علم الوراثة الكمي

علم الوراثة الكمية هو دراسة الصفات الكمية ، وهي الأنماط الظاهرية التي تتغير باستمرار - مثل الطول أو الكتلة - على عكس الأنماط الظاهرية ومنتجات الجينات التي يمكن تحديدها بشكل منفصل - مثل لون العين، أو وجود مادة كيميائية حيوية معينة.

بينما يركز علم الوراثة السكانية على جينات محددة ونواتجها الأيضية، يركز علم الوراثة الكمية على الأنماط الظاهرية الخارجية، ويقدم ملخصات فقط للأسس الوراثية. يستخدم كلا فرعي علم الوراثة ترددات الأليلات المختلفة لجين ما في مجموعات التكاثر (المجموعات الجينية)، ويجمعانها مع مفاهيم من الوراثة المندلية البسيطة لتحليل أنماط الوراثة عبر الأجيال والسلالات.

نظراً للتوزيع المستمر للقيم الظاهرية، يتطلب علم الوراثة الكمية استخدام العديد من الأساليب الإحصائية الأخرى (مثل حجم التأثير ، والمتوسط ، والتباين ) لربط الأنماط الظاهرية ( الصفات ) بالأنماط الجينية. يمكن تحليل بعض الأنماط الظاهرية إما كفئات منفصلة أو كأنماط ظاهرية متصلة، وذلك تبعاً لتعريف نقاط القطع، أو للمقياس المستخدم في تحديدها كمياً. [ 1 ] : 27-69. وقد ناقش مندل نفسه هذه المسألة في بحثه الشهير، [ 2 ] لا سيما فيما يتعلق بصفة البازلاء " طويل/قزم" ، والتي استُنتجت في الواقع بإضافة نقطة قطع إلى "طول الساق". [ 3 ] [ 4 ] ويُعد تحليل مواقع الصفات الكمية ، أو QTLs، [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] إضافة حديثة نسبياً إلى علم الوراثة الكمية، مما يربطه بشكل مباشر بعلم الوراثة الجزيئية .

تأثيرات الجينات

في الكائنات ثنائية المجموعة الكروموسومية ، يمكن تحديد متوسط ​​"قيمة" النمط الجيني (قيمة الموضع) من خلال "تأثير" الأليل بالإضافة إلى تأثير السيادة ، وأيضًا من خلال كيفية تفاعل الجينات مع الجينات في مواضع أخرى ( التفاعل الجيني ). وقد أدرك مؤسس علم الوراثة الكمية - السير رونالد فيشر - الكثير من هذا عندما اقترح أول أسس رياضية لهذا الفرع من علم الوراثة. [ 8 ]

تأثيرات الجينات وقيم النمط الظاهري

بصفته إحصائيًا، عرّف تأثيرات الجينات بأنها انحرافات عن قيمة مركزية، مما أتاح استخدام مفاهيم إحصائية كالمتوسط ​​والتباين، والتي تستند إلى هذه الفكرة. [ 9 ] القيمة المركزية التي اختارها للجين هي نقطة المنتصف بين النمطين المتماثلين المتقابلين في نفس الموضع الجيني. يمكن تسمية الانحراف من هذه النقطة إلى النمط المتماثل "الأكبر" بـ " +a "، وبالتالي فإن الانحراف من نقطة المنتصف نفسها إلى النمط المتماثل "الأصغر" هو " -a ". هذا هو تأثير "الأليل" المذكور آنفًا. يمكن تسمية انحراف النمط غير المتماثل عن نقطة المنتصف نفسها بـ " d "، وهو تأثير "السيادة" المشار إليه سابقًا. [ 10 ] يوضح الرسم التخطيطي هذه الفكرة. مع ذلك، في الواقع نقيس الأنماط الظاهرية، ويُظهر الشكل أيضًا كيفية ارتباط الأنماط الظاهرية المرصودة بتأثيرات الجينات. تُقرّ التعريفات الرسمية لهذه التأثيرات بهذا التركيز على النمط الظاهري. [ 11 ] [ 12 ] تم التعامل مع التفاعل الجيني إحصائيًا على أنه تفاعل (أي، تناقضات)، [ 13 ] لكن علم التخلق يشير إلى أنه قد يكون هناك حاجة إلى نهج جديد.

إذا كانت قيمة d أقل من أو تساوي a ، تُعتبر الهيمنة جزئية أو غير كاملة ، بينما تشير قيمة d تساوي a إلى الهيمنة الكاملة أو الكلاسيكية . سابقًا، كانت قيمة d أكبر من a تُعرف باسم "الهيمنة المفرطة". [ 14 ]

تُقدّم لنا صفة "طول الساق" في نبات البازلاء، كما وصفها مندل، مثالًا جيدًا. [ 3 ] ذكر مندل أن طول ساق الآباء الأطول، ذوي الصفات النقية، يتراوح بين 183 و213  سم (6-7 أقدام)، بمتوسط ​​198  سم (الجيل الأول P1). أما الآباء الأقصر، فيتراوح طول ساقهم بين 23 و46  سم (0.75 إلى 1.25 قدم)، بمتوسط ​​تقريبي 34  سم (الجيل الثاني P2). ويتراوح طول هجينهم بين 183 و229  سم (6-7.5 أقدام)، بمتوسط ​​206  سم (الجيل الأول F1). يبلغ متوسط ​​طول ساقي الجيلين الأول والثاني P1 116  سم، وهي القيمة الظاهرية لنقطة المنتصف (mp) في النمط المتماثل للجينات. تأثير الأليل ( a ) هو [P1-mp] = 82  سم = -[P2-mp]. أما تأثير السيادة ( d ) فهو [F1-mp] = 90  سم. [ 15 ] يوضح هذا المثال التاريخي بوضوح كيف ترتبط قيم النمط الظاهري وتأثيرات الجينات.

ترددات الأليلات والأنماط الجينية

تحليل التكاثر الجنسي

للحصول على المتوسطات والتباينات والقيم الإحصائية الأخرى، يلزم معرفة كل من الكميات وتكراراتها. توفر تأثيرات الجينات (المذكورة أعلاه) الإطار العام للكميات ، بينما توفر ترددات الأليلات المتباينة في مجموعة الأمشاج المخصبة معلومات عن التكرارات .

يُرمز عادةً إلى تردد الأليل المُسبب لزيادة في النمط الظاهري (بما في ذلك السيادة) بالرمز p ، بينما يُرمز إلى تردد الأليل المُعاكس بالرمز q . افترضنا مبدئيًا عند وضع الجبر أن عدد أفراد المجموعة الأبوية غير محدود وأن التزاوج عشوائي، وذلك لتسهيل الاشتقاق. كما أشار التطور الرياضي اللاحق إلى أن توزيع الترددات داخل مجموعة الأمشاج الفعالة منتظم: أي لا توجد اختلافات موضعية في قيم p و q . وبالنظر إلى التحليل التخطيطي للتكاثر الجنسي، فإن هذا يُعادل القول بأن p<sub> P</sub> = p<sub> g</sub> = p <sub>q </sub>؛ وينطبق الأمر نفسه على q . [ 14 ] أصبح نظام التزاوج هذا، القائم على هذه الافتراضات، يُعرف باسم التزاوج العشوائي (panmixia) .

نادرًا ما يحدث التزاوج العشوائي في الطبيعة، [ 16 ] : 152-180 [ 17 ] ، إذ قد يكون توزيع الأمشاج محدودًا، على سبيل المثال بسبب قيود الانتشار أو السلوك، أو بسبب أخذ العينات العشوائي (تلك الاضطرابات المحلية المذكورة أعلاه). من المعروف أن هناك هدرًا كبيرًا للأمشاج في الطبيعة، ولهذا السبب يُصوّر المخطط مجموعة الأمشاج المحتملة بشكل منفصل عن مجموعة الأمشاج الفعلية . فقط الأخيرة هي التي تحدد الترددات النهائية للزيجوتات: هذا هو "الجاموديم" الحقيقي ("غامو" تشير إلى الأمشاج، و"ديمي" مشتقة من اليونانية وتعني "السكان"). ولكن، وفقًا لافتراضات فيشر، يمكن توسيع الجاموديم بشكل فعال ليشمل مجموعة الأمشاج المحتملة ، بل وحتى السكان الأصليين (سكان "المصدر"). يُعرف أخذ العينات العشوائي الذي يحدث عند أخذ عينات من مجموعات الأمشاج "الفعلية" الصغيرة من مجموعة الأمشاج "المحتملة" الكبيرة باسم الانحراف الوراثي ، وسيتم تناوله لاحقًا.

على الرغم من أن التزاوج العشوائي قد لا يكون منتشراً على نطاق واسع، إلا أن إمكانية حدوثه قائمة، وإن كان قد يكون عابراً بسبب تلك الاضطرابات المحلية. فقد ثبت، على سبيل المثال، أن الجيل الثاني (F2) الناتج عن الإخصاب العشوائي لأفراد الجيل الأول (F1) (جيل F2 مختلط التزاوج )، بعد التهجين، هو أصل لسلالة جديدة يحتمل أن تكون متزاوجة عشوائياً. [ 18 ] [ 19 ] كما ثبت أيضاً أنه إذا استمر الإخصاب العشوائي المتزاوج عشوائياً، فإنه سيحافظ على نفس ترددات الأليلات والأنماط الجينية عبر كل جيل جنسي متزاوج عشوائياً متعاقب - وهذا ما يُعرف بتوازن هاردي-واينبرغ . [ 13 ] : 34-39 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] ومع ذلك، بمجرد بدء الانحراف الوراثي عن طريق أخذ عينات عشوائية محلية من الأمشاج، سيتوقف التوازن.

التلقيح العشوائي

تُعتبر الأمشاج الذكرية والأنثوية ضمن مجموعة الإخصاب الفعلية عادةً متساوية التردد بالنسبة لأليلاتها المقابلة. (مع مراعاة الاستثناءات). هذا يعني أنه عندما تُخصب p من الأمشاج الذكرية الحاملة للأليل A عشوائيًا p من الأمشاج الأنثوية الحاملة لنفس الأليل، فإن الزيجوت الناتج يكون نمطه الجيني AA ، وفي حالة الإخصاب العشوائي، يحدث هذا التركيب بتردد p × p (= ) . وبالمثل، يحدث الزيجوت aa بتردد . يمكن أن تنشأ الزيجوتات غير المتجانسة ( Aa ) بطريقتين: عندما تُخصب p من الأمشاج الذكرية ( الأليل A ) عشوائيًا q من الأمشاج الأنثوية ( الأليل aوالعكس صحيح . وبالتالي، يكون التردد الناتج للزيجوتات غير المتجانسة 2pq . [ 13 ] : 32 لاحظ أن مثل هذا التجمع السكاني لا يتجاوز نصفه غير متجانس، ويحدث هذا الحد الأقصى عندما p = q = 0.5.

باختصار، في ظل الإخصاب العشوائي، تكون ترددات الزيجوت (النمط الجيني) هي التوسع التربيعي لترددات الأمشاج (الأليلات):(ص+q)2=ص2+2صq+q2=1{\textstyle (p+q)^{2}=p^{2}+2pq+q^{2}=1}. (يشير الرمز "=1" إلى أن التكرارات معروضة في شكل كسور، وليست نسب مئوية؛ وأنه لا توجد حالات حذف ضمن الإطار المقترح.)

تجدر الإشارة إلى أن مصطلحي "التلقيح العشوائي" و"التزاوج العشوائي" ليسا مترادفين. [ 24 ] [ 25 ]

التهجين البحثي لمندل – تباين

أُجريت تجارب مندل على نبات البازلاء من خلال اختيار أبوين متماثلي الصفات يحملان نمطين ظاهريين "متعاكسين" لكل صفة. [ 3 ] وهذا يعني أن كل أبوين متماثلي الأليلات لصفة واحدة فقط. في مثالنا، "طويل مقابل قصير"، يكون النمط الجيني للأب الطويل TT، حيث p = 1q = 0 )؛ بينما يكون النمط الجيني للأب القصير tt، حيث q = 1 (و p = 0). بعد التزاوج المُتحكم به، يكون الهجين الناتج Tt، حيث p = q = 1/2 . مع ذلك ، فإن تردد هذا الهجين = 1 ، لأنه الجيل الأول ( F1 ) الناتج عن تزاوج اصطناعي : لم ينشأ عن طريق الإخصاب العشوائي. [ 26 ] تم إنتاج الجيل الثاني (F2) عن طريق التلقيح الذاتي الطبيعي للجيل الأول (F1) (مع مراقبة التلوث الحشري)، مما أدى إلى الحفاظ على النسبة p = q = 1/2 . يُطلق على هذا الجيل الثاني اسم " التلقيح الذاتي " . ومع ذلك، فقد نشأت ترددات الأنماط الجينية (0.25 TT ، 0.5 Tt ، 0.25 tt ) من خلال نظام تزاوج مختلف تمامًا عن الإخصاب العشوائي، ولذلك تم تجنب استخدام التوسع التربيعي. كانت القيم العددية التي تم الحصول عليها هي نفسها تلك الخاصة بالإخصاب العشوائي فقط لأن هذه هي الحالة الخاصة لتهجين أبوين متماثلي الزيجوت متقابلين في الأصل. [ 27 ] نلاحظ أنه نظرًا لسيادة النمط الجيني T- [التردد (0.25 + 0.5)] على النمط الجيني tt [التردد 0.25]، لا تزال النسبة 3:1 موجودة.

يُعدّ التهجين، كما في تجربة مندل، حيث يتم تهجين أبوين متقابلين متماثلي الصفات (متماثلي الزيجوت إلى حد كبير) بطريقة مضبوطة لإنتاج الجيل الأول (F1)، حالة خاصة من بنية الهجين. غالبًا ما يُنظر إلى الجيل الأول (F1) على أنه "غير متماثل الزيجوت تمامًا" للجين قيد الدراسة. مع ذلك، يُعدّ هذا تبسيطًا مفرطًا ولا ينطبق بشكل عام، على سبيل المثال عندما لا يكون أحد الأبوين متماثل الزيجوت، أو عندما تتزاوج مجموعات سكانية لتكوين أسراب هجينة . [ 26 ] ستُناقش الخصائص العامة للهجائن داخل النوع الواحد (F1) والجيل الثاني (F2) (سواء كانت "ذاتية التلقيح" أو "خنثوية التلقيح") في قسم لاحق.

التلقيح الذاتي – بديل

بعد ملاحظة أن البازلاء تُلقّح ذاتيًا بشكل طبيعي، لا يمكننا الاستمرار في استخدامها كمثال لتوضيح خصائص التلقيح العشوائي. يُعدّ التلقيح الذاتي بديلاً رئيسيًا للتلقيح العشوائي، خاصةً في النباتات. تُلقّح معظم حبوب العالم ذاتيًا بشكل طبيعي (الأرز، والقمح، والشعير، على سبيل المثال)، وكذلك البقوليات. وبالنظر إلى ملايين الأفراد من كل نوع من هذه الأنواع على الأرض في أي وقت، يتضح أن التلقيح الذاتي لا يقل أهمية عن التلقيح العشوائي. يُعدّ التلقيح الذاتي الشكل الأكثر كثافةً للتزاوج الداخلي ، والذي ينشأ عندما يكون هناك تقييد في الاستقلالية في الأصول الجينية للأمشاج. ويحدث هذا التقييد في الاستقلالية إذا كان الأبوان مرتبطين بالفعل، و/أو نتيجةً للانحراف الوراثي أو غيره من القيود المكانية على انتشار الأمشاج. يُبيّن تحليل المسار أن هذه الحالات تُعادل الشيء نفسه. [ 28 ] [ 29 ] انطلاقًا من هذه الخلفية، يُحدد معامل التزاوج الداخلي (الذي يُرمز له غالبًا بـ F أو f ) تأثير التزاوج الداخلي مهما كان سببه. توجد عدة تعريفات رسمية لـ f ، وسنتناول بعضها في أقسام لاحقة. تجدر الإشارة حاليًا إلى أنه بالنسبة للأنواع التي تُخصب ذاتيًا على المدى الطويل، فإن f = 1. مع ذلك ، فإن التجمعات الطبيعية التي تُخصب ذاتيًا ليست " سلالات نقية " منفردة، بل هي مزيج من هذه السلالات. يتضح هذا جليًا عند دراسة أكثر من جين واحد في الوقت نفسه. لذلك، تظل ترددات الأليلات ( p و q ) غير 1 أو 0 ذات صلة في هذه الحالات (راجع قسم تهجين مندل). مع ذلك، تتخذ ترددات الأنماط الجينية شكلًا مختلفًا.

بشكل عام، تصبح ترددات النمط الجيني[ص2(1-و)+صو]{\textstyle [p^{2}(1-f)+pf]}لـ AA و2صq(1-و){\textstyle 2pq(1-f)}بالنسبة لـ Aa و[q2(1-و)+qو]{\textstyle [q^{2}(1-f)+qf]}لـ aa . [ 13 ] : 65

لاحظ أن تردد الزيجوت غير المتجانس يتناقص بما يتناسب مع f . عندما f = 1 ، تصبح هذه الترددات الثلاثة على التوالي p و 0 و q. وعلى العكس من ذلك، عندما f = 0 ، فإنها تختزل إلى التوسع التربيعي للإخصاب العشوائي الموضح سابقًا.

متوسط ​​عدد السكان

يُحوّل متوسط ​​المجتمع نقطة المرجع المركزية من منتصف النمط الجيني المتماثل ( mp ) إلى متوسط ​​مجتمع يتكاثر جنسيًا. وهذا مهم ليس فقط لإعادة توجيه التركيز نحو العالم الطبيعي، بل أيضًا لاستخدام مقياس النزعة المركزية المستخدم في الإحصاء/القياسات الحيوية. وعلى وجه الخصوص، يُعد مربع هذا المتوسط ​​عامل التصحيح، الذي يُستخدم لاحقًا للحصول على التباينات الجينية. [ 9 ]

متوسط ​​السكان عبر جميع قيم p، لتأثيرات d المختلفة

لكل نمط جيني على حدة، يُضرب تأثير الأليل الخاص به بتردد النمط الجيني؛ وتُجمع النواتج عبر جميع الأنماط الجينية في النموذج. وعادةً ما يتبع ذلك بعض التبسيط الجبري للوصول إلى نتيجة موجزة.

المتوسط ​​بعد الإخصاب العشوائي

مساهمة جمعية المدمنين المجهولين هيص2(+)أ{\textstyle p^{2}(+)a}، ذلك الخاص بـ Aa هو2صqد{\textstyle 2pqd}، و aa هوq2(-)أ{\textstyle q^{2}(-)a}بجمع الحدين a معًا وتراكمهما على الكل، تكون النتيجة كالتالي:أ(ص2-q2)+2صqد{\textstyle a(p^{2}-q^{2})+2pqd}يتم تحقيق التبسيط من خلال ملاحظة أن(ص2-q2)=(ص-q)(ص+q){\textstyle (p^{2}-q^{2})=(p-q)(p+q)}وبتذكر ذلك(ص+q)=1{\textstyle (p+q)=1}وبالتالي تقليل الحد الأيمن إلى(ص-q){\textstyle (p-q)}.

والنتيجة الموجزة هيجي=أ(ص-q)+2صqد{\textstyle G=a(p-q)+2pqd}[ 14 ] : 110

يُعرّف هذا متوسط ​​المجتمع بأنه "انحراف" عن نقطة المنتصف في النمط المتماثل (تذكر أن a و d يُعرّفان على أنهما انحرافان عن نقطة المنتصف هذه). يوضح الشكل G عبر جميع قيم p لعدة قيم لـ d ، بما في ذلك حالة واحدة من السيادة الطفيفة. لاحظ أن G غالبًا ما يكون سالبًا، مما يؤكد أنه بحد ذاته انحراف (عن mp ).

وأخيرًا، للحصول على متوسط ​​السكان الفعلي في "الفضاء الظاهري"، تتم إضافة قيمة نقطة المنتصف إلى هذا الإزاحة:P=جي+مص{\textstyle P=G+mp}.

يُمكن استخلاص مثال من بيانات طول كوز الذرة. [ 30 ] : 103 بافتراض تمثيل جين واحد فقط، فإن a = 5.45  سم، وd = 0.12  سم [قيمة تساوي "صفرًا" تقريبًا]، و mp = 12.05  سم. وبافتراض أن p = 0.6 و q = 0.4 في هذه العينة، فإن:

G = 5.45 (0.6 − 0.4) + (0.48)0.12 = 1.15  سم (تقريبًا)؛ و

P = 1.15 + 12.05 = 13.20  سم (تقريبًا).

المتوسط ​​بعد التلقيح الذاتي طويل الأمد

مساهمة جمعية المدمنين المجهولين هيص(+أ){\textstyle p(+a)}، بينما ذلك الخاص بـ aa هوq(-أ){\textstyle q(-a)}[انظر أعلاه للترددات.] يؤدي جمع هذين الحدين معًا إلى نتيجة نهائية بسيطة للغاية على الفور:

جي(و=1)=أ(ص-q){\textstyle G_{(f=1)}=a(p-q)}كما في السابق،P=جي+مص{\textstyle P=G+mp}.

غالباً ما يتم اختصار "G (f=1) " إلى "G 1 ".

يمكن أن توفر لنا بازلاء مندل تأثيرات الأليلات ونقطة المنتصف (انظر سابقًا)؛ كما يوفر لنا مجتمع مختلط ملقح ذاتيًا بترددات p = 0.6 و q = 0.4 أمثلة على الترددات. وبالتالي:

G (f=1) = 82 (0.6 − .04) = 59.6  سم (تقريبًا)؛ و

P (f=1) = 59.6 + 116 = 175.6  سم (تقريبًا).

متوسط ​​– التخصيب المعمم

تتضمن الصيغة العامة معامل القرابة f ، ويمكنها بالتالي استيعاب أي حالة. الإجراء هو نفسه تمامًا كما كان من قبل، باستخدام ترددات الأنماط الجينية المرجحة المذكورة سابقًا. بعد الترجمة إلى رموزنا، وإعادة الترتيب: [ 13 ] : 77-78

جيو=أ(q-ص)+[2صqد-و(2صqد)]=أ(ص-q)+(1-و)2صqد=جي0-و 2صqد{\displaystyle {\begin{aligned}G_{f}&=a(q-p)+[2pqd-f(2pqd)]\\&=a(p-q)+(1-f)2pqd\\&=G_{0}-f\ 2pqd\end{aligned}}} هنا، G 0 هو G ، الذي تم ذكره سابقًا. (غالبًا، عند التعامل مع التزاوج الداخلي، يُفضل استخدام "G 0 " بدلاً من "G").)

بافتراض أن مثال الذرة [المذكور سابقًا] قد تم تقييده في مرج نهري ضيق، وكان لديه تزاوج داخلي جزئي إلى حد f = 0.25 ، ثم باستخدام الإصدار الثالث (أعلاه) من G f :

G 0.25 = 1.15 − 0.25 (0.48) 0.12 = 1.136  سم (تقريبًا)، مع P 0.25 = 13.194  سم (تقريبًا).

يكاد لا يكون للتزاوج الداخلي أي تأثير في هذا المثال، ويعود ذلك إلى انعدام السيادة تقريبًا في هذه السمة ( d → 0). ويُظهر فحص جميع نسخ G f الثلاث أن هذا سيؤدي إلى تغيير طفيف في متوسط ​​المجموعة. أما في الحالات التي تكون فيها السيادة ملحوظة، فسيحدث تغيير كبير.

الانحراف الوراثي

تم التطرق إلى الانحراف الوراثي عند مناقشة احتمالية انتشار التزاوج العشوائي كنمط إخصاب طبيعي. (انظر قسم ترددات الأليلات والأنماط الجينية). هنا، نناقش بمزيد من التفصيل عملية أخذ عينات الأمشاج من الأمشاج المحتملة . تتضمن هذه العملية إخصابًا عشوائيًا بين أزواج من الأمشاج العشوائية، قد يحتوي كل منها على أليل A أو a . وبالتالي، فإن هذه العملية هي عملية أخذ عينات ثنائية. [ 13 ] : 382-395 [ 14 ] : 49-63 [ 31 ] : 35 [ 32 ] : 55. تحتوي كل "حزمة" من العينات على 2N أليل، وتنتج N زيجوت (ذرية أو سلالة). خلال فترة التكاثر، تتكرر هذه العملية مرارًا وتكرارًا، بحيث تكون النتيجة النهائية مزيجًا من ذرية العينات. والنتيجة هي إخصاب عشوائي متفرق.(){\displaystyle \left(\bigodot \right)}يتم هنا دراسة هذه الأحداث، والنتيجة النهائية الإجمالية، من خلال مثال توضيحي.

ترددات الأليلات "الأساسية" في المثال هي ترددات النمط الوراثي المحتمل : تردد الأليل A هو p<sub> g</sub> = 0.75 ، بينما تردد الأليل a هو q<sub> g</sub> = 0.25 . [ الرقم " 1 " في الرسم التخطيطي]. تم اختيار خمسة أنماط وراثية فعلية من هذا الأساس ( s = عدد العينات = 5) باستخدام طريقة التوزيع الثنائي، وتم تحديد كل عينة برقم "فهرس" k : حيث k = 1 .... s بالتسلسل. (هذه هي "حزم" العينات المشار إليها في الفقرة السابقة). يختلف عدد الأمشاج المشاركة في الإخصاب من عينة إلى أخرى، ويُعطى بالرمز 2N<sub> k </sub> [ الرقم " 2 " في الرسم التخطيطي]. يبلغ إجمالي عدد الأمشاج التي تم أخذ عينات منها 52 [ الرقم " 3 " في الرسم التخطيطي]. نظرًا لأن لكل عينة حجمها الخاص، يلزم استخدام أوزان للحصول على المتوسطات (وغيرها من الإحصاءات) عند الحصول على النتائج الإجمالية.ωك=2شمالك/(كs2شمالك){\textstyle \omega _{k}=2N_{k}/(\sum _{k}^{s}2N_{k})}، ويتم تحديدها عند الملصق الأبيض " 4 " في الرسم التخطيطي.

تحليل مثال على الانحراف الوراثي

نماذج الجاموديمات - الانحراف الوراثي

بعد إتمام عمليات أخذ العينات الخمس هذه باستخدام التوزيع الثنائي، احتوت كل مجموعة من المجموعات الجينية الناتجة على ترددات أليلية مختلفة ( p <sub>k</sub> و q<sub> k</sub> ). [يُشار إلى هذه الترددات بالرقم " 5 " في الرسم التوضيحي]. هذه النتيجة هي في الواقع الانحراف الوراثي نفسه. لاحظ أن عينتين (k = 1 و5) لهما نفس ترددات المجموعة الجينية الأساسية ( المحتملة ). بينما عينة أخرى (k = 3) تحمل ترددات p و q معكوسة. أما العينة (k = 2) فهي حالة متطرفة، حيث p <sub>k </sub> = 0.9 و q <sub>k</sub> = 0.1 ؛ في حين أن العينة المتبقية (k = 4) تقع في منتصف نطاق ترددات الأليلات. كل هذه النتائج نتجت عن الصدفة فقط، من خلال أخذ العينات باستخدام التوزيع الثنائي. ولكن بمجرد حدوثها، حددت هذه النتائج جميع خصائص النسل اللاحقة.

نظرًا لأن أخذ العينات ينطوي على الصدفة، فإن احتمالات ( k ) الحصول على كل عينة من هذه العينات تصبح ذات أهمية. تعتمد هذه الاحتمالات الثنائية على الترددات الأولية ( p g و q g ) وحجم العينة ( 2N k ). يُعد الحصول عليها أمرًا شاقًا، [ 13 ] : 382-395 [ 32 ] : 55، لكنها ذات أهمية كبيرة. [انظر الملصق الأبيض " 6 " في الرسم البياني]. كانت للعينتين (k = 1، 5)، اللتين لهما نفس ترددات الأليلات الموجودة في النمط الجيني المحتمل ، "فرص" حدوث أعلى من العينات الأخرى. ومع ذلك، اختلفت احتمالاتهما الثنائية بسبب اختلاف أحجام عيناتهما (2N k ). كانت احتمالية حدوث عينة "الانعكاس" (k = 3) منخفضة جدًا، مما يؤكد ربما ما كان متوقعًا. مع ذلك، لم يكن النمط الجيني ذو تردد الأليل "المتطرف" (k = 2) "نادرًا". وكانت العينة "المتوسطة" (k=4) نادرة. وتنطبق هذه الاحتمالات نفسها أيضاً على نسل هذه التلقيحات.

هنا، يمكننا البدء ببعض التلخيص . يتم الحصول على الترددات الإجمالية للأليلات في مجموعة النسل من خلال المتوسطات المرجحة للترددات المناسبة للعينات الفردية. أي:ص=كsωك صك{\textstyle p_{\centerdot }=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ p_{k}}وq=كsωك qك{\textstyle q_{\centerdot }=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ q_{k}}(لاحظ استبدال k بـ في النتيجة الإجمالية - وهي ممارسة شائعة.) [ 9 ] نتائج المثال هي p = 0.631 و q = 0.369 [ الرقم الأسود " 5 " في الرسم البياني]. تختلف هذه القيم اختلافًا كبيرًا عن القيم الأولية ( pg و qg ) [ الرقم الأبيض " 1 "]. تتضمن ترددات الأليلات في العينة تباينًا بالإضافة إلى المتوسط. وقد تم الحصول على ذلك باستخدام طريقة مجموع المربعات (SS) [ 33 ] [انظر إلى يمين الرقم الأسود " 5 " في الرسم البياني]. [يُناقش هذا التباين بمزيد من التفصيل في القسم أدناه حول الانحراف الوراثي الواسع.]

خطوط النسل – التشتت

The genotype frequencies of the five sample progenies are obtained from the usual quadratic expansion of their respective allele frequencies (random fertilization). The results are given at the diagram's white label "7" for the homozygotes, and at white label "8" for the heterozygotes. Re-arrangement in this manner prepares the way for monitoring inbreeding levels. This can be done either by examining the level of total homozygosis [(p2k + q2k) = (1 − 2pkqk)], or by examining the level of heterozygosis (2pkqk), as they are complementary.[34] Notice that samples k= 1, 3, 5 all had the same level of heterozygosis, despite one being the "mirror image" of the others with respect to allele frequencies. The "extreme" allele-frequency case (k= 2) had the most homozygosis (least heterozygosis) of any sample. The "middle of the range" case (k= 4) had the least homozygosity (most heterozygosity): they were each equal at 0.50, in fact.

The overall summary can continue by obtaining the weighted average of the respective genotype frequencies for the progeny bulk. Thus, for AA, it is p2=ksωk pk2{\textstyle p_{\centerdot }^{2}=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ p_{k}^{2}}, for Aa, it is 2pq=ksωk 2pkqk{\textstyle 2p_{\centerdot }q_{\centerdot }=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ 2p_{k}q_{k}} and for aa, it is q2=ksωk qk2{\textstyle q_{\centerdot }^{2}=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ q_{k}^{2}}. The example results are given at black label "7" for the homozygotes, and at black label "8" for the heterozygote. Note that the heterozygosity mean is 0.3588, which the next section uses to examine inbreeding resulting from this genetic drift.

The next focus of interest is the dispersion itself, which refers to the "spreading apart" of the progenies' population means. These are obtained as Gk=a(pkqk)+2pkqkd{\textstyle G_{k}=a(p_{k}-q_{k})+2p_{k}q_{k}d} [see section on the Population mean], for each sample progeny in turn, using the example gene effects given at white label "9" in the diagram. Then, each Pk=Gk+mp{\textstyle P_{k}=G_{k}+mp}يُلاحظ أيضًا [عند الملصق الأبيض " 10 " في الرسم البياني]. لاحظ أن السلالة "الأفضل" (k = 2) كانت ذات أعلى تردد للأليل "الأكثر" ( A ) (كما كانت ذات أعلى مستوى من التماثل الجيني). أما السلالة الأسوأ (k = 3) فكانت ذات أعلى تردد للأليل "الأقل" ( a )، وهو ما يفسر ضعف أدائها. كانت هذه السلالة "الضعيفة" أقل تماثلًا جينيًا من السلالة "الأفضل"، بل إنها تشارك نفس مستوى التماثل الجيني مع السلالتين التاليتين الأفضل (k = 1، 5). أما السلالة التي تحمل كلا الأليلين "الأكثر" و"الأقل" بتردد متساوٍ (k = 4)، فكان متوسطها أقل من المتوسط ​​العام (انظر الفقرة التالية)، وكانت ذات أدنى مستوى من التماثل الجيني. تكشف هذه النتائج أن الأليلات الأكثر انتشارًا في "مجموعة الجينات" (المعروفة أيضًا باسم " البلازما الجرثومية ") هي التي تحدد الأداء، وليس مستوى التماثل الجيني بحد ذاته. يؤدي أخذ العينات الثنائية وحده إلى هذا التشتت.

يمكن الآن تلخيص الملخص العام من خلال الحصول علىجي=كsωك جيك{\textstyle G_{\centerdot }=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ G_{k}}وP=كsωك Pك{\textstyle P_{\centerdot }=\sum _{k}^{s}\omega _{k}\ P_{k}}النتيجة النموذجية لـ P هي 36.94 ( المشار إليها بالرقم " 10 " باللون الأسود في الرسم البياني). تُستخدم هذه النتيجة لتحديد مدى انخفاض اللياقة الناتج عن التزاوج الداخلي بشكل عام، انطلاقًا من عينة الأمشاج. [انظر القسم التالي]. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه تم تحديد بعض النسل "غير المتأثر" مسبقًا (k = 1، 2، 5). يُعد هذا لغزًا من ألغاز التزاوج الداخلي، فبينما قد يكون هناك "انخفاض" عام، عادةً ما توجد سلالات متفوقة بين عينات الأمشاج.

التزاوج العشوائي المكافئ بعد التشتت – التزاوج الداخلي

تضمنت الملخص العام متوسط ​​ترددات الأليلات في خليط سلالات النسل ( p و q ). ويمكن الآن استخدام هذه الترددات لإنشاء مكافئ افتراضي للتزاوج العشوائي. [ 13 ] : 382-395 [ 14 ] : 49-63 [ 31 ] : 35. ويمكن اعتبار هذا بمثابة "مرجع" لتقييم التغيرات الناتجة عن أخذ عينات الأمشاج. يُلحق المثال هذا التزاوج العشوائي بيمين الرسم التخطيطي. وبالتالي، فإن تردد AA هو (p ) ² = 0.3979. وهذا أقل من التردد الموجود في المجموعة المشتتة (0.4513 عند العلامة السوداء " 7 "). وبالمثل، بالنسبة لـ aa ، فإن (q ) ² = 0.1303، وهو أيضًا أقل من التردد المكافئ في مجموعة النسل (0.1898). من الواضح أن الانحراف الوراثي قد زاد من مستوى التماثل الجيني الإجمالي بمقدار (0.6411 - 0.5342) = 0.1069. ويمكن استخدام التغاير الجيني بدلاً من ذلك كنهج تكميلي. المكافئ التزاوجي العشوائي للنمط الوراثي Aa هو 2p q = 0.4658، وهو أعلى من قيمته في العينة المجمعة (0.3588) [ العلامة السوداء " 8 "]. وقد أدى أخذ العينات إلى انخفاض التغاير الجيني بمقدار 0.1070، وهو فرق طفيف عن التقدير السابق بسبب أخطاء التقريب.

تم تقديم معامل القرابة ( f ) في القسم الأول المتعلق بالإخصاب الذاتي. هنا، نتناول تعريفًا رسميًا له: f هو احتمال أن يكون أليلان "متماثلان" (أي A و A ، أو a و a ) يتخصبان معًا من أصل سلفي مشترك - أو (بصورة أكثر رسمية) f هو احتمال أن يكون أليلان متماثلان متماثلين متماثلين. [ 14 ] [ 29 ] لنفترض أي مشيج عشوائي في مجموعة الأمشاج المحتملة ، حيث يكون شريكه في التزاوج مقيدًا بأخذ عينات ثنائية. احتمال أن يكون هذا المشيج الثاني متماثلًا متماثلًا متماثلًا مع الأول هو 1/(2N) ، وهو مقلوب حجم مجموعة الأمشاج. بالنسبة للذرية الخمسة المذكورة في المثال، هذه القيم هي 0.1، 0.0833، 0.1، 0.0833، و0.125 على التوالي، ومتوسطها المرجح هو 0.0961 . هذا هو معامل التزاوج الداخلي لمجموعة النسل في المثال، بشرط ألا يكون متحيزًا بالنسبة للتوزيع ذي الحدين الكامل . مع ذلك، من المرجح أن يكون المثال المبني على s = 5 متحيزًا عند مقارنته بتوزيع ذي الحدين الكامل المناسب المبني على عدد العينة ( s ) الذي يقترب من اللانهاية ( s → ∞ ). تعريف آخر مشتق لـ f للتوزيع الكامل هو أن f يساوي أيضًا الزيادة في التماثل الجيني، والتي تساوي الانخفاض في التباين الجيني. [ 35 ] بالنسبة للمثال، تبلغ هذه التغيرات في التردد 0.1069 و 0.1070 على التوالي. تختلف هذه النتيجة عن النتيجة السابقة، مما يشير إلى وجود تحيز بالنسبة للتوزيع الأساسي الكامل في المثال. بالنسبة للمثال نفسه ، تُعد هذه القيم الأخيرة هي الأفضل للاستخدام، وهي f = 0.10695 .

يُحسب متوسط ​​السكان للنمط الوراثي المكافئ من التزاوج العشوائي على النحو التالي: [ a (p -q ) + 2 p q d] + mp . باستخدام مثال تأثيرات الجينات ( المشار إليه بالرقم " 9 " في الرسم التخطيطي)، يكون هذا المتوسط ​​هوP={\textstyle P_{\centerdot }=}37.87. المتوسط ​​المكافئ في المجموعة المشتتة هو 36.94 ( العلامة السوداء " 10 ")، وهو أقل بمقدار 0.93 . هذا هو انخفاض التزاوج الداخلي الناتج عن هذا الانحراف الوراثي. مع ذلك، وكما ذُكر سابقًا، لم تتأثر ثلاثة ذرية (k = 1، 2، 5)، بل كان متوسطها أكبر من متوسط ​​نظيرها الناتج عن التزاوج العشوائي. هذه هي السلالات التي يبحث عنها مربي النباتات في برنامج اختيار السلالات. [ 36 ]

أخذ عينات ثنائية واسعة النطاق – هل تم استعادة التزاوج العشوائي؟

إذا كان عدد عينات التوزيع الثنائي كبيرًا ( s → ∞ )، فإن p → pg و q qg . وقد يُثار التساؤل عما إذا كان التزاوج العشوائي سيعود فعليًا في ظل هذه الظروف. ومع ذلك، فقد حدث أخذ عينات من ترددات الأليلات ، مما أدى إلى أن σ²p , q0. [ 37 ] في الواقع، عندما s → ∞ ، فإن σص، q2صزqز2شمال{\textstyle \sigma _{p,\ q}^{2}\to {\tfrac {p_{g}q_{g}}{2N}}}وهو تباين التوزيع ذي الحدين بأكمله . [ 13 ] : 382-395 [ 14 ] : 49-63. علاوة على ذلك ، تُظهر "معادلات والوند" أنه يمكن الحصول على ترددات متماثلي الزيجوت في النسل كمجموع متوسط ​​قيمهم ( أو ) بالإضافة إلى σ²p ,q . [ 13 ] : 382-395. وبالمثل ، فإن تردد متغاير الزيجوت هو (2p²q ) مطروحًا منه ضعف σ²p , q . ويظهر التباين الناتج عن أخذ العينات ذي الحدين بوضوح . وبالتالي، حتى عندما تقترب قيمة s من اللانهاية ، فإن ترددات الأنماط الجينية للنسل لا تزال تُظهر زيادة في التماثل الجيني ، وانخفاضًا في التغاير الجيني ، ولا يزال هناك تشتت في متوسطات النسل ، بالإضافة إلى استمرار التزاوج الداخلي وتأثيره السلبي . أي أن التزاوج العشوائي لا يُستعاد بعد فقدانه بسبب الانحراف الوراثي (أخذ العينات الثنائية). ومع ذلك، يمكن بدء تزاوج عشوائي جديد محتمل عبر جيل F2 غير متجانس بعد التهجين. [ 38 ]

استمرار الانحراف الوراثي – زيادة التشتت والتزاوج الداخلي

تناولت المناقشة السابقة حول الانحراف الوراثي دورة واحدة (جيلًا) فقط من العملية. عندما يستمر أخذ العينات عبر أجيال متتالية، تحدث تغيرات ملحوظة في σ²p و q و f . علاوة على ذلك، يلزم مؤشر آخر لتتبع الزمن: t = 1 .... y، حيث y = عدد السنوات (الأجيال) المدروسة. غالبًا ما تتمثل المنهجية في إضافة الزيادة الثنائية الحالية ( Δ = " من جديد ") إلى ما حدث سابقًا. [ 13 ] يتم هنا دراسة التوزيع الثنائي بالكامل . (لا فائدة إضافية من مثال مختصر).

التشتت عبر σ 2 p,q

وقد لوحظ سابقاً أن هذا التباين (σ 2 p,q [ 37 ] ) هو:- σص،q2=صزqز / 2شمال=صزqز(12شمال)=صزqز و=صزqز Δو عند استخدامها في المعادلات التكرارية{\displaystyle {\begin{aligned}\sigma _{p,q}^{2}&=p_{g}q_{g}\ /\ 2N\\&=p_{g}q_{g}\left({\frac {1}{2N}}\right)\\&=p_{g}q_{g}\ f\\&=p_{g}q_{g}\ \Delta f\ \scriptstyle {\text{when used in recursive equations}}\end{aligned}}}

مع مرور الوقت، تُعد هذه أيضًا نتيجة الدورة الأولى ، وكذلكσ12{\textstyle \sigma _{1}^{2}}(للاختصار). في الدورة الثانية، يتم توليد هذا التباين مرة أخرى - وهذه المرة يصبح تباينًا جديدًا (Δσ2{\textstyle \Delta \sigma ^{2}})—ويتراكم إلى ما كان موجودًا بالفعل—التباين "المرحّل". تباين الدورة الثانية (σ22{\textstyle \sigma _{2}^{2}}) هو المجموع المرجح لهذين المكونين، والأوزان هي1{\textstyle 1}من أجل الجديد و (1-12شمال){\textstyle \left(1-{\tfrac {1}{2N}}\right)}=(1-Δو){\textstyle \left(1-\Delta f\right)}من أجل "الاستمرار".

هكذا،

يصبح التعميم لأي وقت t ، بعد تبسيط كبير، كما يلي : [ 13 ] : 328-

لأن هذا التباين في ترددات الأليلات هو الذي تسبب في "تباعد" متوسطات النسل ( التشتت )، فإن التغير في σ 2 t عبر الأجيال يشير إلى التغير في مستوى التشتت .

التشتت عبر f

تُشابه طريقة فحص معامل القرابة الطريقة المستخدمة لـ σ 2 p,q . وتُستخدم نفس الأوزان السابقة على التوالي لـ de novo f ( Δ f ) [تذكر أن هذا هو 1/(2N) ] و regi-over f . لذلك،و2=(1)Δو+(1-Δو)و1{\textstyle f_{2}=\left(1\right)\Delta f+\left(1-\Delta f\right)f_{1}}، وهو ما يشبه المعادلة (1) في القسم الفرعي السابق.

التزاوج الداخلي الناتج عن الانحراف الوراثي في ​​الإخصاب العشوائي

بشكل عام، بعد إعادة الترتيب، [ 13 ]وت=Δو+(1-Δو)وت-1=Δو(1-وت-1)+وت-1{\displaystyle {\begin{aligned}f_{t}&=\Delta f+\left(1-\Delta f\right)f_{t-1}\\&=\Delta f\left(1-f_{t-1}\right)+f_{t-1}\end{aligned}}}تُظهر الرسوم البيانية الموجودة على اليسار مستويات التزاوج الداخلي على مدى عشرين جيلاً ناتجة عن الانحراف الوراثي لأحجام مختلفة من gamodeme الفعلية (2N).

وتكشف عمليات إعادة ترتيب أخرى لهذه المعادلة العامة عن بعض العلاقات المثيرة للاهتمام.

(أ) بعد بعض التبسيط، [ 13 ](وت-وت-1)=Δو(1-وت-1)=دلتاوت{\textstyle \left(f_{t}-f_{t-1}\right)=\Delta f\left(1-f_{t-1}\right)=\delta f_{t}}يمثل الجانب الأيسر الفرق بين مستويات التزاوج الداخلي الحالية والسابقة: التغير في التزاوج الداخلي ( δf t ). لاحظ أن هذا التغير في التزاوج الداخلي ( δf t ) يساوي التزاوج الداخلي الجديد ( Δf ) فقط في الدورة الأولى - عندما تكون f t-1 تساوي صفرًا .

(ب) من الأمور الجديرة بالذكر (1-f t-1 ) ، ​​وهو "مؤشر عدم التزاوج الداخلي ". يُعرف هذا المؤشر باسم مؤشر التزاوج العشوائي . [ 13 ] [ 14 ]Pت-1=(1-وت-1){\textstyle P_{t-1}=\left(1-f_{t-1}\right)}.

(ج) تظهر علاقات مفيدة أخرى تتعلق بمؤشر التزاوج العشوائي . [ 13 ] [ 14 ]Δو=دلتاوتPت-1=1-PتPت-1{\displaystyle {\begin{aligned}\Delta f&={\frac {\delta f_{t}}{P_{t-1}}}\\&=1-{\frac {P_{t}}{P_{t-1}}}\end{aligned}}}( د) تظهر صلة رئيسية بين σ 2 p,q و f . أولاً... [ 13 ]وت=1-(1-1Δو)ت(1-و0){\displaystyle {\begin{aligned}f_{t}&=1-\left(1-1\Delta f\right)^{t}\left(1-f_{0}\right)\end{aligned}}} ثانيًا، بافتراض أن f 0 = 0 ، فإن الطرف الأيمن من هذه المعادلة يختزل إلى الجزء الموجود بين قوسين في المعادلة (2) في نهاية القسم الفرعي الأخير. أي، إذا لم يكن هناك تزاوج داخلي في البداية، σت2=صزqزوت{\textstyle \sigma _{t}^{2}=p_{g}q_{g}f_{t}}علاوة على ذلك ، إذا أُعيد ترتيب هذا،وت=σت2صزqز{\textstyle f_{t}={\tfrac {\sigma _{t}^{2}}{p_{g}q_{g}}}}أي عندما يكون التزاوج الداخلي الأولي صفراً، فإن وجهتي النظر الرئيسيتين لأخذ عينات الأمشاج الثنائية (الانحراف الوراثي) قابلتان للتحويل المتبادل بشكل مباشر.

التلقيح الذاتي ضمن التلقيح العشوائي

التلقيح العشوائي مقارنة بالتلقيح الخلطي

من السهل إغفال أن التلقيح العشوائي يشمل التلقيح الذاتي. وقد أظهر سيوال رايت أن نسبة 1/N من عمليات التلقيح العشوائي هي في الواقع تلقيح ذاتي.(){\displaystyle \left(\bigotimes \right)}، مع كون الباقي (N-1)/N هو التلقيح الخلطي(X){\displaystyle \left({\mathsf {X}}\right)}بعد تحليل المسار وتبسيطه، تم التوصل إلى الرؤية الجديدة للتزاوج الداخلي الناتج عن الإخصاب العشوائي على النحو التالي:وت=Δو(1+وت-1)+شمال-1شمالوت-1{\textstyle f_{t}=\Delta f\left(1+f_{t-1}\right)+{\tfrac {N-1}{N}}f_{t-1}}[ 29 ] [ 39 ] بعد إعادة ترتيب البيانات ، تم تأكيد النتائج السابقة من أخذ العينات الثنائية، بالإضافة إلى بعض الترتيبات الجديدة. اثنان منها كانا مفيدين للغاية، وهما: (أ)وت=Δو[1+وت-1(2شمال-1)]{\textstyle f_{t}=\Delta f\left[1+f_{t-1}\left(2N-1\right)\right]}و (ب)وت=Δو(1-وت-1)+وت-1{\textstyle f_{t}=\Delta f\left(1-f_{t-1}\right)+f_{t-1}}.

إن إدراك أن التلقيح الذاتي قد يكون جزءًا جوهريًا من التلقيح العشوائي يُثير بعض الإشكاليات حول استخدام "معامل التزاوج الداخلي" السابق للتلقيح العشوائي . من الواضح إذن أنه غير مناسب لأي نوع غير قادر على التلقيح الذاتي ، بما في ذلك النباتات ذات آليات عدم التوافق الذاتي، والنباتات ثنائية الجنس، والحيوانات ثنائية الجنس . تم تعديل معادلة رايت لاحقًا لتقديم صيغة للتلقيح العشوائي تتضمن فقط التلقيح الخلطي دون تلقيح ذاتي . النسبة 1/N، التي كانت تُعزى سابقًا إلى التلقيح الذاتي، تُحدد الآن التزاوج الداخلي الناتج عن الانحراف الجيني من الدورة السابقة. الصيغة الجديدة هي: [ 13 ] : 166وXت=وت-1+Δو(1+وت-2-2وت-1){\displaystyle f_{{\mathsf {X}}_{t}}=f_{t-1}+\Delta f\left(1+f_{t-2}-2f_{t-1}\right)}.

تُظهر الرسوم البيانية على اليمين الاختلافات بين التلقيح العشوائي القياسي (RF ) والتلقيح العشوائي المُعدَّل وفقًا لـ "التلقيح المتبادل فقط" (CF) . وكما هو واضح، فإن هذه المسألة ليست بسيطة بالنسبة لأحجام عينات الجاموديم الصغيرة.

"التزاوج العشوائي" ليس مرادفاً لـ "التلقيح العشوائي"، [ 24 ] كما أن "التلقيح العشوائي" ليس مرادفاً لـ " التلقيح الخلطي ". [ 40 ]

التماثل الجيني والتباين الجيني

في القسم الفرعي المعنون "عينات الأمشاج - الانحراف الوراثي"، تم تتبع سلسلة من عمليات أخذ عينات الأمشاج، وكانت النتيجة زيادة في التماثل الجيني على حساب التغاير الجيني. من هذا المنظور، يُعزى ارتفاع التماثل الجيني إلى عمليات أخذ عينات الأمشاج. يمكن أيضًا النظر إلى مستويات التماثل الجيني وفقًا لما إذا كانت متماثلات الجينات قد نشأت بشكل متبادل أو ذاتي. تجدر الإشارة إلى أن الأليلات الذاتية لها نفس الأصل الأليلي، واحتمالية (تكرار) هذا الأصل هي معامل القرابة ( f ) بحسب التعريف. وبالتالي، فإن النسبة الناشئة بشكل متبادل هي (1-f) . بالنسبة للأمشاج الحاملة للأليل A ، والتي توجد بتكرار عام p ، فإن التكرار الإجمالي للأمشاج الذاتية هو ( fp ). وبالمثل، بالنسبة للأمشاج الحاملة للأليل a ، فإن التكرار الذاتي هو ( fq ) . [ 41 ] يجب ربط وجهتي النظر هاتين فيما يتعلق بترددات النمط الجيني من أجل إرساء الاتساق.

بعد النظر أولاً إلى وجهة نظر الأليلات الذاتية/المغايرة ، نأخذ بعين الاعتبار المكون المغاير . يحدث هذا بتردد (1-f) ، وتتحد الأليلات وفقًا للتوسع التربيعي للإخصاب العشوائي . وبالتالي: (1-و)[ص0+q0]2=(1-و)[ص02+q02]+(1-و)[2ص0q0]{\displaystyle \left(1-f\right)\left[p_{0}+q_{0}\right]^{2}=\left(1-f\right)\left[p_{0}^{2}+q_{0}^{2}\right]+\left(1-f\right)\left[2p_{0}q_{0}\right]}لننتقل الآن إلى المكون المتماثل الزيجوت . بما أن هذه الأليلات متماثلة الزيجوت ، فإنها تُنتج فعليًا تلقيحًا ذاتيًا ، وتُنتج إما النمط الجيني AA أو aa ، ولكن لا تُنتج أفرادًا غير متماثلة الزيجوت. وبالتالي، فإنها تُنتجوص0{\textstyle fp_{0}}متماثلو الزيجوت "AA" بالإضافة إلىوq0{\textstyle fq_{0}}الأفراد المتماثلون للجينات "aa" . ينتج عن جمع هذين المكونين معًا ما يلي: [(1-و)ص02+وص0]{\textstyle \left[\left(1-f\right)p_{0}^{2}+fp_{0}\right]}بالنسبة للنمط الجيني المتماثل AA ؛[(1-و)q02+وq0]{\textstyle \left[\left(1-f\right)q_{0}^{2}+fq_{0}\right]}بالنسبة للنمط الجيني المتماثل aa ؛ و(1-و)2ص0q0{\textstyle \left(1-f\right)2p_{0}q_{0}}بالنسبة للنمط الوراثي المتغاير Aa . [ 13 ] : 65 [ 14 ] هذه هي نفس المعادلة التي عُرضت سابقًا في قسم "التلقيح الذاتي - بديل". يتضح هنا سبب انخفاض التغاير الوراثي. لا يمكن أن تنشأ الأنماط الوراثية المتغايرة إلا من المكون الوراثي المتباين، وتردده في العينة الكلية هو (1-f) فقط : لذا، يجب أن يكون هذا أيضًا هو العامل المتحكم في تردد الأنماط الوراثية المتغايرة.

ثانيًا، تتم إعادة النظر في وجهة نظر أخذ العينات . في السابق، لوحظ أن انخفاض عدد الأفراد غير المتجانسين كانو(2ص0q0){\textstyle f\left(2p_{0}q_{0}\right)}يتوزع هذا الانخفاض بالتساوي على كل فرد متماثل الزيجوت، ويُضاف إلى احتمالات الإخصاب العشوائي الأساسية لديه . ولذلك، فإن ترددات الأنماط الجينية هي:(ص02+وص0q0){\textstyle \left(p_{0}^{2}+fp_{0}q_{0}\right)}بالنسبة للنمط الجيني المتماثل "AA" ؛(q02+وص0q0){\textstyle \left(q_{0}^{2}+fp_{0}q_{0}\right)}بالنسبة للنمط الجيني المتماثل "aa" ؛ و2ص0q0-و(2ص0q0){\textstyle 2p_{0}q_{0}-f\left(2p_{0}q_{0}\right)}بالنسبة للفرد غير المتجانس.

ثالثًا، يجب إثبات التوافق بين وجهتي النظر السابقتين. من الواضح فورًا [من المعادلات المذكورة أعلاه] أن تردد الأفراد غير المتماثلين متساوٍ في كلتا وجهتي النظر. مع ذلك، لا تظهر هذه النتيجة المباشرة مباشرةً بالنسبة للأفراد المتماثلين. لنبدأ بالنظر في المعادلة النهائية للفرد المتماثل AA في فقرة "الذاتية/المغايرة" أعلاه:[(1-و)ص02+وص0]{\textstyle \left[\left(1-f\right)p_{0}^{2}+fp_{0}\right]}قم بفك الأقواس، ثم أعد تجميع الحدين الجديدين اللذين يحتويان على العامل المشترك f داخل الناتج . والنتيجة هي:ص02-و(ص02-ص0){\textstyle p_{0}^{2}-f\left(p_{0}^{2}-p_{0}\right)}بعد ذلك، بالنسبة للعبارة " p 2 0 " بين قوسين، يتم استبدال a (1-q) بـ ap ، فتصبح النتيجةص02-و[ص0(1-q0)-ص0]{\textstyle p_{0}^{2}-f\left[p_{0}\left(1-q_{0}\right)-p_{0}\right]}بعد هذا الاستبدال، يصبح الأمر بسيطًا، إذ يقتصر على الضرب والتبسيط ومراقبة الإشارات. والنتيجة النهائية هيص02+وص0q0{\textstyle p_{0}^{2}+fp_{0}q_{0}}وهذا هو بالضبط ما حدث مع النمط الجيني AA في فقرة أخذ العينات . وبالتالي، فإن وجهتي النظر متسقتان بالنسبة للنمط الجيني المتماثل AA . وبالمثل، يمكن إثبات اتساق وجهتي النظر aa . وتتفق وجهتا النظر مع جميع فئات الأنماط الجينية.

المبادئ الموسعة

أنماط أخرى للإخصاب

أنماط التخصيب المكاني

في الأقسام السابقة، تمّ تناول الإخصاب العشوائي التشتتي ( الانحراف الوراثي ) بشكل شامل، كما تمّ فحص الإخصاب الذاتي والتهجين بدرجات متفاوتة. يوضح الرسم البياني على اليسار النمطين الأولين، بالإضافة إلى نمط آخر "مكاني": الجزر . هذا نمط من الإخصاب العشوائي يتميز بوجود مجموعات جامودية متفرقة ، مع إضافة "تداخلات" يحدث فيها إخصاب عشوائي غير تشتتي . في نمط الجزر ، يمكن ملاحظة أحجام المجموعات الجامودية الفردية ( 2N )، وتكون التداخلات ( m ) ضئيلة. هذا أحد الاحتمالات التي طرحها سيوال رايت. [ 39 ] بالإضافة إلى أنماط الإخصاب "المكانية"، توجد أنماط أخرى تعتمد إما على معايير "النمط الظاهري" أو "العلاقات". تشمل الأسس الظاهرية الإخصاب الانتقائي (بين الأنماط الظاهرية المتشابهة) والإخصاب غير الانتقائي (بين الأنماط الظاهرية المتقابلة). تشمل أنماط العلاقات التزاوج بين الأشقاء ، والتزاوج بين أبناء العمومة، والتزاوج العكسي ، وتُناقش هذه الأنماط في قسم منفصل. ويمكن النظر إلى التلقيح الذاتي من منظور مكاني أو من منظور العلاقات.

"جزر" التخصيب العشوائي

يتكون مجتمع التكاثر من مجموعات صغيرة متفرقة عشوائية الإخصاب بحجم عينة2شمالك{\textstyle 2N_{k}}( k = 1 ... s ) مع " تداخلات " بنسبةمك{\textstyle m_{k}}حيث يحدث الإخصاب العشوائي غير المنتشر . وبالتالي، تكون نسبة الإخصاب المنتشر هي(1-مك){\textstyle \left(1-m_{k}\right)}يتكون المجتمع الإحصائي الرئيسي من المتوسطات المرجحة لأحجام العينات، وتكرارات الأليلات والأنماط الجينية، ومتوسطات النسل، كما تم في دراسة الانحراف الوراثي في ​​قسم سابق. ومع ذلك، يتم تقليل حجم عينة كل مشيج للسماح بالتداخلات ، وبالتالي إيجاد2شمالك{\textstyle 2N_{k}}فعال لـ(1-مك){\textstyle \left(1-m_{k}\right)}.

"جزر" التخصيب العشوائي

للاختصار، سيتم متابعة الحجة مع حذف الرموز السفلية. تذكر أن12شمال{\textstyle {\tfrac {1}{2N}}}يكونΔو{\textstyle \Delta f}بشكل عام. [هنا وفيما يلي، يشير 2N إلى حجم العينة المحدد مسبقًا ، وليس إلى أي نسخة "معدلة للجزر".]

بعد التبسيط، [ 39 ]أناsلأندsΔو=(1-م)22شمال-م2(2شمال-1){\displaystyle ^{\mathsf {islands}}\Delta f={\frac {\left(1-m\right)^{2}}{2N-m^{2}\left(2N-1\right)}}} لاحظ أنه عندما m = 0، فإن هذا يختزل إلى Δ f السابق . مقلوب هذا يعطي تقديرًا لـ "2شمالك{\textstyle 2N_{k}}فعال لـ(1-مك){\textstyle \left(1-m_{k}\right)}"، كما ذكر أعلاه.

يتم أيضًا استبدال Δf هذا في معامل زواج الأقارب السابق للحصول على [ 39 ]أناsلأندsوت= أناsلأندsΔوت+(1- أناsلأندsΔوت) أناsلأندsوت-1{\displaystyle {^{\mathsf {islands}}f_{t}}=\ {^{\mathsf {islands}}\Delta f_{t}}+\left(1-\ {^{\mathsf {islands}}\Delta f_{t}}\right)\ {^{\mathsf {islands}}f_{t-1}}}حيث يمثل t مؤشر الأجيال، كما كان من قبل.

ويمكن الحصول على نسبة التداخل الفعالة أيضًا، [ 39 ] كما مت=1-[2شمال أناsلأندsΔوت(2شمال-1) أناsلأندsΔوت+1]12{\displaystyle m_{t}=1-\left[{\frac {2N\ {^{\mathsf {islands}}\Delta f_{t}}}{\left(2N-1\right)\ {^{\mathsf {islands}}\Delta f_{t}+1}}}\right]^{\tfrac {1}{2}}}

تُظهر الرسوم البيانية على اليمين التزاوج الداخلي لحجم مجموعة غاموديم 2N = 50 للتلقيح العشوائي المشتت العادي ( m=0) ، ولأربعة مستويات تداخل (m = 0.0625، 0.125، 0.25، 0.5) للتلقيح العشوائي للجزر . وقد لوحظ بالفعل انخفاض في التزاوج الداخلي نتيجةً للتلقيح العشوائي غير المشتت في مناطق التداخل. ويُعدّ هذا الانخفاض ملحوظًا بشكل خاص عندما تقترب قيمة m من 0.50 . وقد اقترح سيوال رايت أن تكون هذه القيمة هي الحد الأقصى لاستخدام هذا النهج. [ 39 ]

إعادة ترتيب الأليلات – استبدال الأليلات

يدرس نموذج الجينات مسار الوراثة من منظور "المدخلات" (الأليلات/الأمشاج) و"المخرجات" (الأنماط الجينية/الزيجوتات)، حيث يُمثل الإخصاب "العملية" التي تُحوّل أحدهما إلى الآخر. ويركز منظور بديل على "العملية" نفسها، ويعتبر الأنماط الجينية للزيجوتات ناتجة عن إعادة ترتيب الأليلات. وعلى وجه الخصوص، ينظر هذا المنظور إلى النتائج كما لو أن أحد الأليلات قد "حلّ محل" الآخر أثناء إعادة الترتيب، بالإضافة إلى وجود بقايا تنحرف عن هذا المنظور. وقد شكّل هذا جزءًا لا يتجزأ من منهج فيشر، [ 8 ] بالإضافة إلى استخدامه للترددات والتأثيرات لتوليد إحصاءاته الجينية. [ 14 ] وفيما يلي اشتقاق تحليلي لبديل استبدال الأليلات . [ 14 ] : 113

تحليل استبدال الأليلات

لنفترض أن الإخصاب العشوائي المعتاد للأمشاج في نمط وراثي أساسي (غاموديم) - يتكون من p مشيج ( A ) و q مشيج ( a ) - قد استُبدل بإخصاب بفيضان من الأمشاج، كل منها يحمل أليلًا واحدًا ( A أو a ، وليس كليهما). يمكن تفسير نتائج الزيجوت بأن أليل الفيضان قد "حلّ محل" الأليل البديل في النمط الوراثي الأساسي. يساعد الرسم التوضيحي في فهم هذا المنظور: يُظهر الجزء العلوي استبدالًا للأليل A ، بينما يُظهر الجزء السفلي استبدالًا للأليل a . (يمثل "أليل RF" في الرسم التوضيحي الأليل الموجود في النمط الوراثي الأساسي).

لننظر إلى الجزء العلوي أولاً. بما أن القاعدة A موجودة بتردد p ، فإن البديل A يُخصبها بتردد مما ينتج عنه زيجوت AA ذو تأثير أليلي a . وبالتالي، فإن مساهمته في النتيجة هي الناتج.(ص أ){\textstyle \left(p\ a\right)}وبالمثل، عندما يُخصب البديل القاعدة أ (مما ينتج عنه Aa بتردد q وتأثير متغاير الزيجوت d )، فإن المساهمة هي(q د){\textstyle \left(q\ d\right)}وبالتالي ، فإن النتيجة الإجمالية للاستبدال بـ A هي:(ص أ+q د){\textstyle \left(p\ a+q\ d\right)}. يتم الآن توجيه هذا نحو متوسط ​​السكان [انظر القسم السابق] من خلال التعبير عنه كانحراف عن ذلك المتوسط  :(ص أ+q د)-جي{\textstyle \left(p\ a+q\ d\right)-G}

بعد بعض التبسيط الجبري، يصبح هذاβأ=q [أ+(q-ص)د]{\displaystyle \beta _{A}=q\ \left[a+\left(q-p\right)d\right]} - تأثير الإحلال لـ A.

يمكن تطبيق منطق مماثل على الجزء السفلي من الرسم التخطيطي، مع مراعاة الاختلافات في الترددات وتأثيرات الجينات. والنتيجة هي تأثير الاستبدال لـ a ، وهوβأ=- ص[أ+(q-ص)د]{\displaystyle \beta _{a}=-\ p\left[a+\left(q-p\right)d\right]} العامل المشترك داخل الأقواس هو متوسط ​​تأثير استبدال الأليل ، [ 14 ] : 113 وهوβ=أ+(q-ص)د{\displaystyle \beta =a+\left(q-p\right)d} ويمكن اشتقاقها بطريقة أكثر مباشرة، لكن النتيجة هي نفسها. [ 42 ]

في الأقسام اللاحقة، تُساعد تأثيرات الاستبدال هذه في تحديد الأنماط الجينية لنموذج الجين، والتي تتكون من تقسيم مُتوقع بناءً على هذه التأثيرات الجديدة ( توقعات الاستبدال )، وباقي ( انحرافات الاستبدال ) بين هذه التوقعات وتأثيرات نموذج الجين السابقة. تُسمى التوقعات أيضًا بالقيم التكاثرية ، وتُسمى الانحرافات بانحرافات السيادة .

في نهاية المطاف، يصبح التباين الناتج عن توقعات الاستبدال ما يُسمى بالتباين الوراثي الإضافي (σ²A ) [ 14 ] ( ويُعرف أيضًا بالتباين الجيني [ 43 ] )، بينما يصبح التباين الناتج عن انحرافات الاستبدال ما يُسمى بتباين السيادة (σ²D ) . ومن الجدير بالذكر أن أياً من هذين المصطلحين لا يعكس المعنى الحقيقي لهذين التباينين. يُعد مصطلح "التباين الجيني" أقل إثارةً للشك من مصطلح " التباين الوراثي الإضافي " ، وهو أقرب إلى التسمية التي أطلقها فيشر على هذا التقسيم. [ 8 ] [ 31 ] : 33 أما مصطلح "تباين شبه السيادة" فهو أقل تضليلاً لتباين انحرافات السيادة [انظر الأقسام التالية لمزيد من التفاصيل]. ويُفضل استخدام هذين المصطلحين الأخيرين هنا.

إعادة تعريف تأثيرات الجينات

تُعدّ تأثيرات نموذج الجين ( a و d و- a ) مهمةً في اشتقاق الانحرافات عن الاستبدال ، والتي نوقشت لأول مرة في قسم استبدال الأليل السابق . مع ذلك، يجب إعادة تعريفها قبل أن تُصبح مفيدةً في هذه العملية. أولًا، يجب إعادة توسيطها حول متوسط ​​المجتمع ( G )، وثانيًا، يجب إعادة ترتيبها كدوال لـ β ، وهو متوسط ​​تأثير استبدال الأليل .

لننظر أولًا إلى إعادة التمركز. تأثير إعادة التمركز لـ AA هو a• = a - G ، والذي يصبح بعد التبسيط a• = 2q ( a - p d) . التأثير المماثل لـ Aa هو d• = d - G = a( q - p ) + d(1 - 2pq ) ، بعد التبسيط. أخيرًا، تأثير إعادة التمركز لـ aa هو (-a)• = -2p ( a + q d) . [ 14 ] : 116-119

ثانيًا، لننظر في إعادة ترتيب هذه التأثيرات المُعاد مركزتها كدوال لـ β . بالرجوع إلى قسم "استبدال الأليلات" حيث β = [a + (qp)d]، فإن إعادة الترتيب تعطي a = [β - (qp)d] . بعد استبدال a بهذا في a• وتبسيطه، تصبح الصيغة النهائية a•• = 2q(β-qd) . وبالمثل، تصبح d• هي d•• = β(qp) + 2pqd ؛ وتصبح (-a)• هي (-a)•• = -2p(β+pd) . [ 14 ] : 118

استبدال النمط الجيني – التوقعات والانحرافات

تُعدّ الأنماط الجينية للزيجوت هدفًا لهذا التحضير. النمط الجيني المتماثل AA هو اتحاد تأثيرين استبداليين للجين A ، أحدهما من كل جنس. وبالتالي، فإنّ قيمة الاستبدال المتوقعة له هي β AA = 2β A = 2 q β (انظر الأقسام السابقة). وبالمثل، فإنّ قيمة الاستبدال المتوقعة للنمط الجيني Aa هي β Aa = β A + β a = ( q - p ؛ وبالنسبة للنمط الجيني aa ، فإنّ β aa = 2β a = -2 p β . تُسمى هذه القيم المتوقعة للاستبدال للأنماط الجينية أيضًا بالقيم الوراثية . [ 14 ] : 114-116

الانحرافات الاستبدالية هي الفروقات بين هذه التوقعات وتأثيرات الجينات بعد إعادة تعريفها على مرحلتين في القسم السابق. لذا، فإن d AA = a•• - β AA = -2 q 2 d بعد التبسيط. وبالمثل، فإن d Aa = d•• - β Aa = 2 pq d بعد التبسيط. وأخيرًا، فإن d aa = (-a)•• - β aa = -2 p 2 d بعد التبسيط. [ 14 ] : 116-119. لاحظ أن جميع هذه الانحرافات الاستبدالية هي في النهاية دوال لتأثير الجين d ، وهو ما يفسر استخدام ["d" متبوعًا برمز سفلي] كرموز لها. ومع ذلك، من الخطأ المنطقي اعتبارها مسؤولة عن السيادة (التغاير الزيجوتي) في نموذج الجين بأكمله  ؛ فهي ببساطة دوال لـ "d" وليست تقييمًا لـ "d" في النظام. وهي كما تم اشتقاقها: انحرافات عن توقعات الاستبدال !

تُؤدي "توقعات الاستبدال" في نهاية المطاف إلى التباين الوراثي الإضافي ( σ²A ) ، بينما تُؤدي "انحرافات الاستبدال" إلى التباين الوراثي السائد ( σ²D ). مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن متوسط ​​تأثير الاستبدال ( β ) يتضمن أيضًا " d " [انظر الأقسام السابقة]، مما يُشير إلى أن السيادة مُضمنة أيضًا ضمن التباين "الإضافي" [انظر الأقسام التالية حول التباين النمطي الجيني لاشتقاقاتها]. تذكر أيضًا [انظر الفقرة السابقة] أن "انحرافات الاستبدال" لا تُفسر السيادة في النظام (فهي ليست سوى انحرافات عن توقعات الاستبدال )، ولكنها تتكون جبريًا من دوال لـ "d". قد تكون الأسماء الأكثر ملاءمة لهذه التباينات هي σ²B (تباين "توقعات التكاثر") و σ²δ ( تباين " انحرافات التكاثر ") . ومع ذلك، وكما ذكرنا سابقًا، سيتم تفضيل "الجيني" (σ 2 A ) و "شبه الهيمنة" (σ 2 D ) على التوالي هنا.

التباين الجيني

هناك منهجان رئيسيان لتحديد وتقسيم التباين الجيني . أحدهما يعتمد على تأثيرات نموذج الجين [ 43 ] ، بينما يعتمد الآخر على تأثيرات استبدال النمط الجيني [ 14 ] . وهما قابلان للتحويل الجبري بينهما [ 38 ] . في هذا القسم، يُنظر في الاشتقاق الأساسي للإخصاب العشوائي ، مع استبعاد تأثيرات التزاوج الداخلي والتشتت. وسيتم تناول هذا لاحقًا للوصول إلى حل أكثر عمومية. إلى أن يتم استبدال هذا النهج أحادي الجين بنهج متعدد الجينات ، وإلى أن يتم حل التفاعل الجيني في ضوء نتائج علم التخلق ، فإن التباين الجيني لا يحتوي إلا على المكونات المذكورة هنا.

نهج النموذج الجيني – ماثر جينكس هايمان

مكونات التباين الجيني باستخدام تأثيرات نموذج الجين

من الملائم اتباع النهج البيومتري، الذي يعتمد على تصحيح مجموع المربعات غير المعدل (USS) بطرح عامل التصحيح (CF) . ولأن جميع التأثيرات قد دُرست من خلال التكرارات، يُمكن الحصول على مجموع المربعات غير المعدل (USS) كمجموع حاصل ضرب تكرار كل نمط جيني في مربع تأثيره الجيني . عامل التصحيح (CF) في هذه الحالة هو المتوسط ​​التربيعي. والنتيجة هي مجموع المربعات (SS)، الذي يُمثل التباين مباشرةً، وذلك أيضًا بسبب استخدام التكرارات . [ 9 ]

اليوSS=ص2أ2+2صqد2+q2(-أ)2{\textstyle {\mathsf {USS}}=p^{2}a^{2}+2pqd^{2}+q^{2}(-a)^{2}}وجF=جي2{\textstyle {\mathsf {CF}}={\mathsf {G}}^{2}}. الSS=يوSS-جF{\textstyle {\mathsf {SS}}={\mathsf {USS}}-{\mathsf {CF}}}

بعد التبسيط الجزئي، σجي2=2صqأ2+(q-ص)4صqأد+2صqد2+(2صq)2د2=σأ2+(التغاير المرجح)أد+σد2+σد2=12د+12F+12ح1+14ح2{\displaystyle {\begin{aligned}\sigma _{G}^{2}&=2pqa^{2}+(q-p)4pqad+2pqd^{2}+(2pq)^{2}d^{2}\\&=\sigma _{a}^{2}+({\text{weighted-covariance}})_{ad}+\sigma _{d}^{2}+\sigma _{D}^{2}\\&={\tfrac {1}{2}}{\mathsf {D}}+{\tfrac {1}{2}}{\mathsf {F}}^{\prime }+{\tfrac {1}{2}}{\mathsf {H}}_{1}+{\tfrac {1}{4}}{\mathsf {H}}_{2}\end{aligned}}} السطر الأخير هو مصطلح ماثر. [ 43 ] : 212 [ 44 ] [ 45 ]

هنا، يُمثل σ²a التباين المتماثل أو الأليلي ، بينما يُمثل σ²d التباين غير المتماثل أو السائد . كما يوجد تباين انحرافات الاستبدال ( σ²D ) . ويُشار إلى التباين المشترك الموزون ad [ 46 ] اختصارًا فيما يلي بـ " cov ad ".

تم تمثيل هذه المكونات بيانيًا عبر جميع قيم p في الشكل المرفق. لاحظ أن cov ad سالب عندما تكون p > 0.5 .

تتأثر معظم هذه المكونات بتغير التركيز المركزي من نقطة المنتصف في النمط المتماثل ( mp ) إلى متوسط ​​المجموعة ( G )، والذي يُعد أساس عامل التصحيح . أما تباينات cov ad وانحراف الاستبدال فهي مجرد نتاج لهذا التحول. وتُعد تباينات الأليل والسيادة تقسيمات جينية حقيقية لنموذج الجين الأصلي، وهي المكونات الجينية الحقيقية الوحيدة. ومع ذلك، تتأثر الصيغة الجبرية لتباين الأليل بوجود G : فتباين السيادة (أي σ²d ) هو الوحيد الذي لا يتأثر بالتحول من mp إلى G. [ 38 ] غالبًا ما لا تُدرك هذه الحقائق.

يؤدي تجميع المصطلحات بشكل إضافي [بصيغة ماثر] إلى12د+12F+12ح3+14ح2{\textstyle {\tfrac {1}{2}}{\mathsf {D}}+{\tfrac {1}{2}}{\mathsf {F}}^{\prime }+{\tfrac {1}{2}}{\mathsf {H}}_{3}+{\tfrac {1}{4}}{\mathsf {H}}_{2}}، أين12ح3=(q-ص)212ح1=(q-ص)22صqد2{\textstyle {\tfrac {1}{2}}{\mathsf {H}}_{3}=(q-p)^{2}{\tfrac {1}{2}}{\mathsf {H}}_{1}=(q-p)^{2}2pqd^{2}}وهو مفيد لاحقاً في تحليل التزاوج الثنائي، وهو تصميم تجريبي لتقدير هذه الإحصاءات الجينية. [ 47 ]

إذا تم دمج الحدود الثلاثة الأولى معًا بعد عمليات إعادة الترتيب الأخيرة، وإعادة ترتيبها وتبسيطها، فإن النتيجة هي تباين توقع استبدال فيشر .

إنه: σأ2=σأ2+جovأد+σد2{\displaystyle \sigma _{A}^{2}=\sigma _{a}^{2}+{\mathsf {cov}}_{ad}+\sigma _{d}^{2}}

لاحظ تحديدًا أن σ²A ليس σ²a . الأول هو تباين توقعات الاستبدال ، بينما الثاني هو تباين الأليل . [ 48 ] لاحظ أيضًا أن σ²D (تباين انحرافات الاستبدال) ليس σ²d ( تباين السيادة ) ، وتذكر أنه ناتج عن استخدام G لعامل التصحيح. [انظر الفقرة الزرقاء أعلاه ]. سيُشار إليه الآن باسم تباين "شبه السيادة" .

لاحظ أيضًا أن σ²D < σ²d (حيث أن 2pq دائمًا كسر)؛ ولاحظ أن (1) σ²D = 2pq σ²d ، وأن ( 2 ) σ²d = σ²D / ( 2pq ) . أي : تم التأكد من أن σ²D لا يُحدد تباين الهيمنة في النموذج ، بل σ²d هو الذي يُحدده . مع ذلك، يُمكن تقدير تباين الهيمنة (σ²d ) بسهولة من σ²D إذا كانت قيمة 2pq متاحة .

من الشكل، يمكن تصور هذه النتائج على أنها تراكم لـ σ²a و σ²d و covad للحصول على σ²A ، مع بقاء σ²D منفصلة . ويتضح أيضًا من الشكل أن σ²D < σ²d ، كما هو متوقع من المعادلات .

والنتيجة الإجمالية (بصيغة فيشر) هي σجي2=2صq[أ+(q-ص)د]2+(2صq)2د2=σأ2+σد2=[(σأ2+جovأد+σد2)]+[2صq σد2]{\displaystyle {\begin{aligned}\sigma _{G}^{2}&=2pq\left[a+(q-p)d\right]^{2}+\left(2pq\right)^{2}d^{2}\\&=\sigma _{A}^{2}+\sigma _{D}^{2}\\&=\left[\left(\sigma _{a}^{2}+{\mathsf {cov}}_{ad}+\sigma _{d}^{2}\right)\right]+\left[2pq\ \sigma _{d}^{2}\right]\end{aligned}}} تم اشتقاق مكونات فيشر للتو، ولكن اشتقاقها عبر تأثيرات الاستبدال نفسها مذكور أيضًا في القسم التالي.

نهج استبدال الأليلات – فيشر

مكونات التباين الجيني باستخدام تأثيرات استبدال الأليلات

بالرجوع إلى الأقسام السابقة حول استبدال الأليلات، يتضح أن التأثيرين الرئيسيين هما توقعات استبدال النمط الجيني وانحرافات استبدال النمط الجيني . تجدر الإشارة إلى أن كليهما مُعرَّف بالفعل على أنه انحراف عن متوسط ​​التخصيب العشوائي ( G ). وبالتالي، لكل نمط جيني على حدة، يُحسب حاصل ضرب التردد في مربع التأثير ذي الصلة، ثم تُجمع هذه القيم للحصول مباشرةً على مجموع المربعات ( SS) والانحراف المعياري (σ² ) . [ 49 ] التفاصيل لاحقًا.

σ 2 A = p 2 β AA 2 + 2 pq β Aa 2 + q 2 β aa 2 ، والذي يبسط إلى σ 2 A = 2 pq β 2 - التباين الجيني.

σ 2 D = p 2 d AA 2 + 2 pq d Aa 2 + q d aa 2 ، والتي تتبسط إلى σ 2 D = (2 pq ) 2 d 2 — تباين شبه الهيمنة.

عند تجميع هذه النتائج، يكون σ²G = σ²A + σ²D . وتُعرض هذه المكونات في الرسوم البيانية على اليمين. كما يُرسم متوسط ​​تأثير استبدال الأليل ، ولكن يُرمز له بـ " α " (كما هو شائع في المراجع) بدلاً من " β " (كما هو مستخدم هنا).

مع ذلك، يُرجى الرجوع مرة أخرى إلى المناقشات السابقة حول المعاني الحقيقية لهذه المكونات وهوياتها. لم يستخدم فيشر نفسه هذه المصطلحات الحديثة لمكوناته. أطلق على تباين توقعات الاستبدال اسم التباين "الوراثي" ، واعتبر تباين انحرافات الاستبدال ببساطة الباقي غير المسمى بين التباين "النمطي" (وهو اسمه) والتباين "الوراثي" الخاص به. [ 8 ] [ 31 ] : 33 [ 50 ] [ 51 ] [تتوافق المصطلحات والاشتقاق المستخدمان في هذه المقالة تمامًا مع مصطلحات فيشر]. من الواضح أن مصطلح ماثر لتباين التوقعات - "الوراثي" [ 43 ] - مشتق من مصطلح فيشر، ويتجنب استخدام مصطلح "الوراثي" (الذي أصبح استخدامه شائعًا جدًا لدرجة أنه لا يُفيد في هذا السياق). أما أصل مصطلحي "التباين الإضافي" و"تباين السيادة" الحديثين والمضللين فهو غير واضح.

تجدر الإشارة إلى أن منهجية استبدال الأليلات هذه حددت المكونات بشكل منفصل، ثم جمعتها للحصول على التباين الجيني النهائي. في المقابل، استخلصت منهجية نموذج الجين الحالة بأكملها (المكونات والمجموع) كعملية واحدة. ومن الفوائد المترتبة على ذلك: (أ) الكشف عن البنية الحقيقية لـ σ²A ، و ( ب ) المعاني الحقيقية والأحجام النسبية لـ σ²d و σ²D ( انظر القسم الفرعي السابق). من الواضح أيضًا أن تحليل "ماثر" أكثر إفادة، وأنه يمكن دائمًا بناء تحليل "فيشر" منه. مع ذلك، فإن التحويل العكسي غير ممكن، لأن معلومات حول covad ستكون مفقودة .

التشتت والتباين الجيني

في قسم الانحراف الوراثي، وفي أقسام أخرى تتناول التزاوج الداخلي، كان أحد أهم نتائج أخذ عينات ترددات الأليلات هو تشتت متوسطات النسل. لهذه المجموعة من المتوسطات متوسطها الخاص، ولها أيضًا تباين: التباين بين السلالات . (هذا تباين للصفة نفسها، وليس لترددات الأليلات ). مع ازدياد التشتت عبر الأجيال اللاحقة، يُتوقع أن يزداد هذا التباين بين السلالات. وعلى العكس، مع ارتفاع نسبة التماثل الجيني، يُتوقع أن ينخفض ​​التباين داخل السلالات. ومن ثم، يثور التساؤل عما إذا كان التباين الكلي يتغير، وإذا كان الأمر كذلك، ففي أي اتجاه. حتى الآن، عُرضت هذه المسائل من حيث التباينات الجينية (σ²A ) وشبه السيادة (σ²D ) بدلاً من مكونات نموذج الجين. وسنتناول هذا الأمر هنا أيضًا .

تأتي معادلة النظرة العامة الأساسية من سيوال رايت، [ 13 ] : 99، 130 [ 39 ] ، وهي تمثل مخططًا لتباين النمط الجيني الناتج عن التزاوج الداخلي بناءً على المتوسط ​​المرجح لقيمه القصوى ، حيث تكون الأوزان تربيعية بالنسبة لمعامل التزاوج الداخلي.و{\textstyle f}هذه المعادلة هي:

σجيو2=(1-و)σجي02+و σجي12+و(1-و)[جي0-جي1]2{\displaystyle \sigma _{G_{f}}^{2}=\left(1-f\right)\sigma _{G_{0}}^{2}+f\ \sigma _{G_{1}}^{2}+f\left(1-f\right)\left[G_{0}-G_{1}\right]^{2}}

أينو{\textstyle f}معامل زواج الأقارب،σجي02{\textstyle \sigma _{G_{0}}^{2}}يمثل التباين الجيني عند f=0 ،σجي12{\textstyle \sigma _{G_{1}}^{2}}يمثل التباين الجيني عند f=1 ، جي0{\textstyle G_{0}}هو متوسط ​​المجتمع عند f=0 ، وجي1{\textstyle G_{1}}هو متوسط ​​المجتمع عند f=1 .

ال(1-و){\textstyle \left(1-f\right)}يُحدد المكون [في المعادلة أعلاه] انخفاض التباين داخل سلالات النسل.و{\textstyle f} يعالج هذا المكون الزيادة في التباين بين سلالات النسل. وأخيرًا،و(1-و){\textstyle f\left(1-f\right)}يُلاحظ (في السطر التالي) أن المكون يعالج تباين شبه الهيمنة . [ 13 ] : 99 و130. يمكن توسيع هذه المكونات بشكل أكبر، مما يكشف عن رؤى إضافية. وبالتالي:

σجيو2=(1-و)[σأ02+σد02]+و (4صq أ2)+و (1-و)[2صq د]2{\displaystyle \sigma _{G_{f}}^{2}=\left(1-f\right)\left[\sigma _{A_{0}}^{2}+\sigma _{D_{0}}^{2}\right]+f\ \left(4pq\ a^{2}\right)+f\ \left(1-f\right)\left[2pq\ d\right]^{2}}

أولًا، تم توسيع σ²G (0) [في المعادلة أعلاه] لإظهار مُكَوِّنَيها الفرعيين [انظر قسم "التباين الجيني"]. ثانيًا، تم تحويل σ²G (1) إلى 4pqa² ، وسيتم اشتقاقها في القسم التالي. أما استبدال المُكَوِّن الثالث فهو الفرق بين "أقصى درجات التزاوج الداخلي" لمتوسط ​​المجتمع [انظر قسم "متوسط ​​المجتمع"]. [ 38 ]

التشتت ومكونات التباين الجيني

باختصار: المكونات داخل السطر هي(1-و)σأ02{\textstyle \left(1-f\right)\sigma _{A_{0}}^{2}}و(1-و)σد02{\textstyle \left(1-f\right)\sigma _{D_{0}}^{2}}والمكونات بين السطور هي2و σأ02{\textstyle 2f\ \sigma _{a_{0}}^{2}}و(و-و2)σد02{\textstyle \left(f-f^{2}\right)\sigma _{D_{0}}^{2}}[ 38 ]

تطور تشتت التباين

بإعادة الترتيب نحصل على ما يلي: σأأنانبرهـد2=(1-و)σأ02+2وσأ02=(1+و)σأو2{\displaystyle {\begin{aligned}\sigma _{A_{inbred}}^{2}&=\left(1-f\right)\sigma _{A_{0}}^{2}+2f\sigma _{a_{0}}^{2}\\&=\left(1+f\right)\sigma _{A_{f}}^{2}\end{aligned}}} سيتم مناقشة النسخة الواردة في السطر الأخير بمزيد من التفصيل في قسم لاحق.

بصورة مماثلة، σدأنانبرهـد2=(1-و)σد02+(و-و2)σد02=(1-و2)σد02{\displaystyle {\begin{aligned}\sigma _{D_{inbred}}^{2}&=\left(1-f\right)\sigma _{D_{0}}^{2}+\left(f-f^{2}\right)\sigma _{D_{0}}^{2}\\&=\left(1-f^{2}\right)\sigma _{D_{0}}^{2}\end{aligned}}}

تُظهر الرسوم البيانية على اليسار هذه التباينات الجينية الثلاثة، بالإضافة إلى تباينات شبه السيادة الثلاثة، عبر جميع قيم f ، عند p = 0.5 (حيث يكون تباين شبه السيادة في أقصى قيمة له). تُظهر الرسوم البيانية على اليمين تقسيمات التباين النمطي (وهي مجموع تقسيمات التباين الجيني وشبه السيادة المعنية ) المتغيرة على مدى عشرة أجيال، مع مثال f = 0.10 .

بالإجابة، أولاً، على الأسئلة المطروحة في البداية حول التباينات الكلية [ Σ في الرسوم البيانية]  : يرتفع التباين الجيني خطيًا مع معامل التزاوج الداخلي ، ويبلغ ذروته عند ضعف مستواه الابتدائي. أما تباين شبه السيادة فينخفض ​​بمعدل (1 − f² ) حتى يصل إلى الصفر. عند المستويات المنخفضة لـ f ، يكون الانخفاض تدريجيًا للغاية، ولكنه يتسارع مع ارتفاع مستويات f .

ثانيًا، لاحظ الاتجاهات الأخرى. من البديهي أن التباينات داخل السلالة تتناقص إلى الصفر مع استمرار التزاوج الداخلي، وهذا ما نراه (كلاهما بنفس المعدل الخطي (1-f) ). تزداد التباينات بين السلالات مع التزاوج الداخلي حتى f = 0.5 ، حيث يزداد التباين الجيني بمعدل 2f ، ويزداد تباين شبه السيادة بمعدل (f − f² ) . ولكن عند f > 0.5 ، تتغير الاتجاهات. يستمر التباين الجيني بين السلالات في ازدياده الخطي حتى يساوي التباين الجيني الكلي . أما تباين شبه السيادة بين السلالات فيتناقص الآن نحو الصفر ، لأن (f − f² ) يتناقص أيضًا عند f > 0.5 . [ 38 ]

اشتقاق σ 2 G(1)

تذكر أنه عندما يكون f=1 ، يكون التغاير الوراثي صفرًا، ويكون التباين داخل السلالة صفرًا، وبالتالي يكون كل التباين الجيني تباينًا بين السلالات، ويفتقر إلى تباين السيادة. بعبارة أخرى، σ²G (1) هو التباين بين متوسطات السلالات النقية تمامًا. تذكر أيضًا [من قسم "المتوسط ​​بعد التلقيح الذاتي"] أن هذه المتوسطات (G1 في الواقع) هي G = a(pq) . بالتعويض عن p بـ (1-q) ، نحصل على G1 = a(1 − 2q) = a − 2aq . [ 14 ] : 265 لذلك، فإن σ²G ( 1) هو في الواقع σ² (a-2aq ) . بشكل عام، تباين الفرق (xy) هو [ σ²x + σ²y − 2covxy ] . [ 52 ] : 100 [ 53 ] : 232. بالتالي ، σ²G (1) = [ σ²a + σ²2aq2cov ( a, 2aq) ] . لكن a ( تأثير الأليل ) و q ( تردد الأليل ) مستقلان ، لذا فإن هذا التباين المشترك يساوي صفرًا. علاوة على ذلك، a ثابت من سطر لآخر، لذا فإن σ²a يساوي صفرًا أيضًا. كذلك، 2a ثابت آخر (k)، لذا فإن σ²2aq من النوع σ²kX . بشكل عام ، التباين σ²kX يساوي k²σ²X . [ 53 ] : 232 بجمع كل هذا يتضح أن σ² ( a-2aq) = ( 2a) ²σ²q . تذكر [من قسم "الانحراف الوراثي المستمر"] أن σ²q = pqf . مع f =1 هنا في هذا الاشتقاق، يصبح هذا pq1 (أي pq )، ويتم استبداله في السابق.

النتيجة النهائية هي: σ 2 G(1) = σ 2 (a-2aq) = 4a 2 pq = 2(2pq a 2 ) = 2 σ 2 a .

ويترتب على ذلك مباشرة أن f σ 2 G(1) = f 2 σ 2 a . [هذه f الأخيرة تأتي من معادلة Sewall Wright الأولية  : إنها ليست f التي تم تعيينها للتو إلى "1" في الاشتقاق الذي تم التوصل إليه في سطرين أعلاه.]

التباين الجيني المشتت الكلي – σ 2 A(f) و β f

أظهرت الأقسام السابقة أن التباين الجيني داخل السلالة يعتمد على التباين الجيني المشتق من الاستبدال (σ²A ) ، بينما يعتمد التباين الجيني بين السلالات على التباين الأليلي لنموذج الجين (σ²a ) . لا يمكن جمع هذين التباينين ​​ببساطة للحصول على التباين الجيني الكلي . تمثلت إحدى طرق تجنب هذه المشكلة في إعادة النظر في اشتقاق متوسط ​​تأثير استبدال الأليل ، وبناء صيغة (βf ) تتضمن تأثيرات التشتت. وقد حقق كرو وكيمورا ذلك [ 13 ] : 130-131 باستخدام تأثيرات الأليل المعاد توسيطها ( a•، d•، (-a)• ) التي نوقشت سابقًا ["إعادة تعريف التأثيرات الجينية"]. مع ذلك، وُجد لاحقًا أن هذه الصيغة تُقلل من تقدير التباين الجيني الكلي قليلًا ، مما أدى إلى اشتقاق جديد قائم على التباين، وبالتالي إلى صيغة مُحسَّنة. [ 38 ]

الصيغة المنقحة هي: β f = { a 2 + [(1− f ) / (1 + f )] 2(q − p ) ad + [(1- f ) / (1 + f )] (q − p ) 2 d 2 } (1/2)

وبالتالي، فإن σ 2 A(f) = (1 + f ) 2pq β f 2 يتفق الآن مع [ (1-f) σ 2 A(0) + 2f σ 2 a(0) ] تمامًا.

التباينات الكلية والمجزأة للهيمنة شبه المهيمنة المشتتة

يُعدّ التباين الجيني الكلي ذا أهمية جوهرية في حد ذاته. ولكن، قبل تحسينات غوردون [ 38 ] ، كان له استخدام مهم آخر أيضًا. لم تكن هناك تقديرات متاحة للسيادة شبه "المشتتة". وقد تم تقديرها على أنها الفرق بين التباين الجيني للسلالات المتزاوجة داخليًا لسيوول رايت [ 39 ] والتباين الجيني الكلي "المشتت" [انظر القسم الفرعي السابق]. ومع ذلك، ظهرت حالة شاذة، حيث بدا أن تباين السيادة شبه الكلية يزداد في وقت مبكر من التزاوج الداخلي على الرغم من انخفاض التغاير الزيجوتي. [ 14 ] : 128 : 266

أدت التحسينات الواردة في القسم الفرعي السابق إلى تصحيح هذا الخلل. [ 38 ] وفي الوقت نفسه، تم التوصل إلى حل مباشر لتباين شبه السيادة الكلي ، مما أغنى عن استخدام طريقة "الطرح" المتبعة سابقًا. علاوة على ذلك، تم التوصل، ولأول مرة ، إلى حلول مباشرة لتقسيمات تباين شبه السيادة بين السلالات وداخلها . [وقد عُرضت هذه الحلول في قسم "التشتت والتباين الجيني"].

التباين البيئي

التباين البيئي هو تباين ظاهري لا يُعزى إلى العوامل الوراثية. قد يبدو هذا بسيطًا، لكن التصميم التجريبي اللازم لفصل هذين العاملين يتطلب تخطيطًا دقيقًا للغاية. حتى البيئة "الخارجية" يمكن تقسيمها إلى مكونات مكانية وزمانية ("المواقع" و"السنوات")؛ أو إلى أقسام مثل "النسل" أو "العائلة"، و"الثقافة" أو "التاريخ". وتعتمد هذه المكونات بشكل كبير على النموذج التجريبي المستخدم في البحث. تُعد هذه المسائل بالغة الأهمية عند إجراء البحث نفسه، ولكن في هذه المقالة حول علم الوراثة الكمي، قد تكون هذه النظرة العامة كافية.

ومع ذلك، فهو مكان مناسب لتقديم ملخص:

التباين الظاهري = التباينات الجينية + التباينات البيئية + التفاعل بين النمط الجيني والبيئة + تباين "الخطأ" التجريبي

أي، σ 2 P = σ 2 G + σ 2 E + σ 2 GE + σ 2

أو σ 2 P = σ 2 A + σ 2 D + σ 2 I + σ 2 E + σ 2 GE + σ 2

بعد تقسيم التباين الجيني (G) إلى تباينات مكونة "جينية" (A) و"شبه سائدة" (D) و"إبيستاتيك" (I). [ 54 ]

سيظهر التباين البيئي في أقسام أخرى، مثل "الوراثة" و"السمات المترابطة".

قابلية التوريث والتكرار

تُعرَّف قابلية التوريث لصفة ما بأنها نسبة التباين الكلي (الظاهري) (σ²P ) الذي يُعزى إلى التباين الجيني، سواءً كان التباين الجيني الكامل أو جزءًا منه. وهي تُحدد كميًا مدى تأثير العوامل الوراثية على التباين الظاهري، إلا أن معناها الدقيق يعتمد على أي جزء من التباين الجيني يُستخدم في بسط النسبة. [ 55 ] وتتضمن تقديرات قابلية التوريث البحثية أخطاءً معيارية، تمامًا كما هو الحال مع جميع الإحصاءات المُقدَّرة. [ 56 ]

عندما يكون تباين البسط هو التباين الجيني الكلي ( σ²G ) ، يُعرف التوريث باسم التوريث "الواسع" ( ) . وهو يُحدد كميًا مدى تأثير العوامل الوراثية ككل على التباين في سمة معينة.ح2=σجي2σP2=σأ2+σد2σP2=[σأ2+σد2+جovأد]+σد2σP2{\displaystyle {\begin{aligned}H^{2}&={\frac {\sigma _{G}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}\\&={\frac {\sigma _{A}^{2}+\sigma _{D}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}\\&={\frac {\left[\sigma _{a}^{2}+\sigma _{d}^{2}+cov_{ad}\right]+\sigma _{D}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}\end{aligned}}}[انظر القسم الخاص بالتباين الجيني.]

إذا استُخدم التباين الجيني فقط ( σ²A ) في البسط، يُمكن تسمية التوريث بـ "المعنى الضيق" ( h² ). وهو يُحدد مدى تأثير تباين توقعات استبدال فيشر على التباين الظاهري.ح2=σأ2σP2=σأ2+σد2+جovأدσP2{\displaystyle {\begin{aligned}h^{2}&={\frac {\sigma _{A}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}\\&={\frac {\sigma _{a}^{2}+\sigma _{d}^{2}+cov_{ad}}{\sigma _{P}^{2}}}\end{aligned}}}اقترح فيشر أن هذا النوع من التوريث بالمعنى الضيق قد يكون مناسبًا عند النظر في نتائج الانتقاء الطبيعي، نظرًا لتركيزه على قابلية التغيير، أي على "التكيف". [ 31 ] وقد اقترحه فيما يتعلق بتحديد كمية التطور الدارويني.

بالنظر إلى أن التباين الأليلي ( σ²a ) وتباين السيادة ( σ²d ) هما مكونان وراثيان حقيقيان لنموذج الجين [انظر قسم التباين النمطي]، وأن σ²D ( انحرافات الاستبدال أو تباين "شبه السيادة" ) و cov ad ناتجان عن التغير من نقطة منتصف المتماثل الزيجوت ( mp ) إلى متوسط ​​المجتمع ( G ) ، يتضح أن المعاني الحقيقية لهذه التوريثات غير واضحة.حهـu2=σأ2+σد2σP2{\textstyle H_{eu}^{2}={\tfrac {\sigma _{a}^{2}+\sigma _{d}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}} و حهـu2=σأ2σP2{\textstyle h_{eu}^{2}={\tfrac {\sigma _{a}^{2}}{\sigma _{P}^{2}}}}لها معنى لا لبس فيه.

استُخدمت الوراثة بالمعنى الضيق أيضًا للتنبؤ بنتائج الانتخاب الاصطناعي بشكل عام . في هذه الحالة، قد تكون الوراثة بالمعنى الواسع أكثر ملاءمة، إذ يتم تغيير السمة بأكملها، وليس القدرة على التكيف فقط. عمومًا، يكون التقدم الناتج عن الانتخاب أسرع كلما زادت الوراثة. [انظر قسم "الانتخاب"]. في الحيوانات، تكون وراثة الصفات التناسلية منخفضة عادةً، بينما تكون وراثة مقاومة الأمراض والإنتاج منخفضة إلى متوسطة، وتكون وراثة بنية الجسم عالية.

التكرارية (r² ) هي نسبة التباين الظاهري الناتج عن الاختلافات في القياسات المتكررة لنفس الكائن الحي، والناجمة عن سجلات لاحقة. وتُستخدم هذه القيمة بشكل خاص للأنواع المعمرة. ولا يمكن تحديد هذه القيمة إلا للصفات التي تظهر عدة مرات خلال حياة الكائن الحي، مثل كتلة الجسم عند البلوغ، ومعدل الأيض، وحجم النسل. فعلى سبيل المثال، لا تمتلك كتلة الولادة الفردية قيمة تكرارية، ولكنها تمتلك قيمة وراثية. وبشكل عام، وليس دائمًا، تشير التكرارية إلى الحد الأعلى للوراثة. [ 57 ]

r² = ( s²G + s²PE ) / s²P

حيث s 2 PE = التفاعل بين النمط الظاهري والبيئة = قابلية التكرار.

إلا أن مفهوم التكرارية المذكور أعلاه يُشكل إشكالية بالنسبة للسمات التي تتغير بشكل كبير بين القياسات. فعلى سبيل المثال، يزداد وزن الجسم بشكل ملحوظ لدى العديد من الكائنات الحية بين الولادة والبلوغ. ومع ذلك، ضمن نطاق عمري محدد (أو مرحلة من مراحل دورة الحياة)، يمكن إجراء قياسات متكررة، وستكون التكرارية ذات دلالة ضمن تلك المرحلة.

علاقة

العلاقة بين معاملات زواج الأقارب ومعاملات النسب المشترك

من منظور الوراثة، تُعرَّف العلاقات بأنها الأفراد الذين ورثوا جينات من سلف مشترك واحد أو أكثر. لذا، يمكن تحديد "صلة القرابة" بناءً على احتمال وراثة كل فرد نسخة من أليل من السلف المشترك. في أقسام سابقة، عُرِّف معامل زواج الأقارب بأنه "احتمال أن يكون لأليلين متماثلين ( A و A ، أو a و a ) أصل مشترك" - أو بتعبير أدق، "احتمال أن يكون أليلان متماثلان متطابقين وراثيًا". سابقًا، كان التركيز على احتمال امتلاك الفرد لأليلين من هذا النوع، وتمت صياغة المعامل وفقًا لذلك. من الواضح، مع ذلك، أن احتمال التطابق الوراثي الذاتي للفرد يجب أن يكون أيضًا احتمال امتلاك كل من والديه لهذا الأليل المتطابق وراثيًا. في هذه الصيغة المُعاد صياغتها، يُطلق على هذا الاحتمال اسم معامل النسب المشترك للفردين i و j ( f<sub> ij</sub> ). بهذا الشكل، يمكن استخدامه لتحديد العلاقة بين شخصين، وقد يُعرف أيضًا بمعامل القرابة أو معامل زواج الأقارب . [ 13 ] : 132-143 [ 14 ] : 82-92

تحليل النسب

شجرة نسب توضيحية

تُعدّ سلاسل النسب مخططاتٍ توضح الروابط العائلية بين الأفراد وأسلافهم، وربما بين أفراد آخرين من المجموعة ممن يتشاركون معهم في الوراثة الجينية. وهي بمثابة خرائط للعلاقات. لذا، يُمكن تحليل سلسلة النسب للكشف عن معاملات التزاوج الداخلي والقرابة المشتركة. في الواقع، تُعتبر هذه السلاسل تمثيلاتٍ غير رسمية لمخططات المسار المستخدمة في تحليل المسار ، الذي ابتكره سيوول رايت عند صياغته لدراساته حول التزاوج الداخلي. [ 58 ] : 266-298. باستخدام المخطط المجاور، فإن احتمال حصول الفردين "ب" و"ج" على أليلات متماثلة من السلف "أ" هو 1/2 (أحد الأليلين ثنائيي الصيغة الصبغية). هذا هو التزاوج الداخلي "الجديد" ( Δf Ped ) في هذه المرحلة. مع ذلك، قد يكون الأليل الآخر قد اكتسب خاصية التماثل الذاتي من الأجيال السابقة، لذا فإن احتمال حدوث ذلك هو ( المكمل الجديد مضروبًا في نسبة التزاوج الداخلي للسلف أ )، أي (1 − Δf Ped ) f A = (1/2) f A. بالتالي، فإن الاحتمال الكلي للتماثل الذاتي في B وC، بعد تفرع شجرة النسب، هو مجموع هذين المكونين، أي (1/2) + (1/2)f A = (1/2) (1+f A ) . يمكن اعتبار هذا احتمالًا لحمل مشيجين عشوائيين من السلف أ أليلات متماثلة، ويُسمى في هذا السياق معامل الأبوة ( f AA ). [ 13 ] : 132–143 [ 14 ] : 82–92. يظهر هذا المصطلح كثيرًا في الفقرات التالية.

باتباع المسار "ب"، فإن احتمال انتقال أي أليل متماثل الزيجوت إلى كل أب متتالٍ هو (1/2) في كل خطوة (بما في ذلك الخطوة الأخيرة إلى "الهدف" X ). وبالتالي، فإن الاحتمال الإجمالي للانتقال عبر المسار "ب" هو (1/2) ³ . ويمكن اعتبار الأس الذي رُفع إليه (1/2) بمثابة "عدد المراحل الوسيطة في المسار بين A و Xأي n<sub> B</sub> = 3. وبالمثل، بالنسبة للمسار "ج"، n<sub> C</sub> = 2 ، ويكون "احتمال الانتقال" هو (1/2) ² . وبالتالي، فإن الاحتمال المُجمّع لانتقال الأليل المتماثل الزيجوت من A إلى X هو [f<sub> AA </sub> (1/2) (n<sub> B</sub> ) (1/2) (n<sub> C</sub> ) ] . مع الأخذ في الاعتبار أن f <sub> AA </sub> = (1/2)(1 + f <sub> A </sub> ) ، فإن f <sub> X </sub> = f<sub> PQ</sub> = (1/2) (n<sub> B </sub> + n<sub> C </sub> + 1) (1 + f<sub> A</sub> ) . في هذا المثال، بافتراض أن f A = 0، فإن f X = 0.0156 (تقريبًا) = f PQ ، وهو أحد مقاييس "العلاقة" بين P و Q.

في هذا القسم، تم استخدام قوى ( 1/2 ) لتمثيل "احتمالية التماثل الجيني". لاحقًا، سيتم استخدام نفس الطريقة لتمثيل نسب مجموعات الجينات السلفية التي يتم توريثها عبر النسب [القسم الخاص بـ "القرابة بين الأقارب"].

قواعد الضرب التبادلي

قواعد الضرب التبادلي

في الأقسام التالية حول التزاوج بين الأشقاء والمواضيع المشابهة، يُفيد عدد من "قواعد حساب المتوسطات". هذه القواعد مستمدة من تحليل المسار . [ 58 ] تُظهر هذه القواعد أنه يُمكن الحصول على أي معامل قرابة مشتركة كمتوسط ​​للقرابات المشتركة الناتجة عن التزاوج بين تركيبات الأجداد والآباء المناسبة. وبالتالي، بالرجوع إلى الرسم البياني المجاور، فإن المضاعف المتقاطع 1 هو f PQ = متوسط ​​( f AC ، f AD ، f BC ، f BD ) = (1/4) [f AC + f AD + f BC + f BD ] = f Y. وبالمثل، ينص المضاعف المتقاطع 2 على أن f PC = (1/2) [f AC + f BC ] ، بينما ينص المضاعف المتقاطع 3 على أن f PD = (1/2) [f AD + f BD ] . بالعودة إلى المضاعف الأول، يمكن الآن أن نرى أيضًا أنه f PQ = (1/2) [ f PC + f PD ] ، والذي، بعد استبدال المضاعفين 2 و 3، يستعيد شكله الأصلي.

في معظم ما يلي، يُشار إلى جيل الأجداد بـ (t-2) ، وجيل الآباء بـ (t-1) ، وجيل "الهدف" بـ t .

عبور الأشقاء الكاملين (FS)

زواج الأقارب في العلاقات بين الأشقاء

يوضح الرسم البياني على اليمين أن تزاوج الأشقاء الكاملين هو تطبيق مباشر لمعامل التزاوج 1 ، مع تعديل طفيف يتمثل في تكرار الأبوين A وB (بدلاً من C وD ) للإشارة إلى أن الفردين P1 و P2 يشتركان في كلا والديهما ، أي أنهما شقيقان كاملان . الفرد Y هو نتاج تزاوج شقيقين كاملين. لذلك، f Y = f P1,P2 = (1/4) [ f AA + 2 f AB + f BB ] . تجدر الإشارة إلى أن f AA و f BB عُرّفا سابقًا (في تحليل النسب) كمعاملات للأبوة ، تساوي (1/2)[1+f A ] و (1/2)[1+f B ] على التوالي، في هذا السياق. لاحظ أن الجدين A و B يمثلان الجيل (t-2) في هذه الحالة . وبالتالي، بافتراض أن جميع مستويات التزاوج الداخلي متساوية في أي جيل، فإن هذين المعاملين للنسب يمثلان (1/2) [1 + f (t-2) ] .

التزاوج الداخلي الناتج عن تزاوج الأشقاء الكاملين والأشقاء غير الكاملين، والتلقيح الذاتي

والآن، لنفحص f AB . تذكر أن هذا أيضًا هو f P1 أو f P2 ، وبالتالي يمثل جيلهما - f (t-1) . بجمع كل ذلك، f t = (1/4) [ 2 f AA + 2 f AB ] = (1/4) [ 1 + f (t-2) + 2 f (t-1) ] . هذا هو معامل التزاوج الداخلي للتزاوج بين الأشقاء الكاملين . [ 13 ] : 132-143 [ 14 ] : 82-92. يوضح الرسم البياني على اليسار معدل هذا التزاوج الداخلي على مدى عشرين جيلًا متكررًا. تعني "التكرار" أن النسل بعد الدورة t يصبح آباء التزاوج الذين يولدون الدورة ( t+1 )، وهكذا بالتتابع. تُظهر الرسوم البيانية أيضًا التزاوج الداخلي للإخصاب العشوائي 2N=20 للمقارنة. تذكر أن معامل زواج الأقارب هذا للنسل Y هو أيضًا معامل النسب المشترك لوالديه، وبالتالي فهو مقياس لقرابة الشقيقين Fill .

التزاوج بين الأخوة غير الأشقاء (HS)

يختلف اشتقاق تهجين الأخوة غير الأشقاء قليلاً عن اشتقاق تهجين الأشقاء الأشقاء. في الرسم البياني المجاور، يشترك الأخوان غير الشقيقين في الجيل (t-1) في أحد الأبوين فقط، وهو الأب "أ" في الجيل (t-2). يُستخدم مُضاعِف التهجين 1 مرة أخرى، مما يُعطي f Y = f (P1,P2) = (1/4) [ f AA + f AC + f BA + f BC ] . يوجد مُعامل أبوة واحد فقط هذه المرة، ولكن ثلاثة مُعاملات قرابة مشتركة على مستوى (t-2) (أحدها - f BC - هو مُعامل وهمي ولا يُمثل فردًا حقيقيًا في الجيل (t-1)). كما في السابق، مُعامل الأبوة هو (1/2)[1+f A ] ، وتُمثل كل من مُعاملات القرابة المشتركة الثلاثة f (t-1) . باعتبار أن f A تمثل f (t-2) ، فإن التجميع النهائي وتبسيط الحدود يعطي f Y = f t = (1/8) [ 1 + f (t-2) + 6 f (t-1) ] . [ 13 ] : 132–143 [ 14 ] : 82–92 تتضمن الرسوم البيانية على اليسار هذا التزاوج بين الأشقاء غير الأشقاء (HS) على مدى عشرين جيلاً متتالياً.

التزاوج الداخلي عن طريق الإخصاب الذاتي

كما في السابق، فإن هذا يحدد أيضًا مدى القرابة بين الأخوين غير الشقيقين في الجيل (t-1) في شكله البديل f (P1, P2) .

التلقيح الذاتي (SF)

يُظهر الرسم البياني للنسب في حالة التلقيح الذاتي على اليمين. وهو بسيط للغاية لدرجة أنه لا يتطلب أي قواعد ضرب متقاطع. يعتمد فقط على المقارنة الأساسية بين معامل القرابة ومعامل النسب المشترك ، مع إدراك أن الأخير في هذه الحالة هو أيضًا معامل نسب . وبالتالي، f Y = f (P1, P1) = f t = (1/2) [ 1 + f (t-1) ] . [ 13 ] : 132–143 [ 14 ] : 82–92. هذا هو أسرع معدل للقرابة من بين جميع الأنواع، كما هو موضح في الرسوم البيانية أعلاه. في الواقع، منحنى التلقيح الذاتي هو رسم بياني لمعامل النسب .

عبور الأقارب

تحليل النسب أبناء العمومة من الدرجة الأولى

تُستخلص هذه النتائج باستخدام طرق مشابهة لتلك المستخدمة مع الأشقاء. [ 13 ] : 132-143 [ 14 ] : 82-92 كما في السابق، يوفر منظور القرابة المشتركة لمعامل زواج الأقارب مقياسًا لـ "القرابة" بين الوالدين P1 و P2 في هذه التعبيرات عن أبناء العمومة.

يُعرض مخطط النسب لأبناء العمومة من الدرجة الأولى (FC) على اليمين. المعادلة الأساسية هي f Y = f t = f P1,P2 = (1/4) [ f 1D + f 12 + f CD + f C2 ] . بعد التعويض بمعاملات القرابة المناسبة، وتجميع الحدود وتبسيطها، تصبح f t = (1/4) [ 3 f (t-1) + (1/4) [ 2 f (t-2) + f (t-3) + 1 ]] ، وهي صيغة للتكرار - مفيدة لملاحظة النمط العام، ولبرمجة الحاسوب. أما الصيغة "النهائية" فهي f t = (1/16) [ 12 f (t-1) + 2 f (t-2) + f (t-3) + 1 ] .

تحليل النسب أبناء العمومة من الدرجة الثانية

يظهر نسب أبناء العمومة من الدرجة الثانية (SC) على اليسار. يُشار إلى الآباء في النسب غير المرتبطين بالجد المشترك بالأرقام بدلاً من الأحرف. هنا، المعادلة الأساسية هي f Y = f t = f P1,P2 = (1/4) [ f 3F + f 34 + f EF + f E4 ] . بعد إجراء العمليات الجبرية المناسبة، تصبح المعادلة f t = (1/4) [ 3 f (t-1) + (1/4) [ 3 f (t-2) + (1/4) [ 2 f (t-3) + f (t-4) + 1 ]]] ، وهي صيغة التكرار. أما الصيغة "النهائية" فهي f t = (1/64) [ 48 f (t-1) + 12 f (t-2) + 2 f (t-3) + f (t-4) + 1 ] .

التزاوج الداخلي الناتج عن عدة مستويات من تهجين الأقارب

لتوضيح النمط في معادلات أبناء العمومة الكاملين ، ابدأ السلسلة بمعادلة الأشقاء الكاملين المعاد كتابتها بصيغة تكرارية: f( t ) = (1/4)[2f (t-1) + f (t-2) + 1] . لاحظ أن هذه هي "الخطة الأساسية" للحد الأخير في كل صيغة تكرارية لأبناء العمومة: مع اختلاف بسيط يتمثل في أن مؤشرات الجيل تزداد بمقدار "1" عند كل "مستوى" من مستويات أبناء العمومة. الآن، عرّف مستوى أبناء العمومة على النحو التالي: k = 1 (لأبناء العمومة من الدرجة الأولى)، k = 2 (لأبناء العمومة من الدرجة الثانية)، k = 3 (لأبناء العمومة من الدرجة الثالثة)، وهكذا؛ و k = 0 (للأشقاء الكاملين، وهم "أبناء العمومة من المستوى الصفري"). يمكن كتابة الحد الأخير الآن على النحو التالي: (1/4)[2f (t-(1+k)) + f (t-(2+k)) + 1] . يُضاف إلى هذا الحد الأخير واحد أو أكثر من زيادات التكرار على الصورة (1/4) [ 3 f (tj) + ... ، حيث j هو مؤشر التكرار ويأخذ قيمًا من 1 إلى k على مدار التكرارات المتتالية حسب الحاجة. يُعطينا هذا مجتمعًا صيغة عامة لجميع مستويات أبناء العمومة الكاملة الممكنة، بما في ذلك الأشقاء الكاملين . بالنسبة لأبناء العمومة الكاملين من المستوى k، f { k } t = Ιter j = 1 k { (1/4) [ 3 f (tj) + } j + (1/4) [ 2 f (t-(1+k)) + f (t-(2+k)) + 1] . عند بدء التكرار، تُضبط جميع قيم f (t- x ) على "0"، ويتم استبدال كل قيمة منها أثناء حسابها عبر الأجيال. تُظهر الرسوم البيانية على اليمين التزاوج الداخلي المتتالي لعدة مستويات من أبناء العمومة الكاملين.

تحليل النسب أبناء العمومة غير الأشقاء

بالنسبة لأبناء العمومة من الدرجة الأولى (FHC) ، يكون النسب على اليسار. لاحظ وجود سلف مشترك واحد فقط (الفرد A ). وكما هو الحال بالنسبة لأبناء العمومة من الدرجة الثانية ، يُشار إلى الآباء غير المرتبطين بالسلف المشترك بالأرقام. هنا، المعادلة الأساسية هي f Y = f t = f P1,P2 = (1/4) [ f 3D + f 34 + f CD + f C4 ] . بعد إجراء العمليات الجبرية المناسبة، تصبح المعادلة f t = (1/4) [ 3 f (t-1) + (1/8) [ 6 f (t-2) + f (t-3) + 1 ]] ، وهي صيغة التكرار. أما الصيغة "النهائية" فهي f t = (1/32) [ 24 f (t-1) + 6 f (t-2) + f (t-3) + 1 ] . تتشابه خوارزمية التكرار مع تلك الخاصة بأبناء العمومة الأشقاء ، باستثناء أن الحد الأخير هو (1/8) [ 6 f (t-(1+k)) + f (t-(2+k)) + 1 ] . لاحظ أن هذا الحد الأخير مشابهٌ أساسًا لمعادلة الأخوة غير الأشقاء، على غرار نمط أبناء العمومة الأشقاء والأشقاء. بعبارة أخرى، الأخوة غير الأشقاء هم أبناء عمومة غير أشقاء من المستوى "الصفر".

هناك ميلٌ للنظر إلى تزاوج الأقارب من منظورٍ بشري، ربما بسبب الاهتمام الواسع بعلم الأنساب. ولعل استخدام سجلات النسب لاستنتاج التزاوج الداخلي يُعزز هذا المنظور "التاريخي للعائلة". مع ذلك، تحدث هذه الأنواع من التزاوج أيضًا في التجمعات الطبيعية، لا سيما تلك المستقرة، أو التي لها "منطقة تكاثر" تعود إليها موسمًا بعد موسم. فعلى سبيل المثال، قد تحتوي مجموعة نسل حريمٍ ذي ذكرٍ مهيمن على عناصر من تزاوج الأشقاء، وتزاوج الأقارب، والتزاوج العكسي، فضلًا عن الانحراف الوراثي، وخاصةً من النوع "الجزيري". إضافةً إلى ذلك، يُضيف التزاوج "الخارجي" العرضي عنصرًا من التهجين إلى المزيج. إنه ليس تزاوجًا عشوائيًا.

التهجين العكسي (BC)

تحليل النسب: التهجين العكسي
التهجين العكسي: مستويات التزاوج الداخلي الأساسية

بعد التهجين بين A و R ، يُعاد تهجين الجيل الأول (الفرد B ) ( BC1 ) مع أحد الأبوين الأصليين ( R ) لإنتاج جيل BC1 (الفرد C ). [من المعتاد استخدام نفس التسمية لعملية التهجين العكسي وللجيل الناتج عنها. عملية التهجين العكسي هنا مكتوبة بخط مائل .] الأب R هو الأب المتكرر . يوضح الشكل عمليتي تهجين عكسي متتاليتين، حيث يمثل الفرد D جيل BC2 . وقد أُعطيت هذه الأجيال مؤشرات t أيضًا، كما هو موضح. وكما في السابق ، fD = ft = fCR = ( 1/2)[fRB + fRR ] ، باستخدام مُضاعِف التهجين 2 المذكور سابقًا. إن fRB المُعرَّف للتو هو الذي يشمل الجيل (t-1) مع (t-2) . مع ذلك، يوجد معامل قرابة آخر (f RB) ضمن الجيل (t-2) بالكامل ، وهو المستخدم حاليًا: باعتباره معامل القرابة بين والدي الفرد C في الجيل (t-1) . وبذلك، فهو أيضًا معامل القرابة للفرد C ، وبالتالي فهو f (t-1) . أما معامل القرابة المتبقي (f RR) فهو معامل قرابة الأب المتكرر ، وبالتالي فهو (1/2) [1 + f R ] . بجمع كل هذا : f t = (1/2) [ (1/2) [ 1 + f R ] + f (t-1) ] = (1/4) [ 1 + f R + 2 f (t-1) ] . توضح الرسوم البيانية على اليمين تأثير القرابة الناتجة عن التزاوج العكسي على مدى عشرين عملية تزاوج عكسي لثلاثة مستويات مختلفة من القرابة (الثابتة) في الأب المتكرر. 

تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في برامج تربية الحيوانات والنباتات . غالبًا، بعد إنتاج الهجين (خاصةً إذا كانت الأفراد قصيرة العمر)، يحتاج الأب المتكرر إلى "تربية خطية" منفصلة للحفاظ عليه كأب متكرر في التهجين العكسي. قد يتم هذا الحفاظ من خلال التلقيح الذاتي، أو من خلال تهجين الأشقاء الكاملين أو الأشقاء غير الكاملين، أو من خلال مجموعات محدودة مُخصبة عشوائيًا، وذلك حسب إمكانيات التكاثر للنوع. بالطبع، ينتقل هذا الارتفاع التدريجي في fR إلى ft في التهجين العكسي . والنتيجة هي منحنى أكثر تدرجًا يرتفع نحو الخطوط التقاربية مما هو موضح في الرسوم البيانية الحالية، لأن fR لا يكون عند مستوى ثابت منذ البداية.

مساهمات من مجموعات الجينات السلفية

في قسم "تحليل النسب"،(12)ن{\textstyle \left({\tfrac {1}{2}}\right)^{n}}استُخدمت هذه الصيغة لتمثيل احتمالات انتقال الأليلات المتماثلة عبر n جيلًا في فروع شجرة النسب. نشأت هذه الصيغة نتيجةً لقواعد التكاثر الجنسي: (أ) مساهمة كلا الأبوين بحصص متساوية تقريبًا من الجينات الجسمية، و (ب) التخفيف التدريجي في كل جيل بين الزيجوت ومستوى الأبوة "المُركّز". تنطبق هذه القواعد نفسها على أي منظور آخر للنسب في نظام التكاثر ثنائي الجنس. ومن ذلك نسبة أي مجموعة جينية سلفية (المعروفة أيضًا باسم "البلازما الجرثومية") الموجودة ضمن النمط الجيني لأي زيجوت.

وبالتالي، فإن نسبة مجموعة الجينات السلفية في النمط الجيني هي: γن=(12)ن{\displaystyle \gamma _{n}=\left({\frac {1}{2}}\right)^{n}} حيث n = عدد الأجيال الجنسية بين الزيجوت والسلف المحوري.

على سبيل المثال، يحدد كل والد مجموعة جينية تساهم في(12)1{\textstyle \left({\tfrac {1}{2}}\right)^{1}}إلى نسلها؛ بينما يساهم كل جد من الأجداد(12)3{\textstyle \left({\tfrac {1}{2}}\right)^{3}}إلى أحفاد أحفادها.

إن مجموع الجينات الكلي للزيجوت ( Γ ) هو بالطبع مجموع المساهمات الجنسية في نسله.

Γ=ن=12نγن=ن=12ن(12)ن{\displaystyle {\begin{aligned}\Gamma &=\sum _{n=1}^{2^{n}}{\gamma _{n}}\\&=\sum _{n=1}^{2^{n}}{\left({\frac {1}{2}}\right)^{n}}\end{aligned}}}

العلاقة من خلال مجموعات الجينات السلفية

من الواضح أن الأفراد المنحدرين من مجموعة جينية سلفية مشتركة تربطهم صلة قرابة. هذا لا يعني تطابق جيناتهم (أليلاتهم)، لأنه في كل مستوى من مستويات السلف، يحدث انفصال وتوزيع جيني أثناء إنتاج الأمشاج. لكنهم ينحدرون من نفس مجموعة الأليلات المتاحة للانقسام الاختزالي وعمليات الإخصاب اللاحقة. [وقد طُرحت هذه الفكرة لأول مرة في أقسام تحليل الأنساب والعلاقات]. بالتالي، يمكن استخدام مساهمات المجموعة الجينية [انظر القسم أعلاه] لأقرب مجموعة جينية سلفية مشتركة ( عقدة سلفية ) لتحديد علاقتهم. وهذا يُفضي إلى تعريف بديهي للعلاقة يتوافق مع المفاهيم المألوفة لـ "القرابة" في تاريخ العائلة؛ ويسمح بمقارنة "درجة القرابة" لأنماط العلاقات المعقدة الناشئة عن هذا النوع من الأنساب.

التعديلات الوحيدة الضرورية (لكل فرد على حدة) تكمن في Γ، وهي ناتجة عن التحول إلى "الأصل المشترك " بدلاً من " الأصل الكلي للفرد ". ولتحقيق ذلك، نُعرّف Ρ (بدلاً من Γ )؛ حيث m = عدد الأسلاف المشتركين عند العقدة (أي m = 1 أو 2 فقط)؛ و k = "مؤشر فردي" . وبالتالي:

Pك=م=11،2γن=م=11،2(12)ن{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {P} _{k}&=\sum _{m=1}^{1,2}{\gamma _{n}}\\&=\sum _{m=1}^{1,2}{\left({\frac {1}{2}}\right)^{n}}\end{aligned}}}

حيث، كما في السابق، n = عدد الأجيال الجنسية بين الفرد والعقدة السلفية.

مثال على ذلك ابنا عم من الدرجة الأولى. أقرب سلف مشترك لهما هو جدّاهما اللذان أنجبا والديهما الشقيقين، ويشتركان في كلا الجدّين. [انظر شجرة النسب السابقة]. في هذه الحالة، m=2 و n=2 ، لذا لكل منهما

Pك=م=12γ2=م=12(12)2=12{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {P} _{k}&=\sum _{m=1}^{2}{\gamma _{2}}\\&=\sum _{m=1}^{2}{\left({\frac {1}{2}}\right)^{2}}\\&={\frac {1}{2}}\end{aligned}}}

في هذه الحالة البسيطة، يمتلك كل ابن عم نفس قيمة Ρ العددية.

مثال آخر قد يكون بين ابني عم، أحدهما ( k=1 ) له ثلاثة أجيال تسبق السلف (n=3)، والآخر ( k=2 ) له جيلان فقط (n=2) [أي علاقة ابن عم من الدرجة الثانية وابن عم من الدرجة الأولى]. في كلتا الحالتين، m=2 (هما ابنا عم).

P1=م=12γ3=م=12(12)3=14{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {P} _{1}&=\sum _{m=1}^{2}{\gamma _{3}}\\&=\sum _{m=1}^{2}{\left({\frac {1}{2}}\right)^{3}}\\&={\frac {1}{4}}\end{aligned}}}

و

P2=م=12γ2=م=12(12)2=12{\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {P} _{2}&=\sum _{m=1}^{2}{\gamma _{2}}\\&=\sum _{m=1}^{2}{\left({\frac {1}{2}}\right)^{2}}\\&={\frac {1}{2}}\end{aligned}}}

لاحظ أن لكل ابن عم قيمة مختلفة لـ Ρ k .

معامل علاقة التجمع الجيني (GRC)

في أي تقدير للعلاقة الثنائية، يوجد معامل ارتباط (Ρk ) واحد لكل فرد: ويبقى حساب متوسط ​​هذه المعاملات لدمجها في "معامل ارتباط" واحد. ولأن كل معامل ارتباط (Ρk) يمثل جزءًا من إجمالي مجموعة الجينات ، فإن المتوسط ​​المناسب لها هو المتوسط ​​الهندسي [ 59 ] [ 60 ] : 34-55. هذا المتوسط ​​هو معامل ارتباط مجموعة الجينات (GRC).

بالنسبة للمثال الأول (اثنان من أبناء العمومة من الدرجة الأولى)، فإن GRC الخاص بهم = 0.5؛ بالنسبة للحالة الثانية (ابن عم من الدرجة الأولى وابن عم من الدرجة الثانية)، فإن GRC الخاص بهم = 0.3536.

جميع هذه العلاقات (GRC) هي تطبيقات لتحليل المسار. [ 58 ] : 214-298. فيما يلي ملخص لبعض مستويات العلاقة (GRC).

الحوكمة والمخاطر والامتثالأمثلة على العلاقات
1.00أشقاء كاملون
0.7071الوالد ↔ الابن/الابنة؛ العم/الخال ↔ ابن/ابنة الأخ/الأخت
0.5أبناء عمومة من الدرجة الأولى؛ إخوة غير أشقاء؛ جدّ من جهة الأب ↔ حفيد من جهة الأب
0.3536أبناء العمومة من الدرجة الأولى ↔ أبناء العمومة من الدرجة الثانية؛ أبناء العمومة من الدرجة الأولى {بعد إزالة واحد}
0.25أبناء عمومة من الدرجة الثانية؛ أبناء عمومة من الدرجة الأولى من جهة الأب؛ أبناء عمومة من الدرجة الأولى (بعد إبعاد اثنين)
0.1768أبناء عمومة من الدرجة الأولى (٣ درجات إزالة)؛ أبناء عمومة من الدرجة الثانية (درجة إزالة واحدة)
0.125أبناء عمومة من الدرجة الثالثة؛ أبناء عمومة من الدرجة الثانية من جهة الأب؛ أبناء عمومة من الدرجة الأولى (بعد 4 درجات)
0.0884أبناء العمومة من الدرجة الأولى (خمسة إزاحات)؛ أبناء العمومة من الدرجة الثانية (إزاحة واحدة)
0.0625أبناء عمومة من الدرجة الرابعة أشقاء؛ أبناء عمومة من الدرجة الثالثة غير أشقاء

أوجه التشابه بين الأقارب

يمكن استخلاص هذه القيم، على غرار التباينات الجينية، إما من خلال نموذج الجين (ماثر) أو من خلال استبدال الأليل (فيشر). وسيتم هنا توضيح كل طريقة من خلال حالات بديلة.

التباين المشترك بين الآباء والأبناء

يمكن النظر إلى هذه إما على أنها التباين المشترك بين أي نسل وأي من والديه ( PO )، أو على أنها التباين المشترك بين أي نسل وقيمة "الوالد الأوسط" لكلا والديه ( MPO ).

الأبوة والأمومة (PO)

يمكن اشتقاق ذلك كمجموع حاصل ضرب تأثيرات الجينات الأبوية ونصف توقعات النسل باستخدام أسلوب استبدال الأليلات. ويُراعي نصف توقعات النسل حقيقة أنه يتم النظر في أحد الأبوين فقط . وبالتالي، فإن تأثيرات الجينات الأبوية المناسبة هي تأثيرات الجينات المُعاد تعريفها في المرحلة الثانية، والتي استُخدمت لتحديد التباينات الجينية سابقًا، أي: a = 2q(a − qd) و d = (qp)a + 2pqd ، وكذلك (-a) = -2p(a + pd) [انظر قسم "إعادة تعريف تأثيرات الجينات"]. وبالمثل، فإن تأثيرات النسل المناسبة، بالنسبة لتوقعات استبدال الأليلات، هي نصف قيم التربية السابقة ، وهي: a AA = 2qa ، و a Aa = (qp)a وأيضًا a aa = -2pa [انظر القسم الخاص بـ "استبدال النمط الجيني - التوقعات والانحرافات"].

بما أن جميع هذه التأثيرات مُعرَّفة مسبقًا على أنها انحرافات عن المتوسط ​​الجيني، فإن مجموع حاصل الضرب باستخدام { تردد النمط الجيني * تأثير الجين الأبوي * نصف قيمة التكاثر } يُعطي مباشرةً تباين التوقع لاستبدال الأليل بين أي من الأبوين ونسله. بعد تجميع المصطلحات بعناية وتبسيطها، يصبح هذا: cov ( PO) A = pqa 2 = 1 / 2 s 2 A. [ 13 ] : 132–141 [ 14 ] : 134–147

لسوء الحظ ، غالبًا ما يتم تجاهل انحرافات استبدال الأليلات ، لكنها مع ذلك لم تختفِ! تذكر أن هذه الانحرافات هي: dAA = -2q²d ، و dAa = 2pqd، وأيضًا daa = -2p²d [ انظر قسم "استبدال النمط الجيني - التوقعات والانحرافات" ] . بالتالي، فإن مجموع حاصل الضرب باستخدام { تردد النمط الجيني * تأثير الجين الأبوي * نصف انحرافات الاستبدال } يوفر مباشرةً تباين انحرافات استبدال الأليلات بين أي من الأبوين ونسله. مرة أخرى، بعد تجميع المصطلحات بعناية وتبسيطها، يصبح هذا cov ( PO ) D = 2p²q²d² = 1 / 2s²D .

وبالتالي ، فإن: cov(PO) = cov(PO) A + cov ( PO) D = 1 / 2 s 2 A + 1 / 2 s 2 D ، عندما لا يتم إغفال الهيمنة  !

منتصف العلاقة بين الوالدين والنسل (MPO)

نظرًا لوجود العديد من التوليفات للأنماط الجينية للوالدين، توجد العديد من المتوسطات المختلفة للوالدين والنسل التي يجب أخذها في الاعتبار، بالإضافة إلى الترددات المتفاوتة للحصول على كل زوج من الوالدين. يُعدّ نهج نموذج الجينات هو الأنسب في هذه الحالة. لذلك، يتم تعديل مجموع الضرب التقاطعي غير المعدل (USCP) - باستخدام جميع الضربات { تردد زوج الوالدين * تأثير جين الوالد الأوسط * متوسط ​​النمط الجيني للنسل } - عن طريق طرح {المتوسط ​​العام للأنماط الجينية} ² كعامل تصحيح (CF) . بعد ضرب جميع التوليفات المختلفة، وجمع الحدود بعناية، والتبسيط، والتحليل، والحذف عند الاقتضاء، يصبح الناتج كما يلي:

cov ( MPO) = pq [a + ( qp)d ] 2 = pq a 2 = 1 / 2 s 2 A ، مع عدم إغفال أي هيمنة في هذه الحالة، حيث تم استخدامها في تعريف a . [ 13 ] : 132–141 [ 14 ] : 134–147

التطبيقات (الآباء والأبناء)

يُعدّ التطبيق الأوضح تجربةً تشمل جميع الآباء وذريتهم، مع أو بدون تهجينات متبادلة، ويُفضّل تكرارها دون تحيّز، مما يُتيح تقدير جميع المتوسطات والتباينات والتباينات المشتركة المناسبة، بالإضافة إلى أخطائها المعيارية. ويمكن استخدام هذه الإحصائيات المُقدّرة لتقدير التباينات الوراثية. يُعطي ضعف الفرق بين تقديرات شكلي التباين المشترك (المُصحّح) بين الآباء والذرية تقديرًا لـ s²D ؛ ويُعطي ضعف cov(MPO) تقديرًا لـ s²A . مع تصميم تجريبي وتحليل مناسبين، [ 9 ] [ 52 ] [ 53 ] يُمكن الحصول على الأخطاء المعيارية لهذه الإحصائيات الوراثية أيضًا. هذا هو جوهر تجربة تُعرف باسم تحليل التزاوج الثنائي ، والتي نُناقش نسخة ماثر وجينكس وهايمان منها في قسم آخر.

يتضمن تطبيق ثانٍ استخدام تحليل الانحدار ، الذي يُقدّر إحصائيًا الإحداثي (تقدير Y)، والمشتقة (معامل الانحدار)، والثابت (نقطة تقاطع المحور Y) في حساب التفاضل والتكامل. [ 9 ] [ 52 ] [ 61 ] [ 62 ] يُقدّر معامل الانحدار معدل تغير الدالة التي تتنبأ بـ Y من X ، بناءً على تقليل البواقي بين المنحنى المُطابق والبيانات المرصودة (MINRES). لا توجد طريقة بديلة لتقدير هذه الدالة تُلبي هذا الشرط الأساسي لـ MINRES. بشكل عام، يُقدّر معامل الانحدار كنسبة التباين المشترك (XY) إلى تباين المحدد (X) . عمليًا، يكون حجم العينة عادةً متساويًا لكل من X وY، لذا يمكن كتابة ذلك على النحو التالي: SCP(XY) / SS(X) ، حيث تم تعريف جميع الحدود سابقًا. [ 9 ] [ 61 ] [ 62 ] في هذا السياق ، يُنظر إلى الوالدين على أنهما "المتغير الحاسم" (X)، والأبناء على أنهم "المتغير المُحدد" (Y)، ومعامل الانحدار على أنه "العلاقة الوظيفية" (βPO ) بينهما . باعتبار cov ( MPO) = 1/2 s²A هو cov( XY ) ، و s²P / 2 ( تباين متوسط ​​الوالدين - الوالد الأوسط ) هو s²X ، يتضح أن βMPO = [ 1/2 s²A ] / [ 1/2 s²P ] =. [ 63 ] بعد ذلك، باستخدام cov(PO) = [ 1 / 2 s 2 A + 1 / 2 s 2 D ] كـ cov(XY) ، و s 2 P كـ s 2 X ، يتضح أن 2 ß PO = [ 2 ( 1 / 2 s 2 A+ 1 / 2 s 2 D )] / s 2 P = H 2 .

سبق محاولة تحليل التفاعل الجيني (Epistasis) باستخدام منهجية تباين التفاعل من النوع s²AA و s²AD و s²DD . وقد دُمج هذا التحليل مع التغايرات الحالية في محاولة لتوفير تقديرات لتباينات التفاعل الجيني. مع ذلك ، تشير نتائج علم التخلق إلى أن هذه الطريقة قد لا تكون مناسبة لتعريف التفاعل الجيني.

التباينات المشتركة بين الأشقاء

يُمكن تعريف التغاير بين الأشقاء غير الأشقاء ( HS ) بسهولة باستخدام طرق استبدال الأليلات؛ ولكن، مرة أخرى، تم إغفال مساهمة السيادة تاريخيًا. مع ذلك، وكما هو الحال مع التغاير بين الأبوين/النسل، يتطلب التغاير بين الأشقاء الأشقاء ( FS ) منهج "توليف الأبوين"، مما يستلزم استخدام طريقة الضرب التقاطعي المصححة بنموذج الجين؛ ولم يتم إغفال مساهمة السيادة تاريخيًا. إن تفوق اشتقاقات نموذج الجين واضح هنا كما كان بالنسبة للتباينات النمطية.

الأخوة غير الأشقاء من نفس الأب أو الأم (HS)

يُوفّر مجموع حاصل الضرب التقاطعي {تردد الأب المشترك * نصف قيمة التكاثر لأحد الأشقاء غير الأشقاء * نصف قيمة التكاثر لأي شقيق غير شقيق آخر في نفس مجموعة الأب المشترك} أحد التغايرات المطلوبة مباشرةً، لأن التأثيرات المستخدمة [ قيم التكاثر - التي تُمثّل توقعات استبدال الأليلات] مُعرّفة مُسبقًا على أنها انحرافات عن المتوسط ​​الجيني [انظر قسم "استبدال الأليلات - التوقعات والانحرافات"]. بعد التبسيط، يُصبح هذا: cov ( HS ) A = 1 / 2 pq a 2 = 1 / 4 s 2 A . [ 13 ] : 132-141 [ 14 ] : 134-147 ومع ذلك، توجد أيضًا انحرافات الاستبدال ، والتي تُعرّف مجموع حاصل الضرب {تردد الأصل المشترك * انحراف الاستبدال النصفي لأحد الأشقاء غير الأشقاء * انحراف الاستبدال النصفي لأي شقيق غير شقيق آخر في نفس مجموعة الأصل المشترك} ، مما يؤدي في النهاية إلى: cov(HS) D = p²q²d² = 1 / 4s²D . بجمع المكونين نحصل على :

cov(HS) = cov(HS) A + cov(HS) D = 1 / 4 s 2 A + 1 / 4 s 2 D .

الأشقاء الكاملون (FS)

كما هو موضح في المقدمة، تُستخدم طريقة مشابهة لتلك المستخدمة في حساب التباين المشترك بين الأبوين والنسل. ولذلك، يتم تعديل مجموع الضرب التقاطعي غير المعدل (USCP) باستخدام جميع الضربات - { تردد زوج الأبوين * مربع متوسط ​​النمط الجيني للنسل } - عن طريق طرح {المتوسط ​​العام للأنماط الجينية} ² كعامل تصحيح (CF) . في هذه الحالة، يُعدّ ضرب جميع التركيبات، وجمع الحدود بعناية، والتبسيط، والتحليل، والحذف عمليةً طويلةً جدًا. وفي النهاية، تصبح:

cov ( FS ) = pq a 2 + p 2 q 2 d 2 = 1 / 2 s 2 A + 1 / 4 s 2 D ، دون إغفال أي هيمنة . [ 13 ] : 132–141 [ 14 ] : 134–147

الطلبات (الأشقاء)

يُعدّ الارتباط بين الأشقاء غير الأشقاء التطبيقَ الأكثر فائدةً هنا للإحصاء الوراثي . تذكّر أن معامل الارتباط ( r ) هو نسبة التباين المشترك إلى التباين [انظر قسم "السمات المرتبطة" على سبيل المثال]. لذلك، r <sub>HS</sub> = cov(HS) / s<sup> 2</sup> لجميع الأشقاء غير الأشقاء معًا = [ 1/4 s<sup>2</sup>A + 1/4 s<sup>2</sup>D ] / s <sup> 2 </sup> P = 1/4 H <sup> 2 </sup> . [ 64 ] أما الارتباط بين الأشقاء الأشقاء فهو قليل الفائدة ، حيث r <sub> FS </sub> = cov ( FS ) / s <sup> 2</sup> لجميع الأشقاء الأشقاء معًا = [ 1/2 s <sup> 2 </sup> A + 1/4 s<sup> 2 </sup> D ] / s <sup> 2 </sup> P. إن الاقتراح بأنه "يقارب" ( 1 / 2 h 2 ) هو نصيحة سيئة.

بالطبع، فإن الارتباطات بين الأشقاء لها أهمية جوهرية في حد ذاتها، بصرف النظر عن أي فائدة قد تكون لها في تقدير التوريث أو التباينات الجينية.

قد يكون من المفيد ملاحظة أن [ cov(FS) − cov(HS)] = 1 / 4 s 2 A . يمكن للتجارب التي تتكون من عائلتي FS و HS الاستفادة من ذلك باستخدام الارتباط داخل الفئة لمساواة مكونات تباين التجربة بهذه التغايرات [انظر القسم الخاص بـ "معامل العلاقة كارتباط داخل الفئة" للأساس المنطقي وراء ذلك].

تنطبق التعليقات السابقة المتعلقة بالتفاعل الجيني هنا مرة أخرى [انظر القسم الخاص بـ "التطبيقات (الآباء والأبناء"].

اختيار

المبادئ الأساسية

التقدم الجيني وضغط الانتقاء يتكرران

يعمل الانتخاب على السمة (النمط الظاهري)، بحيث يصبح الأفراد الذين يساويون أو يتجاوزون عتبة انتخابية (z P ) آباءً فعالين للجيل التالي. تمثل النسبة التي يمثلونها من السكان الأساسيين ضغط الانتخاب . كلما صغرت النسبة، ازداد الضغط. يكون متوسط ​​المجموعة المختارة (P s ) أعلى من متوسط ​​السكان الأساسيين (P 0 ) بفارق يُسمى فرق الانتخاب (S) . جميع هذه الكميات ظاهرية. لربطها بالجينات الأساسية، يُستخدم معامل التوريث (h² ) ، الذي يؤدي دور معامل التحديد بالمعنى البيومتري. يُسمى التغير الجيني المتوقع - والذي لا يزال يُعبر عنه بوحدات قياس ظاهرية - بالتقدم الجيني (ΔG) ، ويُحسب بضرب فرق الانتخاب (S) في معامل تحديده (h² ) . يُحسب المتوسط ​​المتوقع للنسل (P 1 ) بإضافة التقدم الجيني (ΔG) إلى المتوسط ​​الأساسي (P 0 ) . تُظهر الرسوم البيانية على اليمين كيف أن التقدم الجيني (الأولي) يكون أكبر مع زيادة ضغط الانتقاء (انخفاض الاحتمالية ). كما تُظهر كيف يتراجع التقدم الناتج عن دورات الانتقاء المتتالية (حتى مع نفس ضغط الانتقاء) بشكل مطرد، لأن التباين الظاهري وقابلية التوريث يتضاءلان بفعل الانتقاء نفسه. وسنتناول هذا الموضوع بمزيد من التفصيل لاحقًا.

هكذا Δجي=Sح2{\displaystyle \Delta G=Sh^{2}}[ 14 ] : 1710-181 وP1=P0+Δجي{\displaystyle P_{1}=P_{0}+\Delta G}[ 14 ] : 1710–181

يُستخدم عادةً معامل التوريث بالمعنى الضيق (h²)، وبالتالي يرتبط بالتباين الجيني ( σ²A ) . مع ذلك ، إذا كان ذلك مناسبًا، فإن استخدام معامل التوريث بالمعنى الواسع (H² ) سيرتبط بالتباين النمطي الجيني (σ²G ) ؛ بل ويمكن التفكير في معامل التوريث الأليلي [ h²eu = (σ²a ) / (σ²P ) ] ، المرتبط بـ ( σ²a ) . [انظر قسم التوريث] .

لتطبيق هذه المفاهيم قبل عملية الانتقاء الفعلية، وبالتالي التنبؤ بنتائج البدائل (مثل اختيار عتبة الانتقاء ، على سبيل المثال)، يُعاد النظر في هذه الإحصاءات الظاهرية في ضوء خصائص التوزيع الطبيعي، لا سيما تلك المتعلقة بقص الطرف العلوي للتوزيع. في هذا السياق، يُستخدم كل من التفاضل الانتقائي المعياري (i) وعتبة الانتقاء المعيارية (z) بدلاً من الصيغ "الظاهرية" السابقة. كما يلزم أيضًا الانحراف المعياري الظاهري (σ P(0) ) . سيتم شرح ذلك في قسم لاحق.

لذلك، ΔG = (i σ P ) h 2 ، حيث (i σ P(0) ) = S كما ذُكر سابقًا. [ 14 ] : 1710–181

التغييرات الناجمة عن الاختيار المتكرر

أشار النص أعلاه إلى أن الانخفاضات المتتالية في ΔG تعود إلى انخفاض "المدخلات" [ التباين الظاهري (σ²P ) ] نتيجةً للاختيار السابق. [ 14 ] : 1710-181 . كما تنخفض قابلية التوريث أيضًا. تُظهر الرسوم البيانية على اليسار هذه الانخفاضات على مدار عشر دورات من الاختيار المتكرر، حيث يُمارس نفس ضغط الاختيار. في هذا المثال، وصل التقدم الوراثي المتراكم ( ΣΔG ) تقريبًا إلى حده الأقصى بحلول الجيل السادس. يعتمد هذا الانخفاض جزئيًا على خصائص التقطيع للتوزيع الطبيعي ، وجزئيًا على قابلية التوريث بالإضافة إلى تحديد الانقسام الاختزالي (b² ) . يُحدد العنصران الأخيران مدى "تعويض" التقطيع بالتغيرات الجديدة الناشئة عن الانفصال والتوزيع أثناء الانقسام الاختزالي . [ 14 ] : 1710–181 [ 29 ] سيتم مناقشة هذا قريبًا، ولكن لاحظ هنا النتيجة المبسطة للتسميد العشوائي غير المشتت (f = 0) .

وبالتالي  : σ 2 P(1) = σ 2 P(0) [1 − i ( iz) 1 / 2 h 2 ] ، حيث i ( iz) = K = معامل القطع و 1 / 2 h 2 = R = معامل التكاثر [ 14 ] : 1710–181 [ 29 ] ويمكن كتابة هذا أيضًا على النحو التالي: σ 2 P(1) = σ 2 P(0) [1 − KR ] ، مما يسهل إجراء تحليل أكثر تفصيلاً لمشاكل الاختيار.

هنا، تم تعريف i و z مسبقًا ، و 1/2 هو تحديد الانقسام الاختزالي ( ) عندما f=0 ، والرمز المتبقي هو معامل التوريث. سيتم مناقشة هذه الرموز بمزيد من التفصيل في الأقسام اللاحقة. لاحظ أيضًا، بشكل عام، أن R = b²h² . إذا تم استخدام تحديد الانقسام الاختزالي العام (b² ) ، فيمكن دمج نتائج التزاوج الداخلي السابق في عملية الانتخاب. تصبح معادلة التباين الظاهري عندئذٍ كما يلي :

σ 2 P(1) = σ 2 P(0) [1 − i ( iz) b 2 h 2 ] .

إن التباين الظاهري المقتطع بواسطة المجموعة المختارة ( σ²P (S) ) هو ببساطة σ²P (0) [ 1 − K] ، وتباينه الجيني المتضمن هو (h²₀σ²P ( S) ). بافتراض أن الانتقاء لم يُغير التباين البيئي، يمكن تقريب التباين الجيني للنسل بالمعادلة σ²A ( 1 ) = ( σ²P (1) − σ²E ) . ومن هذا، h²₁ = ( σ²A (1) / σ²P (1) ) . ويمكن إجراء تقديرات مماثلة لـ σ²G ( 1) و H²₁ ، أو لـ σ²a ( 1 ) و h²eu (1) إذا لزم الأمر .

ΔG البديل

يُفيد الترتيب التالي في دراسة الانتقاء على سمات (خصائص) متعددة. يبدأ بتوسيع معامل التوريث إلى مكونات التباين الخاصة به. ΔG = i σ P ( σ 2 A / σ 2 P ) . يلغي كل من σ P و σ 2 P جزءًا من بعضهما، ليتبقى σ P فقط . بعد ذلك، يمكن توسيع σ 2 A داخل معامل التوريث ليصبح ( σ A × σ A )، مما يؤدي إلى  :

التفاضل الانتقائي والتوزيع الطبيعي

ΔG = i σ A ( σ A / σ P ) = i σ A h .

يمكن إجراء عمليات إعادة ترتيب مماثلة باستخدام التوريثات البديلة، مما يعطي ΔG = i σ G H أو ΔG = i σ a h eu .

نماذج التكيف متعدد الجينات في علم الوراثة السكانية

يُقدّم هذا المنظور التقليدي للتكيف في علم الوراثة الكمية نموذجًا لكيفية تغير النمط الظاهري المُختار بمرور الوقت، كدالة لفرق الانتقاء وقابلية التوريث. مع ذلك، لا يُقدّم هذا المنظور أي رؤى حول التفاصيل الوراثية (ولا يعتمد عليها)، لا سيما عدد المواقع الجينية المعنية، وترددات أليلاتها، وحجم تأثيرها، والتغيرات في الترددات الناتجة عن الانتقاء. في المقابل، يُركّز العمل على التكيف متعدد الجينات [ 65 ] في مجال علم الوراثة السكانية على هذا الجانب. وقد أظهرت دراسات حديثة أن سمات مثل الطول قد تطورت لدى البشر خلال آلاف السنين الماضية نتيجةً لتغيرات طفيفة في ترددات الأليلات في آلاف المتغيرات التي تؤثر على الطول. [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]

خلفية

الاختيار المعياري – التوزيع الطبيعي

يُحدد منحنى التوزيع الطبيعي [ 62 ] كامل قاعدة السكان : من 78 إلى 89 باتجاه اليمين. على طول المحور z، تُمثل جميع قيم السمة من الأصغر إلى الأكبر، والارتفاع من هذا المحور إلى المنحنى نفسه هو تردد القيمة عند المحور أسفله. معادلة إيجاد هذه الترددات لمنحنى التوزيع الطبيعي (منحنى "التجربة الشائعة") موضحة في الشكل البيضاوي. لاحظ أنها تتضمن المتوسط ​​( μ ) والتباين ( σ² ). عند التحرك بشكل متناهي الصغر على طول المحور z، يمكن "تكديس" ترددات القيم المتجاورة بجانب القيم السابقة، مما يُراكم مساحة تُمثل احتمال الحصول على جميع القيم داخل هذه المجموعة. [هذا التكامل من حساب التفاضل والتكامل]. يركز الانتقاء على هذه المساحة الاحتمالية، وهي المنطقة المظللة من عتبة الانتقاء (z) إلى نهاية الذيل العلوي للمنحنى. هذا هو ضغط الانتقاء . تشمل المجموعة المختارة (الآباء الفعليون للجيل التالي) جميع قيم النمط الظاهري من z إلى "نهاية" الذيل. [ 69 ] متوسط ​​المجموعة المختارة هو μs ، والفرق بينه وبين المتوسط ​​الأساسي ( μ ) يمثل فرق الاختيار (S) . بإجراء تكاملات جزئية على أجزاء المنحنى ذات الأهمية، وإعادة ترتيب بعض العمليات الجبرية، يمكن إثبات أن "فرق الاختيار" هو S = [y(σ/Prob.)] ، حيث y هو تردد القيمة عند "عتبة الاختيار" z ( إحداثي z ). [ 13 ] : 226-230. بإعادة ترتيب هذه العلاقة، نحصل على S/σ = y/Prob. ، والطرف الأيسر منها هو في الواقع فرق الاختيار مقسومًا على الانحراف المعياري - أي فرق الاختيار المعياري (i) . يُقدّم الجانب الأيمن من العلاقة "مُقدِّرًا" لـ i ، وهو قيمة عتبة الاختيار مقسومةً على ضغط الاختيار . يمكن استخدام جداول التوزيع الطبيعي [ 52 ] : 547-548 ، ولكن تتوفر أيضًا جداول لـ i نفسها [ 70 ] : 123-124 .يُقدّم المرجع الأخير أيضًا قيمًا لـ i مُعدّلة للمجموعات السكانية الصغيرة (400 فرد أو أقل)، [ 70 ] : 111-122، حيث لا يُمكن افتراض "شبه اللانهاية" (ولكن تم افتراضها في مُلخّص "التوزيع الطبيعي" أعلاه). يُعرف مُعامل التفاضل الانتقائي المُوحّد ( i ) أيضًا باسم شدة الانتقاء . [ 14 ] : 174، 186

وأخيرًا، قد يكون من المفيد وجود رابط متقاطع مع المصطلحات المختلفة في القسم الفرعي السابق: μ (هنا) = "P 0 " (هناك)، μ S = "P S " و σ 2 = "σ 2 P ".

تحديد الانقسام الاختزالي - تحليل المسار التناسلي

معاملات التحديد التناسلي والتزاوج الداخلي
تحليل مسار التكاثر الجنسي

معامل تحديد الانقسام الاختزالي (b² ) هو معامل تحديد الانقسام الاختزالي، وهو انقسام الخلايا الذي ينتج عنه الأبوان الأمشاج. باتباع مبادئ الانحدار الجزئي المعياري ، الذي يُعد تحليل المسار نسخةً تصويريةً منه، قام سيوال رايت بتحليل مسارات تدفق الجينات أثناء التكاثر الجنسي، وحدد "قوة مساهمة" ( معاملات التحديد ) المكونات المختلفة في النتيجة الإجمالية. [ 29 ] [ 39 ] يشمل تحليل المسار الارتباطات الجزئية بالإضافة إلى معاملات الانحدار الجزئي (وهي معاملات المسار ). الخطوط ذات رأس السهم الواحد هي مسارات تحديد اتجاهية ، والخطوط ذات رأسي السهم المزدوج هي روابط ارتباط . يُحاكي تتبع المسارات المختلفة وفقًا لقواعد تحليل المسار جبر الانحدار الجزئي المعياري. [ 58 ]

يمثل مخطط المسار على اليسار هذا التحليل للتكاثر الجنسي. ومن بين عناصره المهمة، يُعد الانقسام الاختزالي (الميوزي) العنصر الأهم في سياق الانتقاء . ففيه يحدث الانفصال والتوزيع، وهما عمليتان تُخففان جزئيًا من تقليص التباين الظاهري الناتج عن الانتقاء. معاملات المسار b هي مسارات الانقسام الاختزالي، بينما معاملات المسار a هي مسارات الإخصاب . يُعرف الارتباط بين الأمشاج من نفس الأب ( g ) بالارتباط الميوزي ، بينما يُعرف الارتباط بين الأبوين في نفس الجيل بـ rA . أما الارتباط بين الأمشاج من أبوين مختلفين ( f ) فقد عُرف لاحقًا بمعامل زواج الأقارب . [ 13 ] : 64 تشير علامات الفتحة (') إلى الجيل (t-1) ، بينما تشير العلامات غير المُفتحة إلى الجيل t . فيما يلي بعض النتائج المهمة لهذا التحليل. وقد فسر سيوال رايت العديد من هذه النتائج بدلالة معاملات زواج الأقارب. [ 29 ] [ 39 ]

يُحسب مُحدد الانقسام الاختزالي ( ) بقسمة ( 1 + g) على ½ ، ويساوي ½ ( 1 + f ( t-1) ) ، مما يعني أن g = f (t-1) . [ 71 ] في حالة الإخصاب العشوائي غير المُشتت، يكون f ( t-1 ) = 0، مما يُعطي = ½ ، كما هو مُستخدم في قسم الاختيار أعلاه. مع ذلك ، ونظرًا لأهمية هذه الخلفية، يُمكن استخدام أنماط إخصاب أخرى حسب الحاجة. يتضمن مُحدد آخر أيضًا التزاوج الداخلي، حيث يُحسب مُحدد الإخصاب ( ) بقسمة (1 + f( t )) على ½ . كما يوجد ارتباط آخر يُعد مؤشرًا للتزاوج الداخلي، وهو rA = 2f ( t) / (1 + f (t-1) ) ، ويُعرف أيضًا بمعامل القرابة . [لا تخلط بين هذا ومعامل القرابة - وهو اسم بديل لمعامل النسب المشترك . انظر مقدمة قسم "العلاقة".] يتكرر هذا الرمز r A في القسم الفرعي المتعلق بالانتشار والانتقاء.

تكشف هذه الروابط مع التزاوج الداخلي عن جوانب مثيرة للاهتمام حول التكاثر الجنسي، وهي جوانب غير ظاهرة للعيان. توضح الرسوم البيانية على اليمين معاملات التحديد للانقسام الاختزالي والإخصاب مقابل معامل التزاوج الداخلي . ويتضح منها أنه مع ازدياد التزاوج الداخلي، يصبح الانقسام الاختزالي أكثر أهمية (يزداد المعامل)، بينما يقلّ الإخصاب. ويبقى الدور العام للتكاثر [حاصل ضرب المعاملين السابقين - ] كما هو. [ 72 ] هذه الزيادة في ذات أهمية خاصة للانتقاء، لأنها تعني أن تأثير الانتقاء على تباين النمط الظاهري يُعوض بدرجة أقل خلال سلسلة من عمليات الانتقاء عند اقترانه بالتزاوج الداخلي (وهو ما يحدث غالبًا).

الانحراف الوراثي والانتقاء

تناولت الأقسام السابقة التشتت باعتباره "مساعدًا" للانتقاء ، واتضح أن الاثنين يعملان معًا بكفاءة. في علم الوراثة الكمي، يُدرس الانتقاء عادةً بهذه الطريقة "البيومترية"، لكن التغيرات في المتوسطات (كما يُرصد بواسطة ΔG) تعكس التغيرات في ترددات الأليلات والأنماط الجينية الكامنة وراء هذا السطح. وبالرجوع إلى قسم "الانحراف الوراثي"، يتبادر إلى الذهن أنه يؤثر أيضًا على تغيرات ترددات الأليلات والأنماط الجينية، والمتوسطات المرتبطة بها؛ وأن هذا هو الجانب المكمل للتشتت الذي نُناقشه هنا ("الوجه الآخر للعملة نفسها"). ومع ذلك، نادرًا ما تتفق هاتان القوتان المؤثرتان في تغير التردد، وقد تعملان في كثير من الأحيان بشكل معاكس. إحداهما (الانتقاء) "اتجاهية" مدفوعة بضغط الانتقاء المؤثر على النمط الظاهري؛ والأخرى (الانحراف الوراثي) مدفوعة "بالصدفة" عند الإخصاب (الاحتمالات الثنائية لعينات الأمشاج). إذا كان النمطان يميلان نحو نفس تردد الأليل، فإن "توافقهما" هو احتمال الحصول على عينة من هذا التردد في الانحراف الوراثي؛ أما احتمال "تعارضهما" فهو مجموع احتمالات جميع عينات التردد البديلة . في الحالات القصوى، قد يؤدي أخذ عينة واحدة من التزاوج إلى إبطال ما حققه الانتخاب، وتتوفر احتمالات حدوث ذلك. من المهم مراعاة هذا الأمر. مع ذلك، فإن الانحراف الوراثي الذي ينتج عنه ترددات عينات مشابهة لتلك الخاصة بالهدف الانتخابي لا يؤدي إلى نتيجة جذرية كهذه، بل يُبطئ التقدم نحو تحقيق أهداف الانتخاب.

السمات المترابطة

عند رصد صفتين (أو أكثر) معًا ( مثل الطول والكتلة)، قد يُلاحظ تغيرهما معًا بتغير الجينات أو البيئة. يُقاس هذا التغير المشترك بالتباين المشترك ، والذي يُرمز له بـ " cov " أو بـ θ . [ 46 ] يكون موجبًا إذا تغيرت الصفتان معًا في نفس الاتجاه، وسالبًا إذا تغيرتا معًا ولكن في اتجاهين متعاكسين. إذا تغيرت الصفتان بشكل مستقل عن بعضهما، يكون التباين المشترك صفرًا. تُحدد درجة الارتباط بين الصفات بمعامل الارتباط (الرمز r أو ρ ). بشكل عام، معامل الارتباط هو نسبة التباين المشترك إلى المتوسط ​​الهندسي [ 73 ] لتباينَي الصفتين. [ 62 ] : 196-198. عادةً ما تُجرى الملاحظات على مستوى النمط الظاهري، ولكن في البحث العلمي، قد تُجرى أيضًا على مستوى "النمط الفرداني الفعال" ( ناتج الجين الفعال ) [انظر الشكل على اليمين]. لذا، يمكن أن يكون التغاير والارتباط "ظاهريًا" أو "جزيئيًا"، أو أي تسمية أخرى يسمح بها نموذج التحليل. يُمثل التغاير الظاهري الطبقة "الخارجية"، ويُقابل التغاير "المعتاد" في الإحصاء الحيوي. مع ذلك، يُمكن تقسيمه بواسطة أي نموذج بحثي مناسب بنفس طريقة تقسيم التباين الظاهري. لكل تقسيم للتغاير، يوجد تقسيم مُقابل للارتباط. بعض هذه التقسيمات مُوضحة أدناه. يُشير الرمز السفلي الأول (G، A، إلخ) إلى التقسيم. أما الرموز السفلية من المستوى الثاني (X، Y) فهي بمثابة "علامات مرجعية" لأي سمتين.

مصادر الارتباط الظاهري

المثال الأول هو النمط الظاهري غير المقسم .

رPXY=جovPXYσPX2σPY2{\displaystyle {r_{P_{XY}}}={{cov_{P_{XY}}} \over {\sqrt {\sigma _{P_{X}}^{2}\sigma _{P_{Y}}^{2}}}}}

وتلي ذلك التقسيمات الجينية (أ) "النمط الجيني" (النمط الجيني العام)، (ب) "الجيني" (توقعات الاستبدال) و (ج) "الأليلي" (متماثل الزيجوت).

(أ)رجيXY=جovجيXYσجيX2σجيY2{\displaystyle {r_{G_{XY}}}={{cov_{G_{XY}}} \over {\sqrt {\sigma _{G_{X}}^{2}\sigma _{G_{Y}}^{2}}}}}

(ب)رأXY=جovأXYσأX2σأY2{\displaystyle {r_{A_{XY}}}={{cov_{A_{XY}}} \over {\sqrt {\sigma _{A_{X}}^{2}\sigma _{A_{Y}}^{2}}}}}

(ج)رأXY=جovأXYσأX2σأY2{\displaystyle {r_{a_{XY}}}={{cov_{a_{XY}}} \over {\sqrt {\sigma _{a_{X}}^{2}\sigma _{a_{Y}}^{2}}}}}

من خلال تجربة مصممة بشكل مناسب، يمكن الحصول على تقسيم غير وراثي (بيئي) أيضًا.

رهـXY=جovهـXYσهـX2σهـY2{\displaystyle {r_{E_{XY}}}={{cov_{E_{XY}}} \over {\sqrt {\sigma _{E_{X}}^{2}\sigma _{E_{Y}}^{2}}}}}

الأسباب الكامنة وراء الارتباط

توجد عدة طرق مختلفة لنشوء الارتباط الظاهري. فتصميم الدراسة، وحجم العينة، وإحصاءات العينة، وعوامل أخرى، كلها تؤثر على القدرة على التمييز بين هذه الارتباطات بدرجات متفاوتة من الثقة الإحصائية. ولكل من هذه العوامل أهمية علمية مختلفة، وترتبط بمجالات عمل متنوعة.

السببية المباشرة

قد يؤثر نمط ظاهري واحد بشكل مباشر على نمط ظاهري آخر، من خلال التأثير على النمو أو التمثيل الغذائي أو السلوك.

المسارات الجينية

يمكن أن يؤدي وجود جين مشترك أو عامل نسخ مشترك في المسارات البيولوجية للنمطين الظاهريين إلى وجود ارتباط بينهما.

المسارات الأيضية

إن المسارات الأيضية من الجين إلى النمط الظاهري معقدة ومتنوعة، لكن أسباب الارتباط بين السمات تكمن داخلها.

العوامل التنموية والبيئية

قد تتأثر عدة أنماط ظاهرية بنفس العوامل. على سبيل المثال، هناك العديد من السمات الظاهرية المرتبطة بالعمر، ولذا فإن الطول والوزن والسعرات الحرارية المتناولة ووظائف الغدد الصماء وغيرها كلها مرتبطة ببعضها. يجب على أي دراسة تبحث عن عوامل مشتركة أخرى استبعاد هذه العوامل أولاً.

الأنماط الجينية المرتبطة والضغوط الانتقائية

قد تؤدي الاختلافات بين المجموعات الفرعية في مجتمع ما، أو بين المجتمعات، أو التحيزات الانتقائية، إلى تمثيل بعض تركيبات الجينات بشكل مفرط مقارنةً بما هو متوقع. [ 74 ] ورغم أن الجينات قد لا تؤثر بشكل كبير على بعضها البعض، إلا أنه قد يظل هناك ترابط بينها، خاصةً عندما لا يُسمح لبعض الأنماط الجينية بالاختلاط. ويمكن أن تمتلك المجتمعات التي تمر بمرحلة التباعد الجيني أو التي مرت بها بالفعل أنماطًا ظاهرية مميزة مختلفة، [ 75 ] مما يعني أنه عند النظر إليها مجتمعة، يظهر ترابط. كما تُنتج الصفات الظاهرية لدى البشر، التي تعتمد بشكل أساسي على الأصل، ترابطات من هذا النوع. ويمكن ملاحظة ذلك أيضًا في سلالات الكلاب، حيث تُشكل عدة سمات جسدية تميز سلالة معينة، وبالتالي تكون مترابطة. [ 76 ] ويمكن أن يؤدي التزاوج الانتقائي ، وهو الضغط الانتقائي الجنسي للتزاوج مع نمط ظاهري مشابه، إلى بقاء الأنماط الجينية مترابطة أكثر مما هو متوقع. [ 77 ]

القيود

ناقش بعض المؤلفين جوانب مختلفة من علم الوراثة الكمية التي يرونها محدودة. وتشمل هذه الجوانب افتراض العديد من نماذج علم الوراثة الكمية لتوزيعات غاوسية طبيعية للصفات الظاهرية، واستقرار مصفوفة التباين والتباين المشترك عبر الزمن التطوري، وخطية معايير علم الوراثة الكمية. [ 78 ]

انظر أيضاً

الحواشي والمراجع

  1. أندربيرغ، مايكل ر. (1973). تحليل التجميع للتطبيقات . نيويورك: أكاديميك برس.
  2. ^ مندل ، جريجور (1866). "Versuche über Pflanzen Hybriden". Verhandlungen Naturforschender Verein في برون . رابعا .
  3. 123Mendel, Gregor (1891). "Experiments in plant hybridisation". J. Roy. Hort. Soc. (London). XXV. Translated by Bateson, William: 54–78.
  4. The Mendel G.; Bateson W. (1891) paper, with additional comments by Bateson, is reprinted in: Sinnott E.W.; Dunn L.C.; Dobzhansky T. (1958). "Principles of genetics"; New York, McGraw-Hill: 419-443. Footnote 3, page 422 identifies Bateson as the original translator, and provides the reference for that translation.
  5. A QTL is a region in the DNA genome that effects, or is associated with, quantitative phenotypic traits.
  6. Watson, James D.; Gilman, Michael; Witkowski, Jan; Zoller, Mark (1998). Recombinant DNA (Second (7th printing) ed.). New York: W.H. Freeman (Scientific American Books). ISBN 978-0-7167-1994-6.
  7. Jain, H. K.; Kharkwal, M. C., eds. (2004). Plant Breeding - Mendelian to molecular approaches. Boston Dordecht London: Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-1-4020-1981-4.
  8. 1234Fisher, R. A. (1918). "The Correlation between Relatives on the Supposition of Mendelian Inheritance". Transactions of the Royal Society of Edinburgh. 52 (2): 399–433. doi:10.1017/s0080456800012163. S2CID 181213898. Archived from the original on 8 October 2020. Retrieved 7 September 2020.
  9. 1234567Steel, R. G. D.; Torrie, J. H. (1980). Principles and procedures of statistics (2 ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-060926-8.
  10. Other symbols are sometimes used, but these are common.
  11. The allele effect is the average phenotypic deviation of the homozygote from the mid-point of the two contrasting homozygote phenotypes at one locus, when observed over the infinity of all background genotypes and environments. In practice, estimates from large unbiased samples substitute for the parameter.
  12. The dominance effect is the average phenotypic deviation of the heterozygote from the mid-point of the two homozygotes at one locus, when observed over the infinity of all background genotypes and environments. In practice, estimates from large unbiased samples substitute for the parameter.
  13. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 كرو، جيه إف؛ كيمورا، إم. (1970). مقدمة في نظرية علم الوراثة السكانية . نيويورك: هاربر آند رو.
  14. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 فالكونر، دي إس؛ ماكاي، ترودي إف سي (1996). مقدمة في علم الوراثة الكمي ( الطبعة الرابعة). هارلو: لونجمان. ISBN  978-0582-24302-6.
  15. علّق مندل على هذه النزعة تحديدًا لـ F1 > P1، أي دليل على قوة الهجين في طول الساق. مع ذلك، قد لا يكون الفرق ذا دلالة إحصائية. (العلاقة بين المدى والانحراف المعياري معروفة [ستيل وتوري (1980): 576]، مما يسمح بإجراء اختبار دلالة تقريبي لهذا الفرق الحالي).
  16. ريتشاردز، أ. ج. (1986). أنظمة تربية النباتات . بوسطن: جورج ألين وأونوين. ISBN 0-04-581020-6.
  17. معهد جين غودال. "البنية الاجتماعية للشمبانزي" . مركز الشمبانزي . مؤرشف من الأصل في 3 يوليو 2008. تم الاطلاع عليه في 20 أغسطس 2014 .
  18. غوردون، إيان ل. (2000). "الوراثة الكمية للجيل الثاني المختلط: أصل التجمعات السكانية المخصبة عشوائيًا" . الوراثة . 85 (1): 43-52 . Bibcode : 2000Hered..85...43G . doi : 10.1046/j.1365-2540.2000.00716.x . PMID 10971690 . 
  19. مع ذلك، فإن الجيل الثاني (F2) الناتج عن تلقيح أفراد الجيل الأول (F1) ذاتيًا ( الجيل الثاني الملقح ذاتيًا ) ليس أصلًا لبنية سكانية ذات تلقيح عشوائي. انظر جوردون (2001).
  20. كاسل، دبليو إي (1903). "قانون الوراثة لغالتون ومندل وبعض القوانين التي تحكم تحسين السلالات عن طريق الانتقاء". وقائع الأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم . 39 (8): 233-242 . doi : 10.2307/20021870 . hdl : 2027/hvd.32044106445109 . JSTOR 20021870 . 
  21. هاردي، جي إتش (1908). " النسب المندلية في مجتمع مختلط" . مجلة ساينس . 28 (706): 49-50 . Bibcode : 1908Sci....28...49H . doi : 10.1126/science.28.706.49 . PMC 2582692. PMID 17779291 .  
  22. ^ واينبرغ، دبليو (1908). "Über den Nachweis der Verebung beim Menschen". جهريش. فيرين ف. فاترل. ناتورك، فورتم . 64 : 368 – 382.
  23. عادةً في أخلاقيات العلوم، يُطلق اسم أول من اقترح الاكتشاف على الاكتشاف نفسه. إلا أن كاسل يبدو أنه قد تم تجاهله؛ وعندما أُعيد اكتشافه لاحقًا، كان لقب "هاردي واينبرغ" شائعًا لدرجة أنه بدا من المتأخر جدًا تحديثه. ربما يكون توازن "كاسل هاردي واينبرغ" حلاً وسطًا جيدًا؟
  24. والتون ، آندي؛ أيلوارد، أليكس؛ توماس، مارك جي؛ رذرفورد، آدم (2025). "تاريخ مفهوم التزاوج العشوائي للسكان وإرثه في علم الوراثة السكانية المعاصر" . حوليات علم الوراثة البشرية . 89 (5): 274-284 . doi : 10.1111/ahg.70015 . PMC 12336970. PMID 40719227 .  
  25. يتطلب التزاوج العشوائي إخصابًا عشوائيًا بغض النظر عن أي صفة جسدية محتملة. قد يؤدي الإخصاب العشوائي الناتج عن التزاوج العشوائي مع تجاهل الصفات إلى تحيز نحو صفات معينة.
  26. 1 2 غوردون، إيان ل. (1999). "علم الوراثة الكمي للهجائن داخل النوع الواحد" . الوراثة . 83 (6): 757-764 . Bibcode : 1999Hered..83..757G . doi : 10.1046/j.1365-2540.1999.00634.x . PMID 10651921 . 
  27. غوردون، إيان ل. (2001). "الوراثة الكمية للجيل الثاني من التلقيح الذاتي" . هيريديتاس . 134 (3): 255-262 . doi : 10.1111/j.1601-5223.2001.00255.x . PMID 11833289 . 
  28. رايت، س. (1917). "متوسط ​​الارتباط داخل المجموعات الفرعية للسكان". مجلة أكاديمية واشنطن للعلوم 7 : 532-535 .
  29. 1 2 3 4 5 6 7 رايت، س. (1921). "أنظمة التزاوج. 1. العلاقات البيومترية بين الآباء والأبناء" . علم الوراثة . 6 (2): 111-123 . doi : 10.1093/genetics/6.2.111 . PMC 1200501. PMID 17245958 .  
  30. سينوت، إدموند دبليو؛ دان، إل سي؛ دوبزانسكي، ثيودوسيوس (1958). مبادئ علم الوراثة . نيويورك: ماكجرو هيل.
  31. 1 2 3 4 5 فيشر، آر إيه (1999). النظرية الوراثية للانتقاء الطبيعي (variorum ed.). أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. رقم ISBN  0-19-850440-3.
  32. 1 2 كوكران، ويليام ج. (1977). تقنيات أخذ العينات ( الطبعة الثالثة). نيويورك: جون وايلي وأولاده. 
  33. تم توضيح ذلك لاحقًا في قسم التباينات الجينية.
  34. كلاهما شائع الاستخدام.
  35. انظر إلى المراجع السابقة.
  36. ألارد، ر. و. (1960). مبادئ تربية النبات . نيويورك: جون وايلي وأولاده.
  37. 1 2 تُقرأ هذه العبارة على النحو التالي: "σ 2 p و/أو σ 2 q ". وبما أن p و q متكاملتان، فإن σ 2 p σ 2 q و σ 2 p = σ 2 q .
  38. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 غوردون، إلينوي (2003). "تحسينات على تقسيم التباين الجيني للسلالات المتماثلة" . الوراثة . 91 (1): 85-89 . Bibcode : 2003Hered..91...85G . doi : 10.1038/sj.hdy.6800284 . PMID 12815457 . 
  39. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 رايت، سيوول (1951). "البنية الوراثية للسكان". حوليات علم تحسين النسل . 15 (4): 323-354 . doi : 10.1111/j.1469-1809.1949.tb02451.x . PMID 24540312 . 
  40. يشير التلقيح العشوائي إلى نمط من أنماط التكاثر، قد يتوافق معه التلقيح الخلطي أو لا يتوافق معه.ويختلف التلقيح الخلطي عن التلقيح الذاتي .
  41. تذكر أن مسألة التماثل الذاتي/التماثلي لا يمكن أن تنشأ إلا بالنسبة للأليلات المتماثلة (أي A و A ، أو a و a )، وليس بالنسبةللأليلات غير المتماثلة ( A و a )، والتي لا يمكن أن يكون لها نفس الأصل الأليلي .
  42. من الشائع استخدام "α" بدلاً من "β" لهذه الكمية (كما في المراجع المذكورة سابقاً). وقد استُخدمت الأخيرة هنا لتجنب أي لبس مع "a"، التي تظهر أيضاً بشكل متكرر في هذه المعادلات نفسها.
  43. 1 2 3 4 ماثر، كينيث؛ جينكس، جون ل. (1971). علم الوراثة القياسي الحيوي ( الطبعة الثانية). لندن: تشابمان وهول. ISBN  0-412-10220-X.
  44. في مصطلحات ماثر، يعتبر الكسر الموجود أمام الحرف جزءًا من تسمية المكون.
  45. في كل سطر من هذه المعادلات، تُعرض المكونات بنفس الترتيب. لذا، تُتيح المقارنة الرأسية لكل مكون تعريف كل منها بأشكال مختلفة. وقد تُرجمت مكونات ماثر إلى رموز فيشر، مما يُسهّل مقارنتها. كما تم اشتقاق هذه الترجمة رسميًا. انظر غوردون 2003.
  46. 1 2 التغاير هو التباين المشترك بين مجموعتين من البيانات. ومثل التباين، يعتمد على مجموع الضرب التقاطعي (SCP) بدلاً من مجموع المربعات (SS). ومن هذا يتضح أن التباين ليس إلا شكلاً خاصاً من التغاير.
  47. هايمان، بي آي (1960). " نظرية وتحليل التهجين الثنائي. الجزء الثالث" . علم الوراثة . 45 (2): 155-172 . doi : 10.1093/genetics/45.2.155 . PMC 1210041. PMID 17247915 .  
  48. لوحظ أنه عندما يكون p = q ، أو عندما يكون d = 0 ، فإن β [ = a+(qp)d] "يختزل" إلى a . في مثل هذه الظروف، σ²A = σ²a — ولكن عدديًا فقط. لم يصبحا بعدُ متطابقين . وهذا يُعدّ استنتاجًا غير منطقي مشابهًا لما ذُكر سابقًا بشأن "انحرافات الاستبدال" التي تُعتبر "الهيمنة" في نموذج الجين.
  49. تم تقديم المراجع الداعمة بالفعل في الأقسام السابقة.
  50. لاحظ فيشر أن هذه البقايا نشأت من خلال تأثيرات الهيمنة، لكنه امتنع عن تعريفها بأنها "تباين الهيمنة". (انظر المراجع السابقة). ارجع مرة أخرى إلى المناقشات السابقة الواردة هنا.
  51. عند النظر في أصول المصطلحات: اقترح فيشر أيضًا كلمة "التباين" لهذا المقياس للتغير. انظر فيشر (1999)، ص 311 وفيشر (1918).
  52. 1 2 3 4 سنيديكور، جورج و.؛ كوكران، ويليام ج. (1967). الأساليب الإحصائية ( الطبعة السادسة). أميس: مطبعة جامعة ولاية أيوا. ISBN  0-8138-1560-6.
  53. 1 2 3 كيندال، إم جي؛ ستيوارت، أ. (1958). النظرية المتقدمة للإحصاء. المجلد 1 ( الطبعة الثانية). لندن: تشارلز غريفين. 
  54. من الممارسات الشائعة عدم وضع رمز سفلي على تباين "الخطأ" التجريبي.
  55. In biometry, it is a variance-ratio in which a part is expressed as a fraction of the whole: that is, a coefficient of determination. Such coefficients are used particularly in regression analysis. A standardized version of regression analysis is path analysis. Here, standardizing means that the data were first divided by their own experimental standard errors to unify the scales for all attributes. This genetical usage is another major appearance of coefficients of determination.
  56. Gordon, I. L.; Byth, D. E.; Balaam, L. N. (1972). "Variance of heritability ratios estimated from phenotypic variance components". Biometrics. 28 (2): 401–415. doi:10.2307/2556156. JSTOR 2556156. PMID 5037862.
  57. Dohm, M. R. (2002). "Repeatability estimates do not always set an upper limit to heritibility". Functional Ecology. 16 (2): 273–280. Bibcode:2002FuEco..16..273M. doi:10.1046/j.1365-2435.2002.00621.x.
  58. 1234Li, Ching Chun (1977). Path analysis - a Primer (Second printing with Corrections ed.). Pacific Grove: Boxwood Press. ISBN 0-910286-40-X.
  59. the square-root of their product
  60. Moroney, M.J. (1956). Facts from figures (third ed.). Harmondsworth: Penguin Books.
  61. 12Draper, Norman R.; Smith, Harry (1981). Applied regression analysis (Second ed.). New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-02995-5.
  62. 1234Balaam, L. N. (1972). Fundamentals of biometry. London: George Allen & Unwin. ISBN 0-04-519008-9.
  63. In the past, both forms of parent-offspring covariance have been applied to this task of estimating h2, but, as noted in the sub-section above, only one of them (cov(MPO)) is actually appropriate. The cov(PO) is useful, however, for estimating H2 as seen in the main text following.
  64. Note that texts that ignore the dominance component of cov(HS) erroneously suggest that rHS "approximates" ( 1/4 h2 ).
  65. Pritchard, Jonathan K.; Pickrell, Joseph K.; Coop, Graham (23 February 2010). "The genetics of human adaptation: hard sweeps, soft sweeps, and polygenic adaptation". Current Biology. 20 (4): R208–215. Bibcode:2010CBio...20.R208P. doi:10.1016/j.cub.2009.11.055. ISSN 1879-0445. PMC 2994553. PMID 20178769.
  66. Turchin, Michael C.; Chiang, Charleston W. K.; Palmer, Cameron D.; Sankararaman, Sriram; Reich, David; Genetic Investigation of ANthropometric Traits (GIANT) Consortium; Hirschhorn, Joel N. (September 2012). "Evidence of widespread selection on standing variation in Europe at height-associated SNPs". Nature Genetics. 44 (9): 1015–1019. Bibcode:2012NaGen..44.1015T. doi:10.1038/ng.2368. ISSN 1546-1718. PMC 3480734. PMID 22902787.
  67. Berg, Jeremy J.; Coop, Graham (August 2014). "A population genetic signal of polygenic adaptation". PLOS Genetics. 10 (8) e1004412. doi:10.1371/journal.pgen.1004412. ISSN 1553-7404. PMC 4125079. PMID 25102153.
  68. Field, Yair; Boyle, Evan A.; Telis, Natalie; Gao, Ziyue; Gaulton, Kyle J.; Golan, David; Yengo, Loic; Rocheleau, Ghislain; Froguel, Philippe (11 November 2016). "Detection of human adaptation during the past 2000 years". Science. 354 (6313): 760–764. Bibcode:2016Sci...354..760F. doi:10.1126/science.aag0776. ISSN 0036-8075. PMC 5182071. PMID 27738015.
  69. Theoretically, the tail is infinite, but in practice there is a quasi-end.
  70. 12Becker, Walter A. (1967). Manual of procedures in quantitative genetics (Second ed.). Pullman: Washington State University.
  71. Notice that this b2 is the coefficient of parentage (fAA) of Pedigree analysis re-written with a "generation level" instead of an "A" inside the parentheses.
  72. There is a small "wobble" arising from the fact that b2 alters one generation behind a2—examine their inbreeding equations.
  73. Estimated as the square-root of their product.
  74. Slatkin, Montgomery (June 2008). "Linkage disequilibrium — understanding the evolutionary past and mapping the medical future". Nature Reviews Genetics. 9 (6): 477–485. doi:10.1038/nrg2361. ISSN 1471-0056. PMC 5124487. PMID 18427557.
  75. "Reproductive Isolation". Understanding Evolution. Berkeley. 16 April 2021.
  76. Serres-Armero, A; Davis, BW; Povolotskaya, IS; Morcillo-Suarez, C; Plassais, J; Juan, D; Ostrander, EA; Marques-Bonet, T (May 2021). "Copy number variation underlies complex phenotypes in domestic dog breeds and other canids". Genome Research. 31 (5): 762–774. doi:10.1101/gr.266049.120. PMC 8092016. PMID 33863806.
  77. Jiang, Yuexin; Bolnick, Daniel I.; Kirkpatrick, Mark (2013). "Assortative mating in animals"(PDF). The American Naturalist. 181 (6): E125–E138. Bibcode:2013ANat..181E.125J. doi:10.1086/670160. hdl:2152/31270. PMID 23669548. S2CID 14484725.
  78. Pigliucci, Massimo; Schlichting, Carl D. (June 1997). "On the Limits of Quantitative Genetics for the Study of Phenotypic Evolution". Acta Biotheoretica. 45 (2): 143–160. doi:10.1023/A:1000338223164. ISSN 0001-5342. Retrieved 11 May 2026 via Springer Nature Link.

Further reading

  • فالكونر دي إس وماكاي تي إف سي (1996). مقدمة في علم الوراثة الكمية، الطبعة الرابعة. لونجمان، إسيكس، إنجلترا.
  • كاباليرو، أ (2020) علم الوراثة الكمي. مطبعة جامعة كامبريدج.
  • لينش م ووالش ب (1998). علم الوراثة وتحليل الصفات الكمية. سيناور، سندرلاند، ماساتشوستس.
  • روف دي إيه (1997). علم الوراثة الكمية التطورية. تشابمان وهول، نيويورك.
  • سيكورا، توني. علم الحيوان 3221 تربية الحيوانات. التكنولوجيا. مينيابوليس: جامعة مينيسوتا، 2011. مطبوع.