[論文レビュー] SWEEPFINDER2: Increased sensitivity, robustness, and flexibility

Michael DeGiorgio, Christian D. Huber+3 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2015

Evolution and Genetic Dynamics参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

SWEEPFINDER2 は、変異率の変動やバックグラウンド選択に対する耐性を高め、ゲノム領域の分析における柔軟性を向上させることで、ゲノムデータにおける最近の正の選択の検出を向上させた SweepFinder ソフトウェアの強化版である。不変部位を組み込み、テスト部位間の固定間隔を許容することで、前駆体よりも検出力と正確性が著しく向上した。

ABSTRACT

SweepFinder is a popular program that implements a powerful likelihood-based method for detecting recent positive selection, or selective sweeps. Here, we present SweepFinder2, an extension of SweepFinder with increased sensitivity and robustness to the confounding effects of mutation rate variation and background selection, as well as increased flexibility that enables the user to examine genomic regions in greater detail and to specify a fixed distance between test sites. Moreover, SweepFinder2 enables the use of invariant sites for sweep detection, increasing both its power and precision relative to SweepFinder.

研究の動機と目的

• 変異率の変動やバックグラウンド選択などの混同的進化的要因に対する SweepFinder の感受性および耐性の制限を是正する。
• 不変部位を分析に組み込むことで、正の選択スイープ検出の検出力と正確性を向上させる。
• ユーザーがテスト部位間の固定距離を指定できるようにし、ゲノム領域の分析における柔軟性を高める。
• 選択下のゲノム領域を詳細かつ高分解能でスキャンするためのソフトウェアの使いやすさを向上させる。
• 集団ゲノムデータにおける最近の正の選択の検出に、より信頼性の高いフレームワークを提供する。

提案手法

• SweepFinder の尤度ベースの枠組みを不変部位の組み込みに適応させ、統計的検出力を向上させる。
• ユーザーが指定するテスト部位間の間隔を許容する柔軟なスライディングウインドウ手法を導入し、高分解能分析を可能にする。
• 背後にある統計モデルを変更し、バックグラウンド選択および変異率の不均一性に対応させ、耐性を向上させる。
• カスタマイズ可能な入力形式と詳細な出力をサポートするモジュラーソフトウェアアーキテクチャを実装する。
• 尤度比検定を用いて、正の選択スイープを伴うモデルと伴わないモデルを比較し、正の選択下にある領域を同定する。
• 性能の妥当性を検証するため、多様な人口動態的および選択的シナリオ下でコalescentベースの前向きシミュレーションフレームワークを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不変部位の組み込みが、正の選択スイープ検出の感受性および正確性をどの程度向上させるか？
• RQ2 SweepFinder と比較して、SWEEPFINDER2 は変異率の変動やバックグラウンド選択によって引き起こされる誤検出をどの程度低減するか？
• RQ3 テスト部位間に固定された間隔を指定することで、SWEEPFINDER2 はより高分解能でのスイープ検出が可能になるか？
• RQ4 シミュレーション研究において、SWEEPFINDER2 は多様な人口動態的モデルおよび選択シナリオでどの程度の性能を示すか？
• RQ5 柔軟なゲノム領域解析が、実際の集団ゲノムデータにおける生物学的に意味のあるスイープを同定する上でどのような影響を与えるか？

主な発見

• SWEEPFINDER2 は、特に低多様性領域において、元の SweepFinder よりも最近の正の選択の検出感度が著しく向上していることが示された。
• 不変部位の組み込みにより、特に低カバレッジまたは低多様性のゲノム領域において、統計的検出力が明確に向上した。
• バックグラウンド選択や変異率の変動による混同効果に対する耐性が向上し、誤検出率が低下した。
• テスト部位間の固定距離を指定できる機能により、スイープの高分解能検出が可能になり、選択された遺伝子座の正確な局在化が可能になった。
• シミュレーション結果から、SWEEPFINDER2 は、集団の Bottleneck や拡張を含む多様な人口動態的モデルでも高い正確性を維持することが確認された。
• 実データのテストでは、SWEEPFINDER2 が、SweepFinder が見逃した、あるいはより低い信頼性で検出されたヒトおよびドーパミラのゲノムで生物学的に妥当なスイープを同定した。