Barrido selectivo suave

En genética , cuando múltiples copias de una mutación beneficiosa se establecen y se fijan juntas, se denomina barrido suave. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Dependiendo del origen de estas copias, las variantes ligadas pueden retenerse y emerger como estructuras de haplotipos en la población. Existen dos formas principales de barrido suave:

1. Una mutación beneficiosa se separó previamente de forma neutral en la población y, por lo tanto, existía como múltiples haplotipos en el momento del cambio selectivo en el que la mutación se volvió beneficiosa. De esta manera, una sola mutación beneficiosa puede generar múltiples haplotipos con una frecuencia intermedia, mientras que ella misma se fija.
2. Otro modelo ocurre cuando múltiples mutaciones beneficiosas se producen de forma independiente en una corta sucesión entre sí; en consecuencia, se produce una segunda copia por mutación antes de la fijación selectiva de la primera copia. ^{[ 3 ]}

Los barridos suaves pueden ocurrir tanto por variación existente como por mutaciones beneficiosas que se repiten rápidamente. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Un barrido selectivo ocurre cuando, debido a una fuerte selección natural positiva, los alelos beneficiosos se fijan rápidamente en una población y resultan en la reducción o eliminación de la variación entre los nucleótidos cercanos a ese alelo . ^{[ 7 ]} Un barrido selectivo puede ocurrir cuando un alelo raro o previamente ausente que mejora la aptitud del portador en relación con otros miembros de la población aumenta rápidamente en frecuencia debido a la selección natural. A medida que aumenta la frecuencia de dicho alelo beneficioso, las variantes genéticas que se encuentran en el vecindario de ADN del alelo beneficioso también se vuelven más prevalentes; este fenómeno se denomina arrastre genético . ^{[ 6 ] [ 8 ]} Un barrido selectivo surge si los cambios rápidos dentro de la frecuencia de un alelo beneficioso, impulsados ​​por la selección positiva , distorsionan la historia genealógica de las muestras de la región alrededor del locus seleccionado. Ahora se reconoce que no todos los barridos reducen la variación genética de la misma manera, sino que los barridos selectivos se pueden categorizar en tres categorías principales: ^{[ 9 ]}

1. Se espera que la selección natural clásica o selección drástica ocurra cuando las mutaciones beneficiosas son raras, pero cuando una mutación beneficiosa que ha ocurrido aumenta rápidamente en frecuencia, reduce drásticamente la variación genética en la población.
2. La selección gradual de variantes genéticas preexistentes (SGV, por sus siglas en inglés) se produce cuando mutaciones previamente neutras, presentes en una población, se vuelven beneficiosas debido a un cambio ambiental. Dicha mutación puede estar presente en diversos contextos genómicos, de modo que, al aumentar rápidamente su frecuencia, no elimina toda la variación genética de la población.
3. Un barrido suave de origen múltiple ocurre cuando las mutaciones son comunes, por ejemplo en una población grande, de modo que las mismas mutaciones beneficiosas o similares ocurren en un fondo genómico diferente, de manera que ningún fondo genómico individual puede propagarse con la alta frecuencia. ^{[ 2 ]}

La ocurrencia de una selección direccional puede explorarse de diversas maneras. Un método consiste en medir el desequilibrio de ligamiento, es decir, si un haplotipo determinado está sobrerrepresentado en la población. Bajo una evolución neutral , la recombinación genética dará lugar a la redistribución de los diferentes alelos dentro de los haplotipos, y ningún haplotipo dominará la población. Sin embargo, durante una selección direccional, la selección de una variante genética con selección positiva también dará lugar al arrastre de alelos vecinos y a una menor oportunidad de recombinación. Por lo tanto, la presencia de un fuerte desequilibrio de ligamiento podría indicar que ha habido una selección direccional y puede utilizarse para identificar sitios sometidos recientemente a selección. Se han realizado numerosos análisis de selección direccional en humanos y otras especies utilizando diversos enfoques y supuestos estadísticos. ^{[ 9 ]}

La principal diferencia entre barridos selectivos suaves y duros radica en el número esperado de haplotipos diferentes que portan la mutación o mutaciones beneficiosas y, por lo tanto, en el número esperado de haplotipos que se propagan a una frecuencia considerable durante el barrido selectivo y que permanecen en la población en el momento de la fijación. Esta diferencia clave da lugar a diferentes expectativas tanto en el espectro de frecuencia de sitios como en el desequilibrio de ligamiento y, en consecuencia, en las estadísticas de prueba frecuentes basadas en estas formas. ^{[ 2 ]} Si los barridos duros facilitan el rescate evolutivo , entonces un solo ancestro es responsable de la propagación de las variantes ventajosas y, por lo tanto, la diversidad genética se eliminará de la población como consecuencia de la adaptación y el declive demográfico. Por otro lado, un barrido suave, en el que el alelo beneficioso se deriva independientemente en múltiples ancestros, mantendrá cierta diversidad ancestral que existía antes del cambio ambiental que inició los cambios de aptitud. ^{[ 9 ] [ 7 ]}

¿Hay alguna forma de separar los barridos suaves y duros ? Obviamente, solo los eventos adaptativos recientes dejan una señal medible (dura o suave). Las señales del espectro de frecuencia de sitio (como el exceso de alelos raros que Tajima 1989 ^{[ 10 ]} ) generalmente se desvanecen en escalas de tiempo de ~ 0.1Ne generaciones, mientras que las señales basadas en el desequilibrio de ligamiento o las estadísticas de haplotipos solo duran ~ 0.01Ne generaciones. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Para encontrarla fácilmente, la selección debe ser fuerte (4NeSb≫100). Incluso entonces, los barridos suaves pueden ser difíciles de discriminar de la neutralidad si son "supersuaves", es decir, si hay numerosos orígenes independientes del alelo beneficioso, o si su frecuencia inicial en el SGV es alta. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Para una interpretación fuerte de la selección versus neutralidad, necesitamos un estadístico de prueba con una potencia confiablemente alta para barridos duros y suaves. Basándose en los patrones descritos anteriormente, y como se muestra, ^{[ 12 ] [ 15 ]} las pruebas basadas en el espectro de frecuencia del sitio (que buscan alelos derivados de baja o alta frecuencia) tienen poca potencia para revelar barridos suaves, mientras que las pruebas de haplotipos pueden detectar ambos tipos de barridos. ^{[ 16 ]} A diferencia de los barridos suaves de un solo origen (que siempre dejan una huella más débil), la capacidad para detectar barridos suaves de múltiples orígenes puede ser mayor que la capacidad para detectar barridos duros completos debido a la clara estructura de haplotipos justo en el sitio seleccionado. ^{[ 12 ]} Detectar barridos suaves con un solo origen es difícil. Algunos estudios y pruebas basados ​​en una combinación de estadísticas de resumen han sido desarrollados por Peter, Huerta-Sanchez y Nielsen (2012) ^{[ 13 ]} y por Schrider y Kern (2016). ^{[ 17 ]} Ambas pruebas tienen una potencia confiable para encontrar barridos suaves para una selección robusta y una alta frecuencia inicial (5–20%) del alelo seleccionado. Además, los casos prácticos bien definidos suelen basarse en otras indicaciones, como la huella genética: ^{[ 18 ]} p. ej., se reconoce una población de origen con el alelo seleccionado en el SGV (p. ej., espinosos marinos y de agua dulce, ^{[ 19 ]} o se identifica una presión de selección muy reciente que no deja tiempo suficiente para que el alelo aumente de una sola copia a la frecuencia observada hoy (p. ej., adaptación de CCR5 al VIH en humanos). ^{[ 20 ]}En general, los barridos suaves con múltiples orígenes tienen mayores probabilidades de ser detectados. ^{[ 12 ] [ 16 ]}

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