Везде

RAS BiologyГенетика Russian Journal of Genetics

  • ISSN (Print) 0016-6758
  • ISSN (Online) 3034-5103

On the Role of Natural Selection in Genetic Divergence of Migration-Coupled Populations. Frequency-Dependent Selection

You can
PII
S30345103S0016675825030073-1
DOI
10.7868/S3034510325030073
Publication type
Article
Status
Published
Authors
O. L. Zhdanova
  • Affiliation: Institute for Automation and Control Processes of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences
E. Ya. Frisman
  • Affiliation: Complex Analysis and Regional Problems Institute of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences
Volume/ Edition
Volume 61 / Issue number 3
Pages
65-77
Abstract
This article proceeds with the study of the mechanisms of primary genetic divergence of migratory-coupled populations. The modeling is based on the experiment performed by Yu.P. Altukhov and co-authors with box populations of Drosophila melanogaster. This experiment demonstrated the primary divergence of the genetic structures of the subpopulation for two loci – markers of genetic diversity (α-GDH and esterase-6). Previously, we showed that disruptive selection acted with a high probability for the α-GDH locus in the experimental system, which ensured the maintenance of the observed primary genetic divergence. This work is devoted to identifying the mechanisms that contributed to the primary genetic divergence for the esterase-6 locus. We analyzed mathematical models with discreet time for the dynamics of allele frequencies in a large panmictic population and in a system of 30 local migratory-coupled populations. Comparison of the simulation modeling results with the experimental ones allows us to conclude that, with a high probability, in the experimental population system under consideration, frequency-dependent selection at the esterase-6 locus acted against the background of density-dependent selection. With uniform selection in subpopulations connected by small migrations, this type of selection is shown to promote divergence, and genetic divergences in neighboring populations are significantly more pronounced than they could be under conditions of genetic drift.
Keywords
эволюция частотно-зависимый отбор плотностно-зависимый отбор случайный дрейф математическое и имитационное моделирование Drosophila melanogaster
Date of publication
01.03.2025
Year of publication
2025
Number of purchasers
0
Views
30

References

  1. 1. 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. С. 708–717. https://doi.org/10.31857/S0016675823060139
  2. 2. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование динамики генных частот в системе полуизолированных популяций // ДАН СССР. 1978. Т. 238. № 3. С. 712–714.
  3. 3. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г., Милишников А.Н., Новикова Т.А. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Сообщение I. Обоснование подхода и особенности локальной дифференциации частот аллелей α-глицерофосфатдегидрогеназы и эстеразы-6 // Генетика. 1979. Т. 15. № 4. С. 646.
  4. 4. Алтухов Ю.П., Бернашевская А.Г. Экспериментальное моделирование генетических процессов в популяционной системе Drosophila melanogaster, соответствующей кольцевой ступенчатой модели. Cообщение 2. Cтабильность аллельного состава и периодическая зависимость изменчивости частот аллелей от расстояния // Генетика. 1981. Т. 17. № 6. С. 1052–1059.
  5. 5. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Академкнига, 2003. 431 с.
  6. 6. Yosida T.H., Tsuchiya K., Moriwaki K. Karyotypic differences of black rats, Rattus rattus, collected in various localities of East and Southeast Asia and Oceania // Chromosoma. 1971. V. 33. № 3. P. 252–267.
  7. 7. Новоженов Ю.И., Береговой В.Е., Хохоткин М.И. Обнаружение границ элементарных популяций у полиморфных видов по частоте встречаемости форм. // Проблемы эволюции. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1973. Т. 3. С. 252–260.
  8. 8. Русина Л.Ю., Фирман Л.А., Скороход О.В., Гилёв А.В. Географическая и хронографическая изменчивость окраски в популяции Polistes gallicus (Linnaeus, 1767) (Hymenoptera, Vespidae) // Кавказ. энтомол. бюл. 2005. Т. 1. № 2. С. 179–188.
  9. 9. Гордеева Н.В., Салменкова Е.А., Алтухов Ю.П. Исследование генетической дивергенции горбуши, вселенной на Европейский Север России, с использованием микросателлитных и аллозимных локусов // Генетика. 2006. Т. 42. № 3. С. 349–360.
  10. 10. Хрусталева А.М., Кловач Н.В., Сиб Д.Е. Генетическое разнообразие и популяционная структура нерки азиатского побережья Тихого океана // Генетика. 2017. Т. 53. № 10. С. 1196–1207. https://doi.org/10.7868/S0016675817100058
  11. 11. Шереметьева И.Н., Картавцева И.В., Фрисман Л.В. Полиморфизм и дифференциация трех популяций эворонской полевки по данным изменчивости контрольного региона митохондриальной ДНК // Генетика. 2023. Т. 59. № 2. C. 157–169. https://doi.org/10.31857/S0016675823010101
  12. 12. Kojima K.I., Yarbrough K.M. Frequency-dependent selection at the esterase 6 locus in Drosophila melanogaster // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1967. V. 57. № 3. P. 645–649.
  13. 13. Yarbrough K., Kojima K.I. The mode of selection at the polymorphic esterase 6 locus in cage populations of Drosophila melanogaster // Genetics. 1967. V. 57. № 3. P. 677–686.
  14. 14. Huang S.L., Singh M., Kojima K.I. A study of frequency-dependent selection observed in the esterase-6 locus of Drosophila melanogaster using a conditioned media method // Genetics. 1971. V. 68. № 1. P. 97–104.
  15. 15. Kojima K.I., Huang S.L. Effects of population density on the frequency-dependent selection in the esterase-6 locus of Drosophila melanogaster // Evolution. 1972. P. 313–321.
  16. 16. Altenberg L. Chaos from linear frequency-dependent selection // Am. Naturalist. 1991. V. 138. № 1. P. 51–68.
  17. 17. Gavrilets S., Hastings A. Intermittency and transient chaos from simple frequency-dependent selection // Proc. Royal Soc. of London. Series B: Biol. Sci. 1995. V. 261. № 1361. P 233–238.
  18. 18. Rice S.A. Evolutionary theory. Mathematical and conceptual foundations. Boston, MA: Sinauer Associates Inc., 2004. 362 p.
  19. 19. Chevin L.M., Gompert Z., Nosil P. Frequency dependence and the predictability of evolution in a changing environment // Evol. Letters. 2022. V. 6. № 1. P. 21–33. https://doi.org/10.1002/evl3.266
  20. 20. Gavrilets S. Perspective: Мodels of speciation: what have we learned in 40 years? // Evolution. 2003. V. 57. № 10. P. 2197–2215.
  21. 21. McNaughton S.J. r-and K-selection in Typha // Am. Naturalist. 1975. V. 109. № 967. P. 251–261.
  22. 22. Grahame J. Reproductive effort and r-and K-selection in two species of Lacuna (Gastropoda: Prosobranchia) // Marine Biol. 1977. V. 40. P. 217–224.
  23. 23. Lüftenegger G., Foissner W., Adam H. r-and K-selection in soil ciliates: А field and experimental approach // Oecologia. 1985. V. 66. P. 574–579. https://doi.org/10.1007/BF00379352
  24. 24. Andrews J.H., Harris R.F. r-and K-selection and microbial ecology // Advances Мicrobial Еcology. Boston, MA: Springer, 1986. P. 99–147.
  25. 25. Болтнев А.И. Внутривидовой r/К-отбор у северного морского котика // Труды ВНИРО. 2017. Т. 168. С. 4–13.
  26. 26. Жданова О.Л., Колбина Е.А., Фрисман Е.Я. Проблемы регулярного поведения и детерминированного хаоса в математической модели эволюции менделевской лимитированной популяции // Дальневосточный матем. журн. 2003. Т. 4. № 2. С. 289–303.
  27. 27. Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Проявление мультирежимности в простейшей эколого-генетической модели эволюции популяций // Генетика. 2016. Т. 52. № 8. С. 975–984. https://doi.org/10.7868/S0016675816080154
  28. 28. Фрисман Е.Я., Жданова О.Л., Кулаков М.П. и др. Математическое моделирование популяционной динамики на основе рекуррентных уравнений: результаты и перспективы. Ч. II // Изв. РАН. Серия биологическая. 2021. № 3. С. 227–240. https://doi.org/10.31857/S000233292103005X
  29. 29. Базыкин А.Д. Пониженная приспособленность гетерозигот в системе двух смежных популяций // Генетика. 1972. Т. 8. № 11. С. 155–161.
  30. 30. Базыкин А.Д. Отбор и генетическая дивергенция в системах локальных популяций и популяциях с непрерывным ареалом (математическая модель) // Проблемы эволюции. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1973. Т. 3. С. 231–241.
  31. 31. Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Простая и сложная динамика в модели эволюции двух миграционно связанных популяций с непересекающимися поколениями // Изв. высших учеб. заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30. № 2. С. 208–232. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2022-30-2-208-232
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library