] 이후에 되돌릴 수 없게 된다.

무성 및 성 인구 대비 효과

무성종에서는 성종에 비해 돌연변이 축적의 효과가 더 크다. 무성 개체군에서 모든 개별 종은 유해한 돌연변이와 유익한 돌연변이를 포함하는 환경으로부터의 선택적 압력에 똑같이 영향을 받는다. 이는 돌연변이의 축적이 효과적으로 무성 인구를 차지할 수 있도록 하는 게놈의 알레르기와 다양성의 재조합이 부족하기 때문이다.[4] 돌연변이의 축적은 단기간 동안 발생할 수 있는데, 유해한 돌연변이에 유입된 종의 자식은 부모에 의해 전해진 알레르기의 재조합을 하지 않기 때문이다. 대신 원래 모종에 있었던 정확한 복제와 유전자의 수는 유전적 변화 없이 자손에게 전해진다. 이것은 무성 생식 종을 돌연변이 용융의 높은 선택적 압력에 처하게 한다.

성적으로 번식하는 종에서는 돌연변이 용융이 일어나는 데 걸리는 시간이 조금이라도 더 오래 걸린다. 성적으로 번식하는 개체군에서, 알레르기의 분리와 재조합은 개체군 내에서 유전적 다양성이 번성할 수 있도록 한다. 유전적 다양성은 시간이 지남에 따라 인구가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가한다. 그러나 이것은 해로운 돌연변이가 일어날 가능성을 제거하지 않는다.[5] 유해한 알레르기의 축적은 그 종이 번식할 시간을 가지기 전에 개체군에 돌이킬 수 없는 피해를 입힐 수 있다. 유해한 알레르기의 축적에 도입되는 성 생식종의 시뮬레이션 모델에서, 인구는 멸종되지 않을 것이며, 그렇게 하는데 기하급수적인 시간이 걸리는 것으로 나타났다. 이는 성재생식인구가 유해 돌연변이에 대해 강력한 선택하에 놓이게 되면 인구의 대부분이 제거되기 때문이다. 비록 그들의 게놈들이 이전의 유해한 돌연변이에 대한 저항력을 가질 수 있을지라도, 생존하는 인구의 개인은 더 낮은 건강 수준을 가질 뿐만 아니라 다른 유해한 돌연변이의 축적을 극복할 것이다.

성종을 기반으로 한 돌연변이 축적을 바탕으로 한 멸종은 무성종과 달리 개체수가 적거나 유전적 재조합에 큰 제약이 있다는 가정 하에 이뤄진다.[6] 그러나, 많은 수의 특정한 조건에서도, 돌연변이 용해는 성적으로 번식하는 종에서 여전히 발생할 수 있다. 돌연변이 선정이 강한 것은 물론 저출산과 재결합률까지 포함한 요인들은 성적으로 번식하는 많은 인구가 멸종할 수 있다. 이와는 대조적으로, 성적으로 번식하는 개체에서 멸종을 일으킬 수 있는 동일한 조건이 돌연변이 용융을 피하는 데 도움을 줄 수 있다. 이론적으로 변수를 조작할 수 있는 테스트 환경에서, 많은 성적으로 재생산되는 모집단의 강한 돌연변이 선택은 출산율이 증가하려면 돌연변이 용융을 막을 수 있다.

무성생식과 성생식 인구 모두에 미치는 영향은 여전히 외부 변수와 혼동하고 있다. 성적으로 번식하는 많은 인구가 병목현상을 겪은 경우, 즉각적인 인구감소를 유발할 수 있으며, 이로 인해 개체군 내에 빠르게 축적되는 돌연변이에 더 취약해질 수 있다. 돌연변이 용융은 작은 모집단 크기 외에 외부 변수에 의존하여 모집단의 발생 빈도를 제거한다. 이러한 경우 돌연변이 용융은 작은 모집단의 관점에서 유전적 표류에 의존하여 돌연변이가 모집단에 고정될 수 있는 시간을 갖는다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Camille Coron; Sylvie Méléard; Emmanuelle Porcher; Alexandre Robert (May 2013). "Quantifying the Mutational Meltdown in Diploid Populations". The American Naturalist. 181 (5). doi:10.1086/670022.
  2. ^ Eigen, M (15 October 2002). "Error catastrophe and antiviral strategy" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (21): 13374–6. Bibcode:2002PNAS...9913374E. doi:10.1073/pnas.212514799. PMC 129678. PMID 12370416.
  3. ^ Graham Rowe; Trevor J. C. Beebee (January 2003). "Population on the Verge of a Mutational Meltdown? Fitness Costs of Geneticload for an Amphibian in the Wild". Evolution. 57 (1): 177–181. doi:10.1111/j.0014-3820.2003.tb00228.x.
  4. ^ M. Lynch; R. Bürger; D. Butcher; W. Gabriel (September 1993). "The Mutational Meltdown in Asexual Populations". Journal of Heredity. 84 (5): 339-344. doi:10.1093/oxfordjournals.jhered.a111354.
  5. ^ Michael Lynch; John Conery; Reinhard Burger (December 1995). "Mutational Meltdowns in Sexual Populations". : Society for the Study of Evolution. 49: 1067–1080. JSTOR 2410432.
  6. ^ Bernardes, A.T. (July 31, 1995). "Mutational Meltdowns in Large Sexual Populations". Physics Abstract.

추가 읽기

  • W. 가브리엘, M. 린치, R. 버거(1993년). 뮬러의 래칫과 돌연변이 멜트다운 진화 47:1744-1757.
  • M. 린치, R. 버거, D. 도살자, 그리고 W. 가브리엘(1993). 무성 생물의 돌연변이 용융. J. 유전. 84:339-344.
  • M. 린치와 W. 가브리엘(1990). 돌연변이의 부하와 소인구의 생존. 진화 44:1725-1737.
  • M. Lynch, J. Conery, R. 버거(1995) 돌연변이성 용융증 진화 49: 1067-1080.