การทดสอบทางสถิติ Fay and Wu's H
สรุปใจความสำคัญ
- พัฒนาโดย Justin Fay และ Chung-I Wu เพื่อตรวจหาการคัดเลือกทางบวกในลำดับ DNA
- ใช้ข้อมูลจากกลุ่มนอก (Outgroup) เพื่อระบุสถานะบรรพบุรุษของอัลลีล ซึ่งต่างจาก Tajima's D
- ค่า H ที่เป็นลบอย่างมีนัยสำคัญมักบ่งชี้ถึงการเกิด Selective Sweep หรือการกวาดล้างทางพันธุกรรม
- ช่วยแยกแยะระหว่างผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงขนาดประชากร (Demography) และการคัดเลือกทางธรรมชาติ (Selection)
Fay and Wu's H คือการทดสอบทางสถิติที่พัฒนาขึ้นโดย Justin Fay และ Chung-I Wu เพื่อใช้ในทางพันธุศาสตร์ประชากร โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อแยกแยะระหว่างลำดับ DNA ที่วิวัฒนาการแบบเป็นกลาง (Neutral Evolution) และลำดับ DNA ที่อยู่ภายใต้การคัดเลือกทางบวก (Positive Selection)
ความแตกต่างระหว่าง Fay and Wu's H และ Tajima's D
การทดสอบนี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเป็นส่วนขยายและปรับปรุงประสิทธิภาพจากการทดสอบ Tajima's D ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้แยกแยะลำดับที่วิวัฒนาการแบบเป็นกลางออกจากลำดับที่วิวัฒนาการแบบไม่เป็นกลาง (เช่น การคัดเลือกแบบทิศทาง การคัดเลือกแบบสมดุล การขยายตัวหรือหดตัวของประชากร หรือปรากฏการณ์ Genetic Hitchhiking)
อย่างไรก็ตาม Tajima's D มีข้อจำกัดคือไม่สามารถระบุสาเหตุที่แน่ชัดได้เมื่อพบค่าที่เบี่ยงเบนจากความเป็นกลาง เช่น เมื่อพบว่ามี polymorphism ที่พบน้อย (rare polymorphisms) จำนวนมาก ซึ่งอาจเกิดได้จากหลายสาเหตุ ได้แก่:
- การคัดเลือกแบบกำจัด (Purifying Selection): การกลายพันธุ์ใหม่ส่งผลเสียและถูกกำจัดออกอย่างรวดเร็ว
- การกวาดล้างทางพันธุกรรม (Selective Sweep): อัลลีลหนึ่งถูกคัดเลือกจนมีความถี่สูงมากหรือคงที่ ทำให้ลำดับ DNA ในประชากรมีความคล้ายคลึงกัน และ polymorphism ที่เหลืออยู่เป็นสิ่งที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่
- คอขวดของประชากร (Population Bottleneck): ประชากรลดจำนวนลงอย่างมาก ทำให้ความหลากหลายทางพันธุกรรมลดลง
ในกรณีเหล่านี้ Tajima's D จะให้ค่าเป็นลบ ซึ่งบ่งชี้ว่าการวิวัฒนาการไม่เป็นกลาง แต่ไม่สามารถบอกได้ว่าเกิดจากสาเหตุใด การทดสอบ Fay and Wu's H จึงถูกนำมาใช้เพื่อระบุว่าลำดับ DNA นั้นผ่านกระบวนการ Selective Sweep มาหรือไม่
หลักการทำงานและแนวคิด
จุดเด่นของ Fay and Wu's H คือการนำข้อมูลจาก กลุ่มนอก (Outgroup species) มาใช้ร่วมกับข้อมูล polymorphism ภายในประชากร การใช้กลุ่มนอกช่วยให้นักวิจัยสามารถระบุได้ว่าสถานะของอัลลีลใดคือ สถานะบรรพบุรุษ (Ancestral state) ก่อนที่สายวิวัฒนาการจะแยกจากกัน
หากพบว่าอัลลีลในปัจจุบันแตกต่างจากอัลลีลบรรพบุรุษ และมีความถี่สูงในประชากร จะเป็นหลักฐานสำคัญที่บ่งชี้ว่าเกิด Selective Sweep ในบริเวณนั้น โดยความรุนแรงของการกวาดล้างทางพันธุกรรมจะพิจารณาจากค่า H ในขณะที่หากอัลลีลยังคงเหมือนกับบรรพบุรุษ อาจหมายถึงการเกิดการคัดเลือกแบบลบ (Negative Selection) เพื่อรักษาคุณลักษณะเดิมไว้
การตีความผลการทดสอบ
การตีความค่า Fay and Wu's H สามารถสรุปได้ดังนี้:
- ค่า H เป็นบวกอย่างมีนัยสำคัญ: บ่งชี้ว่ามีการขาดแคลนของ Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) ที่เป็นอนุพันธ์ (Derived SNPs) ที่มีความถี่ระดับปานกลางถึงสูง เมื่อเทียบกับความคาดหวังในสภาวะสมดุล
- ค่า H เป็นลบอย่างมีนัยสำคัญ: บ่งชี้ว่ามีการสะสมของ Derived SNPs ที่มีความถี่สูง ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของการเกิด Selective Sweep
- ค่า H ใกล้เคียง 0: ไม่พบหลักฐานการเบี่ยงเบนจากวิวัฒนาการแบบเป็นกลาง (Neutrality)
คำถามที่พบบ่อย
Fay and Wu's H ต่างจาก Tajima's D อย่างไร?
Tajima's D ใช้ข้อมูลความหลากหลายภายในประชากรเพื่อดูว่าวิวัฒนาการเป็นกลางหรือไม่ แต่ไม่สามารถแยกแยะระหว่างการคัดเลือกทางบวกกับการเปลี่ยนแปลงขนาดประชากรได้ ในขณะที่ Fay and Wu's H ใช้ข้อมูลจากกลุ่มนอก (Outgroup) เพื่อระบุอัลลีลบรรพบุรุษ ทำให้สามารถระบุการเกิด Selective Sweep ได้แม่นยำขึ้น
ค่า H ที่เป็นลบหมายถึงอะไรในทางพันธุศาสตร์?
ค่า H ที่เป็นลบอย่างมีนัยสำคัญบ่งชี้ว่ามี Derived SNPs (การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นภายหลัง) ที่มีความถี่สูงในประชากร ซึ่งเป็นสัญญาณของการคัดเลือกทางบวกที่ทำให้อัลลีลนั้นแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว (Selective Sweep)
ทำไมต้องใช้ Outgroup ในการทดสอบ Fay and Wu's H?
การใช้ Outgroup ช่วยให้นักวิจัยทราบว่าลำดับ DNA แบบใดคือแบบดั้งเดิม (Ancestral) และแบบใดคือแบบที่กลายพันธุ์มาใหม่ (Derived) ซึ่งจำเป็นต่อการคำนวณค่า H เพื่อแยกแยะระหว่างการคัดเลือกแบบกำจัดและการคัดเลือกทางบวก