مؤشر التثبيت (Fixation Index – FST)

مفهوم مؤشر التثبيت (FST)

يعتمد مؤشر التثبيت على مقارنة التباين الوراثي داخل المجموعات السكانية مع التباين الوراثي الكلي في جميع المجموعات السكانية المدروسة. ببساطة، يقيس المؤشر النسبة المئوية من التباين الوراثي الكلي التي تُعزى إلى الاختلافات بين المجموعات السكانية. تتراوح قيمة FST بين 0 و 1:

  • FST = 0: يشير إلى عدم وجود أي اختلاف وراثي بين المجموعات السكانية، وأنها تشكل مجموعة متجانسة وراثيًا.
  • FST = 1: يشير إلى أن المجموعات السكانية مختلفة تمامًا من الناحية الوراثية، ولا يوجد أي تداخل بينها.
  • 0 < FST < 1: يشير إلى وجود درجة معينة من التباين الوراثي بين المجموعات السكانية، وكلما اقتربت القيمة من 1، زاد الاختلاف بينها.

يمكن تفسير قيمة FST على أنها مقياس لدرجة القرابة الوراثية بين المجموعات السكانية. فكلما كانت قيمة FST أقل، زادت درجة القرابة الوراثية بين المجموعات السكانية، والعكس صحيح.

حساب مؤشر التثبيت (FST)

هناك عدة طرق لحساب مؤشر التثبيت، وتعتمد الطريقة المناسبة على نوع البيانات الوراثية المتاحة. إحدى الطرق الشائعة هي استخدام تحليل التباين الوراثي (Analysis of Variance – ANOVA) لتقدير مكونات التباين داخل وبين المجموعات السكانية. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المكونات لحساب FST.

بشكل عام، يمكن تمثيل معادلة FST على النحو التالي:

FST = (HT – HS) / HT

حيث:

  • HT: هو التباين الوراثي الكلي في جميع المجموعات السكانية.
  • HS: هو متوسط التباين الوراثي داخل المجموعات السكانية.

في الممارسة العملية، غالبًا ما يتم استخدام برامج الكمبيوتر المتخصصة لحساب FST، حيث أنها تتضمن خوارزميات أكثر تعقيدًا تأخذ في الاعتبار عوامل مختلفة مثل حجم العينة، وتوزيع الترددات الأليلية، وأنماط التهجين.

تطبيقات مؤشر التثبيت (FST)

يُستخدم مؤشر التثبيت (FST) في مجموعة واسعة من التطبيقات في علم الوراثة السكانية وعلم الأحياء التطوري، بما في ذلك:

  • دراسة التنوع الوراثي البشري: يُستخدم FST لفهم كيفية توزيع التنوع الوراثي بين المجموعات السكانية البشرية المختلفة، وكيف تطورت هذه الاختلافات عبر الزمن. يمكن أن يساعد ذلك في تتبع الهجرات البشرية القديمة، وفهم العلاقة بين المجموعات السكانية المختلفة.
  • الحفاظ على الأنواع المهددة بالانقراض: يُستخدم FST لتقييم التنوع الوراثي داخل المجموعات السكانية المهددة بالانقراض، وتحديد المجموعات السكانية التي تحتاج إلى حماية خاصة. يمكن أن يساعد ذلك في تصميم استراتيجيات فعالة للحفاظ على التنوع الوراثي لهذه الأنواع.
  • دراسة تطور الأمراض: يُستخدم FST لتحديد الجينات المرتبطة بالأمراض، وفهم كيفية اختلاف ترددات هذه الجينات بين المجموعات السكانية المختلفة. يمكن أن يساعد ذلك في تطوير علاجات أكثر فعالية للأمراض.
  • تحسين المحاصيل الزراعية: يُستخدم FST لتقييم التنوع الوراثي بين سلالات المحاصيل الزراعية المختلفة، وتحديد السلالات التي تحمل جينات مرغوبة. يمكن أن يساعد ذلك في تطوير محاصيل زراعية أكثر إنتاجية ومقاومة للأمراض.
  • علم الطب الشرعي: يُستخدم FST في تحليل الحمض النووي لتحديد هوية الأفراد، وتحديد العلاقات الوراثية بين الأفراد. يمكن أن يساعد ذلك في حل الجرائم، وتحديد هوية ضحايا الكوارث.

العوامل المؤثرة على مؤشر التثبيت (FST)

تتأثر قيمة FST بعدة عوامل، بما في ذلك:

  • حجم العينة: يمكن أن يؤثر حجم العينة على دقة تقدير FST. كلما كان حجم العينة أكبر، كان التقدير أكثر دقة.
  • عدد المواقع الوراثية المدروسة: يمكن أن يؤثر عدد المواقع الوراثية (مثل علامات SNP) المدروسة على دقة تقدير FST. كلما زاد عدد المواقع الوراثية المدروسة، كان التقدير أكثر دقة.
  • الطفرات: يمكن أن تؤدي الطفرات إلى زيادة التباين الوراثي داخل المجموعات السكانية، وبالتالي خفض قيمة FST.
  • الانحراف الوراثي: يمكن أن يؤدي الانحراف الوراثي إلى زيادة الاختلافات الوراثية بين المجموعات السكانية، وبالتالي رفع قيمة FST.
  • الهجرة: يمكن أن تؤدي الهجرة إلى تقليل الاختلافات الوراثية بين المجموعات السكانية، وبالتالي خفض قيمة FST.
  • الانتقاء الطبيعي: يمكن أن يؤدي الانتقاء الطبيعي إلى زيادة أو تقليل الاختلافات الوراثية بين المجموعات السكانية، اعتمادًا على طبيعة الانتقاء.

تفسير قيم مؤشر التثبيت (FST)

يعتمد تفسير قيم FST على السياق الذي يتم فيه استخدامه. بشكل عام، يمكن اعتبار القيم التالية مؤشرات تقريبية:

  • 0 – 0.05: اختلاف وراثي قليل.
  • 0.05 – 0.15: اختلاف وراثي معتدل.
  • 0.15 – 0.25: اختلاف وراثي كبير.
  • > 0.25: اختلاف وراثي كبير جدًا.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن هذه القيم هي مجرد إرشادات تقريبية، وأن التفسير الدقيق لقيم FST يجب أن يعتمد على معرفة تفصيلية بالتاريخ الديموغرافي والوراثي للمجموعات السكانية المدروسة.

مقارنة FST بمقاييس التباين الوراثي الأخرى

بالإضافة إلى FST، هناك مقاييس أخرى تستخدم لتقييم التباين الوراثي بين المجموعات السكانية، مثل:

  • GST: هو مقياس مشابه لـ FST، ولكنه يستخدم بشكل خاص للبيانات الوراثية متعددة المواقع (multilocus data).
  • RST: هو مقياس يستخدم لتقييم التباين الوراثي بين المجموعات السكانية بناءً على بيانات الأقمار الصناعية الصغيرة (microsatellites).
  • D: هو مقياس يقيس التباين الوراثي المطلق بين المجموعات السكانية، بدلاً من النسبة المئوية من التباين الكلي.

يعتمد اختيار المقياس المناسب على نوع البيانات الوراثية المتاحة، والسؤال البحثي المطروح.

مثال على استخدام مؤشر التثبيت (FST)

لنفترض أننا نريد دراسة التباين الوراثي بين ثلاث مجموعات سكانية من نوع معين من الأسماك تعيش في ثلاث بحيرات مختلفة. قمنا بجمع عينات من الأسماك من كل بحيرة، وقمنا بتحليل الحمض النووي الخاص بها في عدد من المواقع الوراثية. باستخدام برنامج كمبيوتر متخصص، قمنا بحساب قيم FST بين كل زوج من المجموعات السكانية. النتائج كانت كالتالي:

  • FST بين البحيرة 1 والبحيرة 2 = 0.03
  • FST بين البحيرة 1 والبحيرة 3 = 0.10
  • FST بين البحيرة 2 والبحيرة 3 = 0.12

بناءً على هذه النتائج، يمكننا أن نستنتج أن المجموعات السكانية في البحيرة 1 والبحيرة 2 متشابهة وراثيًا بشكل كبير، بينما المجموعات السكانية في البحيرة 1 والبحيرة 3 والبحيرة 2 والبحيرة 3 أكثر اختلافًا وراثيًا. يمكن أن يعكس هذا الاختلاف الاختلافات في الظروف البيئية بين البحيرات، أو الاختلافات في التاريخ الديموغرافي للمجموعات السكانية.

القيود والتحديات

على الرغم من أن FST هو أداة قوية لتحليل التباين الوراثي، إلا أنه يواجه بعض القيود والتحديات:

  • افتراضات النموذج: تعتمد حسابات FST على افتراضات معينة حول النموذج الوراثي، مثل التوازن Hardy-Weinberg. قد يؤدي انتهاك هذه الافتراضات إلى تقديرات غير دقيقة.
  • التحيز الناتج عن العلامات: يمكن أن يؤدي اختيار العلامات الوراثية المستخدمة لحساب FST إلى التحيز. على سبيل المثال، قد تؤدي العلامات المرتبطة بالانتقاء إلى تضخيم الاختلافات بين المجموعات السكانية.
  • تفسير القيم الصغيرة: قد يكون من الصعب تفسير القيم الصغيرة لـ FST. قد تشير هذه القيم إلى نقص حقيقي في التباين الوراثي، أو قد تكون نتيجة لحجم العينة الصغير أو الأخطاء التجريبية.

خاتمة

مؤشر التثبيت (FST) هو أداة قوية لتقييم التباين الوراثي بين المجموعات السكانية. يُستخدم على نطاق واسع في علم الوراثة السكانية وعلم الأحياء التطوري لدراسة التنوع الوراثي البشري، والحفاظ على الأنواع المهددة بالانقراض، ودراسة تطور الأمراض، وتحسين المحاصيل الزراعية، وعلم الطب الشرعي. ومع ذلك، من المهم أن ندرك القيود والتحديات المرتبطة باستخدام FST، وأن نفسر النتائج بحذر.

المراجع