Коротко — какие сценарии могли дать сильный позитивный отбор в иммунных генах и какие конкретно тесты/эксперименты подтвердят каждую гипотезу.
Возможные эволюционные сценарии
- Хозяин‑патоген «гонка вооружений» (Red Queen): повторные адаптивные замены в сайтах узнавания/связывания. Предсказание: у отдельных аминокислот $\omega =dN/dS>1$ и сосредоточены в функциональных интерфейсах белка.
- Недавний селективный фиксирующий скачок (selective sweep) после появления нового патогена: быстрая фиксация полезной аллели, локальное падение нейтральной полиморфии и длинные гаплотипы.
- Региональная адаптация к разным патогеномам у двух видов (дивергентный отбор): фиксированные различия между видами, корреляция частот аллелей с экологией/патогенами.
- Ввод адаптивных аллелей через интрогрессию от третьего вида: длинные гаплотипы, близкие к донору, D‑статистика положительна.
- Дупликация и неофункционализация иммунных генов: новые копии с ускоренной эволюцией.
- Балансирующий отбор/частотозависимый отбор: поддержание полиморфизма (иногда сопровождается сигнатурами положительного отбора в отдельных сайтах).
- Артефакты: генетический дрейф, демографические эффекты, рекомбинация, GC‑смещённая конверсия (gBGC) или ошибки выравнивания — могут имитировать положительный отбор.
Геномные и популяционно‑генетические тесты (первый шаг — исключить артефакты)
- Оценить $\omega$ глобально и по сайтам (branch‑site модели в PAML/HyPhy): проверить, есть ли подгруппа кодонов с $\omega >1$.
- McDonald–Kreitman тест; оценить долю адаптивных замен
$\alpha =1-\frac{P_n/P_s}{D_n/D_s}$ (где $P_n,P_s$ — полиморфизм, $D_n,D_s$ — дивергенция).
- Сигнатуры селективного свипа: снижение нуклеотидной диверсификации вокруг локуса, отрицательные/положительные значения Tajima’s D, длинные гаплотипы (iHS, XP‑EHH).
- Проверка интрогрессии: D‑статистика (ABBA‑BABA), построение гаплотипных деревьев, сравнение с донорными популяциями.
- Различение gBGC и отбора: проверить смещение в направлениях замен (повышение GC на всех позициях, включая синонимичные) — если одинаково затронуты синонимичные и нонсин. замены, вероятен gBGC.
- Проверка на балансирующий отбор: повышенная локальная полиморфия, наличие транс‑видовой полиморфии, SFS с избытком среднечастотных аллелей.
- Коалесцентные/симуляционные модели, чтобы исключить демографию как причину.
Функциональные эксперименты (жёсткая валидация адаптивности)
- Аллель‑специфические in vitro/в vivo тесты:
- CRISPR‑knock‑in/knock‑out (или замена аллелей) в клеточных линиях или модели; измерить устойчивость к инфекции (рост патогена), выработку цитокинов, выживаемость.
- Сравнительные инфекции (reciprocal infection) живых организмов/модельных видов с разными аллелями.
- Биохимические/молекулярные тесты:
- Измерение аффинности связывания белок–антиген/рецептор (SPR, ELISA), влияние замен в положительно отобранных сайтах.
- Мутогенез направленных аминокислот (site‑directed mutagenesis) у позиций, обнаруженных как «позитивно отобранные», и тестирование функции.
- Структурное моделирование: сопоставление замен с функциональными доменами/поверхностью связи.
- Эпидемиологические/полевые анализы:
- Корреляция частот аллелей с распространённостью/видовым составом патогенов по географии (genotype–environment association).
- GWAS/ассоциации с восприимчивостью к инфекции в популяциях.
- Экспериментальная эволюция: культивировать хозяина с конкретным патогеном, смотреть, повторяются ли те же мутации/пути адаптации.
- Контрольные тесты для исключения gBGC/сильной рекомбинации: проверить профили замены и локальную рекомбинацию.
Практическая последовательность (рекомендуемая)
1) Проверить, не артефакт ли это: выравнивание, паралоги, gBGC, демография.
2) Применить комплементарные попген‑тесты ($\omega$, MK, iHS/XP‑EHH, D‑статистика).
3) Локализовать позитивные сайты и смоделировать структуру/функцию.
4) Провести целевые функциональные эксперименты (CRISPR, связывание, инфицирование) и корреляционные полевые анализы.
Если нужно, могу предложить конкретные команды/пакеты для анализа (PAML, HyPhy, SweepFinder, selscan, ANGSD), наборы данных и дизайн CRISPR‑экспериментов для вашей системы.