맨위로가기

기원에 따른 일치

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

기원에 따른 일치(IBD)는 유전체 구역의 공유를 의미하며, 유한한 개체군 내 모든 개체는 과거로 거슬러 올라가면 관련되어 IBD 구역을 공유한다. 감수분열 과정에서 IBD 구역은 재조합으로 쪼개지며, IBD 구역의 길이와 예상 수는 가장 최근의 공통 조상 이후의 세대 수에 따라 달라진다. IBD는 유연관계 정량화, 법의유전학, 유전자 연관 지도 작성, 유전자형 귀속, 하플로타입 위상 추론 등 다양한 분야에 적용된다. IBD 지도는 연관 분석과 유사하게 알려진 가계도 없이도 수행 가능하며, IBD 세그먼트의 분석을 통해 자연 선택의 증거를 찾고, 인구 구조, 병목 현상, 유전자 혼합과 같은 인구 통계학적 기록을 추정하는 데 활용된다. IBD 구역을 감지하기 위한 다양한 방법과 소프트웨어가 존재하며, 연구 목적과 데이터 특성에 따라 적합한 프로그램을 선택하는 것이 중요하다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 고전유전학 - 대립 유전자
    대립 유전자는 염색체 상의 동일한 유전자 자리에 위치하여 서로 다른 표현형을 나타내는 유전자의 변이 형태로, 유전자 활성 차이에 따라 여러 형태로 분류되며 복대립 유전 현상을 통해 다양한 표현형을 만들고 유전 질환 이해 및 유전자 검사에 중요한 역할을 한다.
  • 고전유전학 - 야생형
    야생형은 특정 유전자 좌의 표준적인 대립 유전자의 산물로, 돌연변이 대립 유전자와 대비되며, 유전자 매핑 기술 발전에 따라 종의 지리적 범위에 걸쳐 다양한 형태로 존재하고, 질병 치료, 백신 개발, 농업 생산성 향상 등 다양한 분야에 응용된다.
  • 집단유전학 - 근친교배
    근친교배는 유전적으로 가까운 개체 간의 교배를 의미하며, 유전 질환 발현 가능성을 높이는 등 생물학적 영향과 품종 개량 및 연구에 활용된다.
  • 집단유전학 - 유전적 부동
    유전적 부동은 집단 내 대립형질 빈도가 무작위로 변하는 현상으로, 집단 크기가 작을수록 영향이 커지며 자연 선택과 함께 작용하여 진화에 영향을 미친다.
기원에 따른 일치

2. 이론

유한한 개체군에 속하는 모든 개체는 과거로 충분히 거슬러 올라가면 서로 관련이 있으며, 따라서 유전체의 일부 구역을 동일 조상으로부터 물려받은(IBD) 상태로 공유한다.[39][1] 감수분열 과정에서 일어나는 재조합은 이러한 IBD 구역을 시간이 지남에 따라 더 작은 조각으로 나누는 역할을 한다.[39][1] 결과적으로, 두 개체가 공유하는 IBD 구역의 길이와 수는 그들의 가장 최근의 공통 조상으로부터 얼마나 많은 세대가 지났는지에 따라 달라지게 된다.[40][2]

2. 1. IBD 구역의 길이와 예상

유한한 개체군에 속하는 모든 개체는 과거로 충분히 거슬러 올라가면 서로 관련이 있으므로, 유전체의 일부를 동일 조상으로부터 물려받은(IBD) 상태로 공유한다. 감수분열 시 재조합으로 인해 IBD 구역은 쪼개진다. 따라서 IBD 구역의 예상 길이는 해당 유전자자리를 공유하는 가장 최근의 공통 조상 이후의 세대 수에 따라 결정된다.

과거 ''n'' 세대 전의 공통 조상(즉, 2''n''번의 감수분열 포함)으로부터 유래한 IBD 구역의 길이는 평균 1/(2''n'') 모건(M)으로, 지수 분포를 따른다.[39][1] 예상되는 IBD 구역의 수는 해당 유전자자리를 공유하는 공통 조상 이후의 세대 수가 증가함에 따라 감소한다. 각 감수분열 과정에서 특정 DNA 구역이 전달될 확률은 1/2이므로, 해당 DNA 구역이 두 개체 간에 IBD일 확률은 공통 조상 이후 세대 수 ''n''이 증가함에 따라 2-2''n''으로 감소한다.[40][2]

3. 적용

IBD 구역을 확인하면 다양한 목적으로 사용할 수 있다. 공유하는 IBD의 양(길이와 수)은 검사한 개인 간의 가족 관계에 따라 다르므로, IBD 구역을 탐지하면 유연관계를 정량화할 수 있다.[73][41][70][72][3][4][5][6] 이렇게 측정된 유연관계 정보는 법의학 유전학 분야에서 활용될 수 있으며,[42][7] 유전자 연관 지도 작성[73][43][8] 시 더 많은 정보를 제공하고, 표준 유전자 연관성 연구에서 밝혀지지 않은 친족 관계로 인한 편향을 줄이는 데 도움을 준다.[72][44][6][9]

또한, IBD 정보는 유전자형 귀속이나 하플로타입의 위상을 추론하는 데에도 사용된다.[45][48][46][10][11][12] 한편, 길게 공유된 IBD 구역이 짧은 영역들로 나뉘어 나타나는 경우는 위상 추론 과정에서의 오류를 나타낼 수도 있다.[70][76][5][31]

3. 1. IBD 지도 작성

IBD 지도 작성[73]은 연관 분석과 비슷하지만, 알려진 가계도 없이 관련 없는 개체 집단에서도 수행할 수 있다는 특징이 있다. 이는 여러 희귀 질환 감수성 변이를 포함하는 유전자나 유전체 영역의 지도를 작성하는 힘을 증가시키는 새로운 형태의 연관성 분석으로 볼 수 있다.[72][47][6][13]

시뮬레이션된 데이터를 사용한 연구에서, Browning과 Thompson은 유전자 내의 여러 희귀 변이가 질병 감수성에 기여할 때 IBD 지도 작성이 일반적인 연관성 검사보다 더 높은 통계적 검정력을 가진다는 것을 보여주었다.[47][13] 실제로 IBD 지도 작성을 통해, 표준 연관성 검사로는 찾아내기 어려웠던 고립된 개체군이나 이종교배 개체군에서 게놈 전체적으로 유의미한 영역들이 발견되기도 했다.[48][71][11][14]

IBD 지도 작성은 다양한 질병 연구에 활용되고 있다.

  • Houwen 등은 IBD 공유 정보를 이용하여 고립된 어업 인구 집단에서 양성 재발성 간내 담즙 정체를 일으키는 유전자의 염색체 위치를 특정했다.[49][15]
  • Kenny 등은 고립된 인구 집단을 대상으로 전체 유전체 연관성 연구(GWAS)에서 발견된 혈장 식물 스테롤(PPS) 수치 관련 유전 신호를 정밀하게 분석하는 데 IBD 지도 작성을 사용했다. PPS는 장에서의 콜레스테롤 흡수를 간접적으로 측정하는 지표이다.[50][16]
  • Francks 등은 환자-대조군 샘플의 유전자형 데이터를 분석하여 정신 분열증 및 양극성 장애와 관련될 가능성이 있는 잠재적 감수성 유전자좌를 식별했다.[51][17]
  • Lin 등은 다발성 경화증 환자 데이터 세트 분석을 통해 게놈 전체에서 통계적으로 유의미한 연관 신호를 발견했다.[52][18]
  • Letouzé 등은 암 샘플에서 창시자 돌연변이를 찾는 데 IBD 지도 작성을 활용했다.[53][19]


HapFABIA에 의해 아시아 게놈에서 식별된 IBD 세그먼트. IBD 세그먼트를 태그하는 희귀한 단일 염기 다형성 (SNV)은 보라색으로 표시되어 있다. 청록색 막대 아래에는 고대 게놈의 IBD 세그먼트가 표시된다.

3. 2. IBD의 집단유전학

인간 게놈에서 자연선택의 검출은 검출된 IBD 세그먼트를 통해서도 가능하다. 선택은 일반적으로 모집단의 개인들 사이에서 IBD 세그먼트의 수를 증가시키는 경향이 있으며, 과도한 IBD 공유가 있는 영역을 스캔하여 인간 게놈에서 강력하고 가장 최근에 선택되었던 영역을 식별할 수 있다.[54][55][20][21]

그 외에도 IBD 세그먼트는 인구 구조, 병목 현상, 혼합을 포함한 인구 통계학적 기록 추정에 활용될 수 있다.[72][56][57][58][59][6][22][23][24][25] 구체적으로 구세프(Gusev) 등은 IBD 세그먼트를 추가 모델링과 함께 사용하여 인구 통계학적 역사를 추정할 수 있음을 보여주었다.[57][23] 팔라마라(Palamara) 등과 카르미(Carmi) 등은 유사한 모델을 사용하여 아슈케나즈 유대인과 케냐 마사이족 개인의 인구 통계학적 역사를 재구성했다.[58][59][60][24][25][26] 또한 보티게(Botigué) 등은 유럽 인구 집단 간의 아프리카 기원 차이를 조사했고,[61][27] 랄프(Ralph)와 쿠프(Coop)는 IBD 검출을 사용하여 다양한 유럽 인구 집단의 공통 조상을 정량화했으며,[62][28] 그라벨(Gravel) 등은 아메리카 대륙 인구 집단의 유전적 역사에 대한 결론을 도출하려고 시도했다.[63][29] 링바우어(Ringbauer) 등은 지난 수세기 동안 동유럽 내 분산 추정을 위해 IBD 세그먼트의 지리적 구조를 활용했다.[64][30] 1000 유전체 프로젝트 데이터를 사용하여 호흐라이터(Hochreiter)는 아프리카, 아시아 및 유럽 인구 집단 간의 IBD 공유 차이와 네안데르탈인 또는 데니소바인과 같은 고대 게놈과 공유되는 IBD 세그먼트를 발견했다.[76][31]

4. 방법 및 소프트웨어

관련 없는 개인 간의 기원에 따른 일치(IBD, Identical By Descent) 구역을 감지하는 데 사용되는 다양한 프로그램들이 있다. 각 프로그램은 고유한 알고리즘과 특징을 가지고 있으며, 연구 목적과 데이터 특성에 따라 적합한 것을 선택할 수 있다. 주요 프로그램들은 다음과 같다.


  • [https://www.biorxiv.org/content/early/2017/01/26/103325 RAPID]: Positional Burrows-Wheeler Transform 기술을 활용하여 대규모 바이오뱅크 코호트 데이터에서 매우 빠르게 IBD를 검출한다.[65][32]
  • [http://parente.stanford.edu/ Parente]: 위상(phase) 정보가 없는 유전자형 데이터로부터 개인 쌍 사이의 IBD 구간을 식별한다.[66][33]
  • [http://faculty.washington.edu/browning/beagle/beagle.html BEAGLE/fastIBD]: 게놈 전체의 SNP 데이터를 분석하여 개인 쌍 간의 IBD 구간을 찾는다.[67][34]
  • [https://web.archive.org/web/20131231192206/http://faculty.washington.edu/browning/beagle/b4.html BEAGLE/RefinedIBD]: 해싱(hashing) 기법을 사용하여 개인 쌍의 IBD 구간을 찾고, 가능도 비율(likelihood ratio)을 통해 통계적 유의성을 평가한다.[68][35]
  • [http://faculty.washington.edu/browning/ibdseq.html IBDseq]: 시퀀싱 데이터를 기반으로 개인 쌍 간의 IBD 구간을 감지한다.[69][36]
  • [http://gusevlab.org/projects/germline/ GERMLINE]: 개인 쌍의 IBD 구간을 선형 시간(linear time) 복잡도로 빠르게 찾아낸다.[70][5]
  • [http://www1.cs.columbia.edu/~gusev/dash/ DASH]: 개인 쌍별 IBD 정보를 바탕으로, 동일한 단일 염색체 절편을 공유할 가능성이 있는 개인들의 집단(클러스터)을 추론한다.[71][14]
  • [https://web.archive.org/web/20131124040826/http://pngu.mgh.harvard.edu/~purcell/plink/index.shtml PLINK]: 전체 게놈 연관 분석(GWAS) 및 집단 기반 연관 분석을 위한 종합 도구 세트로, 개인 쌍 간 IBD 구간 검출 기능도 포함한다.[72][6]
  • [http://www.popgen.dk/software/index.php/Relate Relate]: SNP 데이터를 이용하여 특정 유전체 위치에서 개인 쌍이 IBD일 확률을 추정한다.[73]
  • [http://people.binf.ku.dk/ida/Software/MCMC_IBDfinder/ MCMC_IBDfinder]: 마르코프 연쇄 몬테카를로(MCMC) 기법을 사용하여 여러 개인 사이에서 공유되는 IBD 구간을 탐색한다.[74][37]
  • [http://www.cs.ucla.edu/~danhe/Software/IBDGroupon.html IBD-Groupon]: 개인 쌍별 IBD 관계 정보를 활용하여 여러 개인이 동시에 공유하는 그룹 단위의 IBD 구간을 감지한다.[75][38]
  • [http://www.bioinf.jku.at/research/short-IBD/ HapFABIA]: 대규모 시퀀싱 데이터에서 희귀 변이(rare variant)를 특징으로 하는 매우 짧은 IBD 구간을 여러 개인에게서 동시에 식별하는 데 특화되어 있다.[76][31]

참조

[1] 논문 Estimation of Pairwise Identity by Descent from Dense Genetic Marker Data in a Population Sample of Haplotypes
[2] 논문 The IBD process along four chromosomes
[3] 논문 Relatedness mapping and tracts of relatedness for genome-wide data in the presence of linkage disequilibrium
[4] 논문 High-Resolution Detection of Identity by Descent in Unrelated Individuals
[5] 논문 Whole population, genome-wide mapping of hidden relatedness
[6] 논문 PLINK: A Tool Set for Whole-Genome Association and Population-Based Linkage Analyses
[7] 서적 Interpreting DNA Evidence: Statistical Genetics for Forensic Scientists https://books.google[...] Sinauer Associates, Incorporated 1998-01-01
[8] 논문 Estimation of the Inbreeding Coefficient through Use of Genomic Data
[9] 논문 Confounding from Cryptic Relatedness in Case-Control Association Studies
[10] 논문 Detection of sharing by descent, long-range phasing and haplotype imputation
[11] 논문 Low-Pass Genome-Wide Sequencing and Variant Inference Using Identity-by-Descent in an Isolated Human Population
[12] 논문 A Unified Approach to Genotype Imputation and Haplotype-Phase Inference for Large Data Sets of Trios and Unrelated Individuals
[13] 논문 Detecting Rare Variant Associations by Identity-by-Descent Mapping in Case-Control Studies
[14] 논문 DASH: A Method for Identical-by-Descent Haplotype Mapping Uncovers Association with Recent Variation
[15] 논문 Genome screening by searching for shared segments: Mapping a gene for benign recurrent intrahepatic cholestasis http://repub.eur.nl/[...]
[16] 논문 Systematic haplotype analysis resolves a complex plasma plant sterol locus on the Micronesian Island of Kosrae
[17] 논문 Population-based linkage analysis of schizophrenia and bipolar case–control cohorts identifies a potential susceptibility locus on 19q13
[18] 논문 Identity-by-Descent Mapping to Detect Rare Variants Conferring Susceptibility to Multiple Sclerosis
[19] 논문 Identity by Descent Mapping of Founder Mutations in Cancer Using High-Resolution Tumor SNP Data
[20] 논문 Natural Selection and the Distribution of Identity-by-Descent in the Human Genome
[21] 논문 Identity by descent estimation with dense genome-wide genotype data
[22] 논문 Variance of actual inbreeding
[23] 논문 The Architecture of Long-Range Haplotypes Shared within and across Populations
[24] 논문 Length Distributions of Identity by Descent Reveal Fine-Scale Demographic History
[25] 논문 Inference of historical migration rates via haplotype sharing
[26] 논문 The Variance of Identity-by-Descent Sharing in the Wright-Fisher Model
[27] 논문 Gene flow from North Africa contributes to differential human genetic diversity in southern Europe
[28] 논문 The Geography of Recent Genetic Ancestry across Europe
[29] 논문 Reconstructing Native American Migrations from Whole-Genome and Whole-Exome Data
[30] 논문 Inferring Recent Demography from Isolation by Distance of Long Shared Sequence Blocks http://www.genetics.[...] 2017-03-01
[31] 논문 HapFABIA: Identification of very short segments of identity by descent characterized by rare variants in large sequencing data
[32] 문서 Naseri A, Liu X, Zhang S, Zhi D. Ultra-fast Identity by Descent Detection in Biobank-Scale Cohorts using Positional Burrows–Wheeler Transform BioRxiv 2017.
[33] 문서 Rodriguez JM, Batzoglou S, Bercovici S. An accurate method for inferring relatedness in large datasets of unphased genotypes via an embedded likelihood-ratio test. RECOMB 2013, LNBI 7821:212-229.
[34] 논문 A Fast, Powerful Method for Detecting Identity by Descent
[35] 논문 Improving the Accuracy and Efficiency of Identity-by-Descent Detection in Population Data
[36] 논문 Detecting Identity by Descent and Estimating Genotype Error Rates in Sequence Data
[37] 논문 A method for detecting IBD regions simultaneously in multiple individuals--with applications to disease genetics
[38] 논문 IBD-Groupon: An efficient method for detecting group-wise identity-by-descent regions simultaneously in multiple individuals based on pairwise IBD relationships
[39] 저널 Estimation of Pairwise Identity by Descent from Dense Genetic Marker Data in a Population Sample of Haplotypes
[40] 저널 The IBD process along four chromosomes
[41] 저널 High-Resolution Detection of Identity by Descent in Unrelated Individuals
[42] 서적 Interpreting DNA Evidence: Statistical Genetics for Forensic Scientists https://books.google[...] 1998-01
[43] 저널 Estimation of the Inbreeding Coefficient through Use of Genomic Data
[44] 저널 Confounding from Cryptic Relatedness in Case-Control Association Studies
[45] 저널 Detection of sharing by descent, long-range phasing and haplotype imputation
[46] 저널 A Unified Approach to Genotype Imputation and Haplotype-Phase Inference for Large Data Sets of Trios and Unrelated Individuals https://archive.org/[...]
[47] 저널 Detecting Rare Variant Associations by Identity-by-Descent Mapping in Case-Control Studies
[48] 저널 Low-Pass Genome-Wide Sequencing and Variant Inference Using Identity-by-Descent in an Isolated Human Population
[49] 저널 Genome screening by searching for shared segments: Mapping a gene for benign recurrent intrahepatic cholestasis http://repub.eur.nl/[...]
[50] 저널 Systematic haplotype analysis resolves a complex plasma plant sterol locus on the Micronesian Island of Kosrae
[51] 저널 Population-based linkage analysis of schizophrenia and bipolar case–control cohorts identifies a potential susceptibility locus on 19q13
[52] 저널 Identity-by-Descent Mapping to Detect Rare Variants Conferring Susceptibility to Multiple Sclerosis
[53] 저널 Identity by Descent Mapping of Founder Mutations in Cancer Using High-Resolution Tumor SNP Data
[54] 저널 Natural Selection and the Distribution of Identity-by-Descent in the Human Genome
[55] 저널 Identity by descent estimation with dense genome-wide genotype data
[56] 저널 Variance of actual inbreeding
[57] 저널 The Architecture of Long-Range Haplotypes Shared within and across Populations
[58] 저널 Length Distributions of Identity by Descent Reveal Fine-Scale Demographic History https://archive.org/[...]
[59] 저널 Inference of historical migration rates via haplotype sharing
[60] 저널 The Variance of Identity-by-Descent Sharing in the Wright-Fisher Model
[61] 저널 Gene flow from North Africa contributes to differential human genetic diversity in southern Europe
[62] 저널 The Geography of Recent Genetic Ancestry across Europe
[63] 저널 Reconstructing Native American Migrations from Whole-Genome and Whole-Exome Data
[64] 저널 Inferring Recent Demography from Isolation by Distance of Long Shared Sequence Blocks http://www.genetics.[...] 2017-03-01
[65] 간행물 Ultra-fast Identity by Descent Detection in Biobank-Scale Cohorts using Positional Burrows–Wheeler Transform
[66] 간행물 An accurate method for inferring relatedness in large datasets of unphased genotypes via an embedded likelihood-ratio test
[67] 저널 A Fast, Powerful Method for Detecting Identity by Descent https://archive.org/[...]
[68] 저널 Improving the Accuracy and Efficiency of Identity-by-Descent Detection in Population Data
[69] 저널 Detecting Identity by Descent and Estimating Genotype Error Rates in Sequence Data
[70] 저널 Whole population, genome-wide mapping of hidden relatedness
[71] 논문 DASH: A Method for Identical-by-Descent Haplotype Mapping Uncovers Association with Recent Variation
[72] 논문 PLINK: A Tool Set for Whole-Genome Association and Population-Based Linkage Analyses
[73] 논문 Relatedness mapping and tracts of relatedness for genome-wide data in the presence of linkage disequilibrium
[74] 논문 A method for detecting IBD regions simultaneously in multiple individuals--with applications to disease genetics
[75] 논문 IBD-Groupon: An efficient method for detecting group-wise identity-by-descent regions simultaneously in multiple individuals based on pairwise IBD relationships
[76] 논문 HapFABIA: Identification of very short segments of identity by descent characterized by rare variants in large sequencing data


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com