О ПЕРВИЧНОЙ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДИВЕРГЕНЦИИ В СИСТЕМЕ ПОПУЛЯЦИЙ НА КОЛЬЦЕВОМ АРЕАЛЕ (2024)

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.

The article proposes and studies a discrete time model of the number dynamics and genotype frequencies in a one-dimensional ring of populations coupled by migration. We consider panmictic populations with Mendelian rules of inheritance and monolocus selection directed against heterozygotes. The model has two layers of connected maps (ensembles). The first layer describes the number dynamics in each local site, including migration from adjacent sites. The growth rates of each subpopulation depend on the genotype frequencies, which change during evolution towards one of the limiting genetic structures. The second level describes the dynamics of genotype frequencies, considering the fact that gene influx depends on the ratio of population abundance. Here, the more numerous is the population giving the migrant flow (or less numerous is the receiving population), the stronger is the gene flow. We have considered two variants of migration: constant (deterministic), in which the fraction of migrants is fixed, and random, in which the number of emigrants from the local population is chosen randomly (random drift) and is not constant. The model studies the conditions and mechanisms of differentiation by genotypes between different parts of a homogeneous range (divergence). It has been shown that with reduced fitness of heterozygotes, spatial-temporal dynamics are characterized by stripes where homozygotes predominate. Between the stripes with opposite forms (alleles), there locate the stripes with heterozygotes, their existence supporting due to migrations from opposite sites. With deterministic migration, this pattern exists for a short time and most often appears as vertical stripes. With random drift, the stripes take the form of traveling waves, which persist for a long time under certain limitations on population growth. The authors show that significant differences inevitably arising in the number and dynamics patterns in different parts of the area, are caused by divergence.

Тип: Статья
Автор (ы): Кулаков Матвей Павлович
Соавтор (ы): Фрисман Ефим Яковлевич
Ключевые фразы: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ, популяция, МИГРАЦИЯ, ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА

Идентификаторы и классификаторы

УДК
575.174. Генетическая динамика популяций
Префикс DOI
10.31433/2618-9593-2024-27-1-36-49
eLIBRARY ID
64547212
Текстовый фрагмент статьи