Equilíbrio mutação-seleção

O equilíbrio mutação-seleção é um equilíbrio no número de alelos deletérios em uma população que ocorre quando a taxa na qual os alelos deletérios são criados pela mutação é igual à taxa na qual os alelos deletérios são eliminados pela seleção. A maioria das mutações genéticas são neutras ou deletérias; mutações benéficas são relativamente raras. O influxo resultante de mutações deletérias em uma população ao longo do tempo é neutralizado pela seleção negativa, que atua para eliminar mutações deletérias. Deixando de lado outros fatores (por exemplo, seleção de equilíbrio e deriva genética), o número de equilíbrio de alelos deletérios é então determinado por um equilíbrio entre a taxa de mutação deletéria e a taxa na qual a seleção elimina essas mutações.

O equilíbrio mutação-seleção foi originalmente proposto para explicar como a variação genética é mantida nas populações, embora várias outras formas de persistência de mutações deletérias sejam agora reconhecidas, nomeadamente a seleção de equilíbrio. No entanto, o conceito ainda é amplamente utilizado na genética evolutiva, por exemplo, para explicar a persistência de alelos deletérios como no caso da atrofia muscular espinhal, ou, em modelos teóricos, o equilíbrio mutação-seleção pode aparecer de várias maneiras e até mesmo foi aplicado a mutações benéficas (ou seja, equilíbrio entre perda seletiva de variação e criação de variação por mutações benéficas).

População haplóide

Como um exemplo simples de equilíbrio mutação-seleção, considere um único locus em uma população haplóide com dois alelos possíveis: um alelo normal A com frequência $p$, e um alelo B deletério mutado com frequência $q$, que tem uma pequena desvantagem relativa de aptidão $s$. Suponha que mutações deletérias de A para B ocorram a uma taxa $\mu$, e a mutação benéfica reversa de B para A ocorre raramente o suficiente para ser insignificante (por exemplo, porque a taxa de mutação é tão baixa que $q$ é pequeno). Então, cada seleção geracional elimina mutantes deletérios reduzindo $q$ por uma quantia $spq$, enquanto a mutação cria alelos mais deletérios, aumentando $q$ por uma quantia $\mu p$. O equilíbrio mutação-seleção ocorre quando essas forças se cancelam e $q$ é constante de geração em geração, o que implica $q=\mu /s$. Assim, desde que o alelo mutante não seja fracamente deletério ($s$ muito pequeno) e a taxa de mutação não for muito alta, a frequência de equilíbrio do alelo deletério será pequena.

População diplóide

Em uma população diplóide, um alelo deletério B pode ter efeitos diferentes na aptidão individual em heterozigotos AB e homozigotos BB dependendo do grau de dominância do alelo normal A. Para representar isso matematicamente, deixe que a aptidão relativa de homozigotos e heterozigotos deletérios seja menor do que a de homozigotos normais AA por fatores de $1-hs$ e $1-s$ respectivamente, onde $h$ é um número entre $0$ e $1$ medindo o grau de dominância ($h=0$ indica que A é completamente dominante enquanto $h=1/2$ indica ausência de dominância). Para simplificar, suponha que o acasalamento seja aleatório.

O grau de dominância afeta a importância relativa da seleção em heterozigotos versus homozigotos. Se A não for completamente dominante (ou seja, $h$ não é próximo de zero), então as mutações deletérias são removidas principalmente pela seleção em heterozigotos porque os heterozigotos contêm a grande maioria dos alelos B deletérios (assumindo que a taxa de mutação deletéria $\mu$ não é muito grande). Este caso é aproximadamente equivalente ao caso haplóide anterior, onde a mutação converte homozigotos normais em heterozigotos a uma taxa $\mu$ e a seleção atua em heterozigotos com coeficiente de seleção $hs$ ; por isso $q\approx \mu /hs$ .

Exemplo

O primeiro artigo sobre o assunto foi de Haldane, 1935, que utilizou a prevalência e a taxa de fertilidade da hemofilia em homens para estimar a taxa de mutação em genes humanos.