Competing selective sweeps

• Applicants: Professor Dr. Martin Hutzenthaler; Professor Dr. Peter Pfaffelhuber
• Subject Area: Evolutionary Cell and Developmental Biology (Zoology)
• Term: from 2011 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 64631874

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Die Fixation von positiv selektierten Allelen reduziert gelinkte neutrale Diversität. Dieser Effekt wird als Selective Sweep bezeichnet. Die Literatur Selectiver Sweeps hat sich – insbesondere in Datenanwendungen – bisher meistens auf den einfachsten Fall eines einzelnen bevorzugten Allels in einer panmiktischen Population konzentriert. In diesem Projekt haben wir die mathematische Analyse von komplizierteren (jedoch in der Praxis äußerst relevanten) Szenarien verfolgt. Zum einen sind dies räumlich strukturierte Sweeps, in denen die Fixation des bevorzugten Typs durch eine räumliche Struktur (bzw. einer geringen Migrationsrate zwischen den Teilpopulationen) verzögert. Hier haben wir mittels einer neuen Technik eine Vorhersage für die Fixationszeit (in Abhängigkeit von Migrationsraten und Selektionskoeffizienten) geben können. Diese neue Technik haben wir außerdem verwendet, um den Fall konkurrierender Sweeps weiter zu untersuchen. Hier taucht ein stark bevorzugtes Allel auf, wenn schon ein weniger bevorzugtes auf dem Weg zur Fixation ist. Durch die (Re-)Kombination der beiden bevorzugten Allele können nun auch Individuen entstehen, die beide tragen. Wir konnten die Fixationswahrscheinlichkeit der doppelt bevorzugten Allels berechnen, und durch Simulationen zeigen, dass diese konkurrierenden Sweeps ganz spezielle Muster in SNP-Daten erzeugen können. Falls der doppelt bevorzugte Typ mehr als einmal entsteht, so sieht man am Ende des Sweeps eine bestimmte (quantifizierbare) Haplotypstruktur.

Publications

• (2011): Selective sweeps for recessive alleles and for other modes of dominance. J. Math. Biol. 63(3): 399–431
  Ewing, G., J. Hermisson, P. Pfaffelhuber, and J. Rudolf
  
• (2012): Patterns of selection in subdivided populations. Dissertation. Work report and results
  Pokalyuk, C.
  
• (2012): The effect of recurrent mutation on the linkage disequilibrium under a selective sweep. Journal of Mathematical Biology 64: 291–317
  Pokalyuk, C.
  
• (2013): Competing islands limit the rate of adaptation in structured populations.Theoretical Population Biology 90: 1-11
  Pokalyuk, C., L. Mathew, D. Metzler, P. Pfaffelhuber
  
• (2013): The ancestral selection graph under strong directional selection. Theoretical Population Biology 87: 25–33
  Pokalyuk, C. and P. Pfaffelhuber