碎碎念：這一小節(jié)極其硬核，除了一上來就放一些語焉不詳?shù)墓接?jì)算，還有一些關(guān)鍵概念和上一節(jié)解釋不同。。。我估計(jì)得多讀幾遍/查查其他資料才能了解在說什么。這段翻譯就先按照原文來。

遺傳上來看，你和你旁邊的家伙差球不多。在人類基因組里的32億DNA堿基中，99.9%都是一毛一樣的。不過，即使只有千分之一的堿基不同，也因?yàn)檎麄€(gè)基因組太大了，你和你的鄰居還是有三百萬個(gè)堿基對(duì)是不一樣的。

在人類和其他物種中，基因組上多態(tài)性（polymorphism）的分布并不均勻（圖8）。通常，在基因間區(qū)和內(nèi)含子（intron）上多態(tài)性的比例高更多。[基因間的序列和內(nèi)含子都是不被表達(dá)成產(chǎn)物的序列]。 編碼區(qū)（外顯子，exon）則變化更少，尤其是每個(gè)密碼子（codon）的前兩個(gè)堿基。這些規(guī)律在整個(gè)生命樹上都極其普遍，可見其背后體現(xiàn)了演化中普遍的規(guī)律。

圖8：果蠅（Drosophila melanogaster）Adh位點(diǎn)的核苷酸變化。垂直的線表示的是該位點(diǎn)的43個(gè)序列多態(tài)性（都是單核苷酸多態(tài)性，single nucleotide polymorphisms, SNPs），這結(jié)果是從從11個(gè)染色體取樣得出的。該位點(diǎn)的四個(gè)外顯子（綠色）被三個(gè)內(nèi)含子（藍(lán)色）隔開。在所有的這43個(gè)SNP中，17個(gè)在外顯子上，只有1個(gè)（紅色三角標(biāo)出）導(dǎo)致了乙醇脫氫酶的一個(gè)氨基酸發(fā)生替換。

這里的內(nèi)含子、外顯子、密碼子、為什么是前兩個(gè)堿基、單核苷酸多態(tài)性等等都是分子生物學(xué)的內(nèi)容。之后寫科普時(shí)會(huì)更多地解釋。

這個(gè)規(guī)律就是物種內(nèi)大部分的DNA多態(tài)性都來自于受到漂變影響的選擇中性突變（selectively neutral mutations）。平均的，二倍體物種中，一個(gè)受到漂變影響的中性突變位點(diǎn)的雜合度的預(yù)估值應(yīng)該是：

公式長這樣：π≈4Neμn （7.1）非常重要，請(qǐng)好好記住，之后會(huì)反復(fù)利用這個(gè)公式。

在這里μn是中性突變率，也就是：每一代中，一個(gè)位點(diǎn)突變成另外一個(gè)不影響個(gè)體適合度（fitness）的等位基因的概率。比如說，如果一個(gè)位點(diǎn)的總共突變率是μ=10^(-6)，但是這其中只有10%的突變是選擇中性的，那么中性突變率就是μn=0.1×10^(-6)=10^(-7).

等式7.1中有三個(gè)因子：1. 追溯回兩個(gè)基因拷貝合并事件所需要的代際時(shí)間（2Ne，前文講過）；2. 該位點(diǎn)在一代中出現(xiàn)選擇中性的突變的概率，也就是中性突變率μn；3. 等式還要乘以2是因?yàn)閇從概率上說]突變可以發(fā)生在追溯到合并事件之前的兩個(gè)分支中的任何一支***。（等式7.1是一個(gè)估計(jì)值，當(dāng)π小于等于0.1時(shí)，就是精確值，而且這也是大部分生物符合的情況。）總結(jié)一下，這個(gè)等式告訴我們，多態(tài)性 [的一種體現(xiàn)，雜合度] 會(huì)隨著有效種群大小和中性進(jìn)化率的增加而增加。

***補(bǔ)充：為什么等式中要乘以2呢？

圖S4：于2020年1月13日23:14:16 補(bǔ)充（PPT作圖真是好看又快捷）

2020年1月12日23:37:03

這個(gè)簡單的結(jié)果 [指上文的等式] 解釋了基因組中遺傳多樣性的一個(gè)重要規(guī)律。大部分的發(fā)生在編碼區(qū)的突變是“非同義的（nonsynonymous）”，這些突變改變了合成的氨基酸。并且大部分的蛋白里的突變都是有害的（也就是降低生物的存活率或繁殖效率）（詳見第四章）。這些有害突變在種群中一般都被一個(gè)叫做純化選擇（purifying selection）的過程清除了。[純化選擇的另外一個(gè)說法是負(fù)選擇（negative selection），和正選擇對(duì)應(yīng)，意思是有害的突變被清除。] 這樣的突變不會(huì)對(duì)我們可觀測到的雜合度做出貢獻(xiàn)。那些會(huì)經(jīng)歷純化選擇的位點(diǎn)稱為是受到選擇約束（selective constraint）的。它們的中性突變率要小于總突變率。[因?yàn)橹行酝蛔兟?總突變率-非中性突變率，而這些位點(diǎn)有很強(qiáng)的選擇壓，也就是一旦發(fā)生突變，性質(zhì)還是中性的可能性很低，大部分的突變都會(huì)受到選擇的影響，所以它們的非中性突變率很高，進(jìn)而中性突變率就低]。相反的，許多非編碼區(qū)的位點(diǎn)由于突變不影響適合度，所以這些區(qū)域的中性突變率就等于總突變率。[就算這些位點(diǎn)變出花來，由于不影響蛋白的合成，對(duì)蛋白功能就沒有影響，也進(jìn)而就不影響適合度]。因此，非編碼區(qū)通常也就有更高的雜合度，這符合等式7.1的預(yù)測。

同樣的邏輯還能解釋編碼區(qū)的不同位置的差異規(guī)律。許多密碼子的第三個(gè)堿基是“同義的synonymous”，[也就是由于密碼子具有簡并性（codon degeneracy），突變后的密碼子合成的還是同樣的氨基酸，蛋白在功能上沒有變化。] ，但是前兩位的突變是非同義突變。因此密碼子的前兩個(gè)堿基就有低得多的中性突變率，也就更少有多態(tài)性。[這句話同時(shí)暗示了，密碼子的第三個(gè)堿基一般有高得多的中性突變率，也就更多樣] 圖8中的Adh位點(diǎn)體現(xiàn)了這一點(diǎn)：內(nèi)含子的17個(gè)突變中，只有一個(gè)是非同義突變。

這里中性突變位點(diǎn)和多態(tài)性的關(guān)系很好理解。凡是中性突變率高的位點(diǎn)多態(tài)性都高。高的中性突變率意味著它們的突變體大多數(shù)是中性的，不影響個(gè)體生存，所以不會(huì)被選擇效果清除掉，就可以保留下來，因而我們就能觀測到這些位置上有更多種堿基類型，也就保留了更多的多樣性。相對(duì)的，非同義突變位點(diǎn)由于突變后合成的氨基酸不一樣，會(huì)影響功能，并且大多數(shù)都是有害突變。一變出來就被選擇效果清除了（比如這個(gè)蛋白功能異常之后，個(gè)體不能存活直接死亡，這個(gè)突變體就沒了），因此剩余的還活著的、能被人類觀測到的類型都是那些穩(wěn)穩(wěn)妥妥的保持原樣不改變的一種類型，因此這些位置的多態(tài)性就低。

問題記錄-8：為什么說純化選擇的位點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生雜合度？純化選擇會(huì)讓純合子比例增多嗎？還是不一定？如果雜合子的基因不是致死的，是不是就不會(huì)被純化？

2020年1月13日23:39:32

2020年1月14日22:50:02：明天課多，今日太困。我要咕了（理直氣壯且大聲）。

總的來說，對(duì)于基因組上那些能免于選擇效果的位點(diǎn)，他們的突變都是中性突變。這些突變在種群中會(huì)只會(huì)受到漂變的影響，因此就像它們該做的那樣為種群貢獻(xiàn)了雜合度。但是對(duì)于那些受到選擇影響的位點(diǎn)，它們大部分的突變都是有害的。因此會(huì)被選擇效應(yīng)從種群中清出去，因而幾乎對(duì)雜合度沒有貢獻(xiàn)。這些位點(diǎn)也因此就更少變。

除此之外，多態(tài)性程度也和染色體有系統(tǒng)的聯(lián)系。那些有更高重組率的區(qū)域會(huì)更多態(tài)（圖9）。我們已經(jīng)在第五章講過選擇清除（selective sweep，圖S5），是說由于有益突變在基因組中被固定下來，該突變周圍的一小塊區(qū)域也隨之?dāng)U散，[每個(gè)基因組都帶著有益突變和其兩邊一樣的序列，] 因此這片連帶區(qū)域多樣性就降低了。同樣的，當(dāng)選擇清除了有害突變時(shí)，該突變周圍的多態(tài)性也下降了。這種效應(yīng)叫背景選擇（background selection，圖10）。選擇清除和背景選擇都會(huì)影響染色體上重組率低的部分的一串區(qū)域，導(dǎo)致了圖9所見的情況。選擇清除和背景選擇讓基因組上中性突變位點(diǎn)的多樣性低于等式7.1所預(yù)測的值。

圖9：雜合度（π）在圖中由點(diǎn)表示，分布在果蠅2、3號(hào)染色體的左臂和右臂上。曲線表示的是重組率，單位是摩爾厘米cM每Mb長度的DNA。在重組率低的區(qū)域 [也就是橫坐標(biāo)中間的著絲粒centermere區(qū)域，和兩端的端粒telomere位置]，由于背景選擇和選擇清除的影響，雜合度也低。

圖10：背景選擇會(huì)降低多態(tài)性。A) 一個(gè)種群中這個(gè)區(qū)域有5個(gè)中性突變位點(diǎn)（黃色條）B) 兩個(gè)個(gè)體的染色體上出現(xiàn)有害突變（紅色）C) 這兩個(gè)家伙GG之后，選擇效應(yīng)就把這兩個(gè)染色體也清除了，順手帶走了這兩染色體上的多態(tài)性位點(diǎn)。這個(gè)副作用降低了種群中該區(qū)域的多態(tài)性（位于2、5的中性突變消失了，現(xiàn)在只有3個(gè)中性突變位點(diǎn)。）

圖S5（原書圖5.15）：當(dāng)有益突變擴(kuò)散到在種群中固定，選擇清除效應(yīng)會(huì)徹底清除該突變附近區(qū)域的多態(tài)性。這圖中黃色標(biāo)示的有益突變最開始出現(xiàn)時(shí)兩側(cè)帶有2個(gè)中性突變位點(diǎn)（藍(lán)色標(biāo)記）。隨著這個(gè)突變的頻率增加，這倆中性突變就搭便車地提高了比例。等到有益突變固定，它附近區(qū)域的多態(tài)性徹底消失，[都攜帶著一模一樣的兩個(gè)中性突變，沒有變化]。

2020年1月16日00:23:30

2020年1月17日00:13:29 還在預(yù)習(xí)土壤學(xué)。我是弟弟。我要預(yù)習(xí)不完了，明天的小測要死了（下周開始更新土壤學(xué)，進(jìn)化這個(gè)先擱淺（說鴿就鴿？）。

2020年1月18日23:12:15（今天假期，我又理直氣壯地鴿了）

估計(jì)種群大小

雜合度和種群大小的關(guān)系暗示了一種估計(jì)某一物種有效種群大小的方式。這個(gè)想法就是首先，通過挑選基因組上呈現(xiàn)選擇中性的位點(diǎn)，測序計(jì)算出不同個(gè)體這些位點(diǎn)的雜合度π（通常我們都測的是內(nèi)含子上的突變）。其次，我們還可以使用第四章提到的方法 [我也沒看是什么方法，咕！] 來估計(jì)全部的突變率（μ）。因?yàn)槲覀冴P(guān)注的是選擇中性的位點(diǎn)，所以它們的總體突變率就等于中性突變率μn。最后，我們就得到了等式7.1中所有的其他變量，帶入等式7.1就可以計(jì)算對(duì)應(yīng)這個(gè)位點(diǎn)的多態(tài)性而估計(jì)出的效種群大小Ne，然后計(jì)算多個(gè)位點(diǎn)之后取平均值，就可以估計(jì)這個(gè)物種有效種群大小。

用這種方式我們已經(jīng)估計(jì)了一些物種的有效種群大?。▓D11）。這其中最小的結(jié)果來自人類，這個(gè)物種有效種群大小只有大概一萬。盡管現(xiàn)在全球有七十億人口，但是幾千代之前我們的人口小得多的多。

圖11：通過DNA多態(tài)性來估計(jì)的有效種群大小Ne。這個(gè)表中物種依據(jù)體型大小排序。注意到越大的生物傾向于有越低的有效種群大小。水平的坐標(biāo)數(shù)值取了對(duì)數(shù)，因此每一個(gè)豎直線標(biāo)示的Ne的改變值要乘以10. 人類有最小的Ne，現(xiàn)在我們?nèi)蚱呤畠|人口只是最初約十萬年前一萬多人的后代 [這里好詭異？不是前一句話才說數(shù)值取對(duì)數(shù)，所以要乘以10，怎么這里就又直接是10000了？我不懂了]。圖中還顯示了兩種線蟲（倒數(shù)2、3）。Caenorhabditis remanei的有效種群大概是C. elegans [這里的C是前一個(gè)線蟲的屬名Caenorhabditis的縮寫。在文章中同一個(gè)屬名只需要在首次出現(xiàn)時(shí)寫全，之后都可以簡寫成C] 的二十倍大，前者不會(huì)自交，而后者會(huì)自交。[線蟲可以自體受精，一條蟲就帶有雌雄兩套生殖器。]

2020年1月21日00:52:29 今天又是摸魚更新。。。本來想著假期多更新一點(diǎn)把前幾天的鴿子坑填上。。。結(jié)果失策了。。。

2020年1月22日01:39:20 咕咕咕。。。開學(xué)之后真是天天咕咕。。。我作業(yè)都寫不完了。。。

這種方法再應(yīng)用地遠(yuǎn)一點(diǎn)，我們可以做更妙的事情：我們可以僅僅通過一個(gè)個(gè)體來估計(jì)整個(gè)種群的有效大小。這就是對(duì)這個(gè)物種全基因組測序，得到一大堆選擇中性位點(diǎn)的突變率，取平均值，之后用這個(gè)帶入等式7.1，就可以計(jì)算出Ne。另外一個(gè)DNA多態(tài)性的常見作用是估計(jì)歷史上的種群大小。我們之前討論過的斑馬雀的就是一個(gè)好例子?，F(xiàn)在澳大利亞島上的斑馬雀有將70萬左右，而根據(jù)對(duì)他們遺傳多樣性的研究表明，這70萬個(gè)體只是歷史上一個(gè)大概有一萬九百多只鳥的小種群的后代，它們生活在距今兩百萬年前。

不同動(dòng)物的雜合度π均值差別很大。目前來看，螞蟻和脊椎動(dòng)物傾向于有較小的遺傳變異，而蝴蝶和雙殼綱（也就是蚌殼那一類玩意兒）有很高的雜合度。有效種群大小是導(dǎo)致這種差異的一個(gè)原因，不過突變率、選擇清除、背景選擇和其他的因素也都影響了雜合度。更神奇的是，一般來說，繁殖率高并且繁殖體[對(duì)于有性生殖的動(dòng)物，可以理解為受精卵或者幼崽。但是實(shí)話，動(dòng)物很少用這個(gè)概念。一般繁殖體propagule是指可以無性生殖/營養(yǎng)生殖的部分。更多用于植物菌物和細(xì)菌古菌] 小的生物傾向于有更高的雜合度（圖12）。不過究竟這些生活史上的因素怎么影響雜合度的，我們還沒搞懂。

圖12：不同動(dòng)物的在基因組范圍上的雜合度均值變化很大。圖中不同點(diǎn)的顏色表示雜合度的大小，這里雜合度是通過編碼區(qū)中同義突變的位點(diǎn)來計(jì)算的。螞蟻和脊椎動(dòng)物一般有更低的雜合度（綠色點(diǎn)），大概是0.2%-1%左右。而其他類群的動(dòng)物，包括蝴蝶和雙殼綱，會(huì)有更高的雜合度，達(dá)到1%-10%。有效種群大小是一個(gè)導(dǎo)致雜合度上差異的原因，就像等式7.1所預(yù)測的那樣。其他原因也有貢獻(xiàn)。繁殖率和繁殖體尺寸也和雜合度緊密關(guān)聯(lián)，也許是因?yàn)檫@些生活是特點(diǎn)影響了有效種群大小，突變率，也影響了背景選擇、選擇清除的強(qiáng)度。

2020年1月23日23:07:01

問題記錄：總結(jié)一下利用雜合度估計(jì)Ne的方法，去了解一下還有什么方法。這種方法發(fā)弊端和優(yōu)勢在哪里。查篇實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)看看具體的測量和應(yīng)用是怎么樣的。