最近在阅读文献时遇到了==“genomic island”的概念，其概念并不难理解，但是其形成的机制之一“selective sweep”==比较难理解。之前在一篇综述（Variation of the adaptive substitution rate between species and within genomes）中我一度以为自己已经理解了此概念，但是将自己理解的概念运用到研究性文章中却发生了诸多不符……

1 selective sweep

第一次看到这个概念是在一篇综述中看到的，原文的解释是：
“The process by which a beneficial substitution reduces genetic diversity at linked positions."
浅显的理解就是：
在连锁的位点中，其中一个位点受到选择，从而降低了其他连锁位点的遗传多样性，这个过程就称为 selective sweep。
但是，最近在阅读一篇关于 **“genomic island”**的文章时，却因为对其概念的模糊，始终不能理解selective sweep的过程是如何塑造genome island的……

在理解selective sweep之前需要先弄明白一些与之相关的概念：
（1）关于中性理论：
中性理论认为，在一个新的突变在群体中出现后，因基因流的作用，其需要一定的时间在群体中才能达到一定的频率。
（2）连锁衰变：
即新突变周围的连锁强度会因为频繁的重组而下降。
（3）正选择：
即定向选择，如果新突变在群体中具有较高的适合度效应，从而受到正选择的作用，新突变会在群体中快速达到较高的频率。

进一步理解selective sweep：

现在想像一下，在上述三种情况同时发生在一个位点上：
在某一群体中，出现了一个新的突变，一方面，因其具有较高的适合度而受到较强的正选择，快速的在群体中达到了一定的频率；另一方面，由于正选择的作用，其连锁衰变的过程大大缩短，导致新突变及其周围的区域（haplotype）仍保持较强的连锁强度，导致新突变周围的整片区域在群体中几乎被固定，从而降低了此区域的遗传多样性。而上述的过程就是selective sweep。

2 genomic island

现在再来解决我遇到的问题：

概念

首先看一下关于genomic island的解释：
“genomic islands” as peaks of high relative sequence divergence ($F_{st}$) that stand out against a lower “sea” of divergence.
这个概念并不难理解，附上文章的插图更加直观：

成因：

对于文章的解读，我是在genomic island的成因上遇到困难的……
关于genomic island的成因，一般认为有两种：
假说一：gene flow barrier
情形一：相关区域正在经历歧化选择（disruptive selection），这个假说不难理解，即在群体中存在两种haplotype，二者都具有较高且相当的适合度，从而被选择，因而两种haplotype在群体中被固定，而基因组的其他区域由于没有基因流阻碍，序列的分化程度较低，最终经历歧化选择的区域stand out，称为genomic island。
情形二：位点间的连锁，此情形与selective sweep类似。
假说二：selective sweep，见下文。

结合实例

上文提及的研究是以Antirrhinum majus为研究材料的花色研究。
在西班牙的巴塞罗那向比利牛斯山脉附近，存在一片A. majus的自然杂交区（hybrid zone），杂交区两边分别由A. majus两个亚种组成的纯色群体：A. m. striatum和A. m. pseudomajus，前者为黄色花，后者为紫色花，两群体间即为杂交区。

在两个群体中花色在一定程度上被连锁的haplotype控制，即ROS-EL。
因为两种花色在杂交区两边分别受到了选择，所以，两种单倍型ros-EL和ROS-el在杂交区两边分别被选择，因此分别在两个群体中达到了极高的基因频率，最终在此区域形成高群体分化。但是，过程并不像上述结果那样简单，ROS-EL位点形成的genomic island并不是一次性形成的……
群体分化指数$F_{st}$：
$$F_{st}=\frac{{\pi }_b-{\pi }_w}{{\pi }_b+{\pi }_w},\{\begin{array}{l}{\pi }_b:\text{群体间分化指数}\\ {\pi }_w:\text{群体内分化指数}\end{array}$$
从公式中可以发现，导致$F_{st}$增加的情况有三种：${\pi }_b$增加；${\pi }_w$减少；二者同时发生。
而在此研究中，ROS和EL位点虽然连锁，但是两个位点是分别被固定，也就是说，在两个群体中，分别至少经历了两次（总共四次）selective sweep才形成genomic island的。
此外，通过对重组进行分析发现，在更大的区域范围中，genomic island对应的区域具有相对高的重祖率，因此两位点间的连锁无法解释genomic island的出现。另外，在早年此团队的研究中，已经证明在整个区域内对花色性状存在歧化选择（杂交区两边的群体分别对两种表型存在选择），所以作者认为在此研究中，两种假说（selective sweep和gene flow barrier）共同解释genomic island的形成。

END！