О первичной генетической дивергенции в системе популяций на кольцевом ареале

Автор: Кулаков М.П., Фрисман Е.Я.

Журнал: Региональные проблемы @regionalnye-problemy

Рубрика: Математическое моделирование. Биология

Статья в выпуске: 1 т.27, 2024 года.

Бесплатный доступ

В работе предложена и исследована математическая модель с дискретным временем, которая описывает динамику численности и частот генотипов в одномерной кольцевой цепочке миграционно связанных популяций. Рассматривается панмиктичная популяция с менделевскими правилами наследования и монолокусным отбором, направленным против гетерозигот. Модель состоит из двух слоев связанных отображений (ансамблей). Первый слой описывает динамику численностей в каждом локальном участке с учетом миграции со смежных участков. Скорости роста каждой субпопуляции зависят от частот генотипов, которые изменяются в ходе эволюции при движении к одной из предельных генетических структур. Второй слой описывает динамику частот генотипов с учетом того, что миграционный приток генов зависит от соотношения численностей связанных популяций. В этом случае поток генов оказывается тем сильнее, чем более многочисленна популяция, откуда исходит поток мигрантов (или менее малочисленна принимающая популяция). Рассмотрено два варианта миграции: постоянная (детерминированная), при которой доля мигрантов фиксирована, а также случайная миграция, при которой число особей, покидающих локальную популяцию, выбирается случайно (случайный дрейф) и непостоянно. В предложенной модели исследуются условия и механизмы дифференциации по генотипам между разными участками однородного ареала (дивергенция). Показано, что при пониженной приспособленности гетерозигот пространственно-временная динамика характеризуется полосами, где преобладают гомозиготы. Между полосами с противоположными формами (аллелями) рассматриваемого признака расположены полосы с гетерозиготами, существование которых поддерживается миграцией из противоположных участков. При дететерминированной миграции такой узор существует непродолжительное время и чаще всего имеет форму вертикальных полос. При случайном дрейфе полосы имеют форму бегущих волн, которые сохраняются длительное время при определенных ограничениях роста численности. Показано, что из-за дивергенции неизбежно возникают существенные различия в численностях и характере динамики на разных участках ареала.

Еще

Генетическая дивергенция, популяция, миграция, пространственно-временная динамика

Короткий адрес: https://sciup.org/143182535

IDR: 143182535   |   DOI: 10.31433/2618-9593-2024-27-1-36-49

Список литературы О первичной генетической дивергенции в системе популяций на кольцевом ареале

  • Базыкин А.Д. Пониженная приспособленность гетерозигот в системе смежных популяций // Генетика. 1972. Т. 8. № 11. С. 155-161.
  • Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. О генетической дивергенции миграционно-связанных популяций: современное моделирование по результатам экспериментов Ю.П. Алтухова с соавторами // Генетика. 2023. Т. 59, № 6. C. 708-717. DOI: 10.31857/S0016675823060139.
  • Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Кластеризация и химеры в модели пространственно-временной динамики популяций с возрастной структурой // Нелинейная динамика. 2018. Т. 14, № 1. С. 13-31. DOI: 10.20537/nd1801002.
  • Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Простая и сложная динамика в модели эволюции двух миграционно связанных популяций с непересекающимися поколениями // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30, № 2. С. 208-232. DOI: 10.18500/0869-6632-2022-30-2-208-232.
  • Стрелкова Г.И., Анищенко В.С. Пространственно-временные структуры в ансамблях связанных хаотических систем // Успехи физических наук. 2020. Т. 190, № 2. С. 160-178. DOI: 10.3367/ufne.2019.01.038518.
  • Фрисман Е.Я. Первичная генетическая дивергенция (Теоретический анализ и моделирование). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 160 с.
  • Altrock P.M., Traulsen A., Reeves R.G., Reed F.A. Using underdominance to bi-stably transform local populations // Journal of Theoretical Biology. 2010. Vol. 267, N 1. P. 62-75. DOI: 10.1016/j .jtbi.2010.08.004.
  • Fisher R.A. On the dominance ratio // Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. 1923. Vol. 42. P. 321-341.
  • Haldane J.B.S. A Mathematical Theory ofNatural and Artificial Selection, Part V: Selection and Mutation // Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. 1927. Vol. 23, N 7. P. 838-844. DOI: 10.1017/S0305004100015644.
  • Kaneko K. Clustering, coding, switching, hierarchical, ordering, and control in network of chaotic elements // Physica D. 1990. Vol. 41. P. 137-172. DOI: 10.1016/0167-2789(90)90119-A.
  • Karlin S., McGregor J. Application of method of small parameters to multi-niche population genetic models // Theoretical Population Biology. 1972. Vol. 3, N 2. P. 186-209. DOI: 10.1016/0040-5809(72)90026-3.
  • Lâruson A.J., Reed F.A. Stability of under-dominant genetic polymorphisms in population networks // Journal of Theoretical Biology. 2016. Vol. 390. P. 156-163. DOI: 10.1016/j. jtbi.2015.11.023.
  • Novak S. The number of equilibria in the diallelic Levene model with multiple demes // Theoretical Population Biology. 2011. Vol. 79. P. 97-101. DOI: 10.1016/j.tpb.2010.12.002.
  • Popovych O., Pikovsky A., Maistrenko Yu. Cluster-splitting bifurcation in a system of coupled maps // Physica D. 2002. Vol. 168. P. 106-125. DOI: 10.1016/S0167-2789(02)00499-2.
  • Silva J.A.L., Barrionuevo J.A., Giordani F.T. Synchronism in population networks with non linear coupling // Nonlinear Analysis: Real World Applications. 2009. Vol. 11, N 2. P. 1005-1016. DOI: 10.1016/j.nonrwa.2009.01.036.
  • Sundqvist L., Keenan K., Zackrisson M., Prodöhl P., Kleinhans D. Directional genetic differentiation and relative migration // Ecology and Evolution. 2016. Vol. 6, N 11. P. 3461-3475. DOI: 10.1002/ece3.2096.
  • Wright S. Evolution in Mendelian populations // Genetics. 1931. Vol. 16, N 2. P. 97-159. DOI: 10.1093/genetics/16.2.97.
  • Yeaman S., Otto S.P. Establishment and maintenance of adaptive genetic divergence under migration, selection, and drift // Evolution. 2011. Vol. 65, N 7. P. 2123-2129. DOI: 10.1111/j.1558-5646.2011.01277.x.
Еще
Статья научная