Duplikasi gen

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Sebuah skema bagian kromosom sebelum dan sesudah kejadian duplikasi

Duplikasi gen (ataupun duplikasi kromosom atau amplifikasi gen) merupakan kejadian bergandanya (duplikasi) suatu daerah bagian DNA yang mengandung gen. Ia dapat terjadi sebagai kesalahan pada rekombinasi homolog, kejadian retrotransposisi, ataupun duplikasi keseluruhan kromosom.^[1] Kopi kedua dari gen ini seringkali terbebas dari tekanan seleksi, yakni bahwa mutasi ini tidak memiliki efek merugikan pada organisme inang. Oleh karenanya, gen ini bermutasi lebih cepat dari generasi ke generasi organisme.
Duplikasi merupakan lawan dari delesi. Duplikasi terjadi akibat dari suatu kejadian yang disebut sebagai pindah silang. Ini terjadi semasa meiosis antara kromosom homolog yang salah jajar. Peluang hal ini terjadi adalah berupa fungsi derajat perkongsian elemen berulang antara dua kromosom. Produk rekombinasi adalah duplikasi pada daerah pertukaran dan delesi timbalbalik.^[2]

duplikasi Gene sebagai event evolusi

Duplikasi gen diyakini memainkan peran utama dalam evolusi ; posisi ini telah dipegang oleh anggota komunitas ilmiah selama lebih dari 100 tahun. ^[3] Susumu Ohno adalah salah satu pengembang yang paling terkenal dari teori ini dalam buku klasiknya Evolution oleh gen duplikasi (1970) ^[4] . Ohno argued that gene Ohno berpendapat bahwa duplikasi gen adalah kekuatan evolusi paling penting karena munculnya nenek moyang bersama universal . ^[5] Mayor genom duplikasi kegiatan yang tidak biasa. Hal ini diyakini bahwa seluruh ragi genom mengalami duplikasi sekitar 100 juta tahun yang lalu ^[6] . Tanaman adalah genom duplikator yang paling produktif. Sebagai contoh, gandum adalah hexaploid (sejenis polyploid ), artinya memiliki enam salinan genom tersebut.
Duplikasi dari hasil gen dalam salinan tambahan yang bebas dari tekanan selektif. Hal ini memungkinkan salinan baru gen bermutasi tanpa konsekuensi merusak organisme. Kebebasan dari konsekuensi ini memungkinkan untuk mutasi gen baru yang berpotensi dapat meningkatkan kebugaran organisme atau kode untuk fungsi baru.. Contoh dari ini adalah jelas mutasi gen pencernaan digandakan dalam sebuah keluarga ikan es menjadi gen antibeku.
Kedua gen yang ada setelah acara duplikasi gen disebut paralogs dan biasanya kode untuk protein dengan fungsi yang sama dan / atau struktur. Sebaliknya, orthologous gen yang mana kode untuk protein dengan fungsi yang sama namun ada di spesies yang berbeda, dan diciptakan dari spesiasi acara. (Lihat homologi urutan dalam genetika ).
Hal ini penting (tapi sering sulit) untuk membedakan antara paralogs dan orthologs dalam penelitian biologi. Percobaan pada fungsi gen manusia sering dapat dilakukan di lain spesies jika homolog ke gen manusia dapat ditemukan dalam genom spesies itu, tapi hanya jika homolog adalah orthologous. Jika mereka paralogs dan hasil dari aktivitas duplikasi gen, fungsi mereka mungkin terlalu berbeda.
Segmen paralogous dapat mengulangi dengan urutan kesamaan urutan lebih dari 90%. Dalam kasus tersebut, mereka dikenal sebagai salinan mengulangi rendah (LCRs) meskipun mereka tidak berulang-ulang urutan tinggi. Mereka kebanyakan ditemukan di pericentronomic , subtelomeric dan interstisial daerah kromosom. The LCRs, karena ukuran mereka (> 1KB), kesamaan, dan orientasi, sangat rentan terhadap duplikasi dan penghapusan. Genomik penataan ulang ini disebabkan oleh mekanisme non-alelik rekombinasi homolog . Variasi genomik yang dihasilkan tergantung dosis menyebabkan gangguan neurologis gen seperti seperti sindrom Rett dan -Merzbacher penyakit Pelizaeus . ^[7]

duplikasi Gene sebagai amplifikasi

Gene duplikasi tidak selalu merupakan perubahan yang berlangsung dalam genom suatu spesies. Bahkan, perubahan tersebut sering tidak terakhir masa lalu organisme inang awal. Dari perspektif genetika molekular , amplifikasi adalah salah satu dari banyak cara di mana gen dapat diekspresikan . amplifikasi genetik dapat terjadi artifisial, seperti dengan menggunakan polymerase chain reaction teknik untuk memperkuat untai pendek DNA in vitro menggunakan enzim , atau bisa terjadi secara alami, seperti dijelaskan di atas. Jika itu adalah duplikasi alam, masih dapat terjadi dalam sel somatik , bukan germline sel (yang akan diperlukan untuk perubahan evolusi langgeng).
Juga, dalam hal baik, duplikasi dapat dan sering sedikit atau sangat merugikan. Sebagai contoh, duplikasi dari onkogen adalah penyebab umum dari berbagai jenis kanker , seperti halnya dengan P70-S6 Kinase 1 amplifikasi dan kanker payudara . ^[8] Dalam kasus seperti ini, duplikasi genetik terjadi pada sel somatik dan hanya mempengaruhi genom sel kanker itu sendiri, bukan seluruh organisme, apalagi keturunan berikutnya.

microarray Genom mendeteksi duplikasi

Seperti teknologi genomik mikroarray , juga disebut array komparatif hibridisasi genom (array CGH), digunakan untuk mendeteksi kelainan kromosom, seperti microduplications, dalam mode throughput tinggi dari sampel DNA genomik. Secara khusus, DNA microarray teknologi secara bersamaan dapat memantau tingkat ekspresi ribuan gen di banyak perawatan atau kondisi eksperimental, memfasilitasi studi evolusi regulasi gen setelah duplikasi gen atau spesiasi .

Referensi

1. ^ Zhang J (2003). ^ Zhang J (2003). "Evolution by gene duplication: an update". Trends in Ecology & Evolution 18 (6): 292–8. doi : 10.1016/S0169-5347(03)00033-8 . "Evolusi oleh duplikasi gen: update". Tren Ekologi & Evolution 18 (6): 292-8. DOI : 10.1016/S0169-5347 (03) 00033-8 .  
2. ^ http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=3562 ^ http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=3562
3. ^ Taylor JS, Raes J (2004). ^ Taylor JS, Raes J (2004). "Duplication and divergence: the evolution of new genes and old ideas". Annu. "Duplikasi dan perbedaan: evolusi gen baru dan ide-ide lama". Annu. Rev. Genet. 38 : 615–43. doi : 10.1146/annurev.genet.38.072902.092831 . PMID 15568988 . Rev Genet:. 38 615-43. DOI : 10.1146/annurev.genet.38.072902.092831 . PMID 15568988 .  
4. ^ Ohno, S. (1970). Evolution by gene duplication . Springer-Verlag . ISBN 0-04-575015-7 . ^ Ohno, S. (1970). Evolution oleh duplikasi gen. Springer-Verlag . ISBN 0-04-575015-7 .  
5. ^ Ohno, S. (1967). Sex Chromosomes and Sex-linked Genes . Springer-Verlag . ISBN 91-554-5776-2 . ^ Ohno, S. (1967) dan Jenis Kelamin. Kromosom-link Gen Seks. Springer-Verlag . ISBN 91-554-5776-2 .  
6. ^ Kellis M, Birren BW, Lander ES (April 2004). ^ Kellis M, BW Birren, Lander ES (April 2004). "Proof and evolutionary analysis of ancient genome duplication in the yeast Saccharomyces cerevisiae". Nature 428 (6983): 617–24. doi : 10.1038/nature02424 . PMID 15004568 . "Bukti dan analisa evolusi genom duplikasi kuno dalam ragi Saccharomyces cerevisiae" 428. Alam (6983): 617-24. DOI : 10.1038/nature02424 . PMID 15004568 .  
7. ^ Lee JA, Lupski JR (October 2006). ^ Lee JA, Lupski JR (Oktober 2006). "Genomic rearrangements and gene copy-number alterations as a cause of nervous system disorders". Neuron 52 (1): 103–21. doi : 10.1016/j.neuron.2006.09.027 . PMID 17015230 . "Genom penataan ulang dan jumlah salinan gen-perubahan sebagai penyebab dari gangguan sistem saraf" 52. Neuron (1): 103-21. DOI : 10.1016/j.neuron.2006.09.027 . PMID 17015230 .  
8. ^ "Entrez Gene: RPS6KB1 ribosomal protein S6 kinase, 70kDa, polypeptide 1" . http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=6198 . ^ "Entrez Gene: RPS6KB1 ribosomal protein kinase S6, 70kDa, polipeptida 1" . http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=6198 .  
9. ^ Mao R, Pevsner J (2005). ^ Mao R, Pevsner J (2005). "The use of genomic microarrays to study chromosomal abnormalities in mental retardation". Ment Retard Dev Disabil Res Rev 11 (4): 279–85. doi : 10.1002/mrdd.20082 . PMID 16240409 . "Penggunaan mikroarray genom untuk mempelajari kelainan kromosom dalam keterbelakangan mental" 11. An Retard kecacatan Dev Res Rev (4): 279-85. DOI : 10.1002/mrdd.20082 . PMID 16240409 .  
10. ^ Gu X, Zhang Z, Huang W (January 2005). "Rapid evolution of expression and regulatory divergences after yeast gene duplication" . Proc. ^ Gu X, Zhang Z, Huang W (Januari 2005). "evolusi cepat berekspresi dan perbedaan peraturan setelah duplikasi gen ragi" . Proc. Natl. Natl. Acad. Acad. Sci. Sci. USA 102 (3): 707–12. doi : 10.1073/pnas.0409186102 . PMID 15647348 . Amerika Serikat 102 (3): 707-12. DOI : 10.1073/pnas.0409186102 . PMID 15647348 .

PENGERTIAN DUPLIKASI

1. Duplikasi merupakan suatu proses / metode untuk menciptakan duplikat. Duplikasi artinya menciptakan suatu tiruan / cetakan dari aslinya. Tiruan dari duplikat tersebut harus cukup bagus untuk digunakan dalam menciptakan tiruan-tiruan selanjutnya.
2. Dalam MLM, Duplikasi berarti "Mewariskan ke bawah", "Menanamkan pengetahuan", "Mengajarkan", "Melatih" downline-downline anda, semua yang telah anda ketahui atau telah anda pelajari, hal-hal dimana telah membuahkan hasil bagi anda dan akan sangat membantu downline anda.
3. Secara teknis, anda mulai untuk menduplikasikan diri anda kepada downline-downline langsung anda, kemudian downline langsung anda mulai menduplikasikan kepada downline langsungnya juga. Indealnya, proses ini harus mulai dari diri anda sendiri dan bergerak turun hingga distributor terakhir dalam jalurnya.
4. Seperti hal dalam penerapannya, kita harus mempertimbangkan bahwa usaha penduplikasian distributor A disebut berhasil hanya jika distributor B cukup mampu untuk melakukan duplikasi kepada distributor C. Sama halnya juga untuk dapat mempertimbangkan bahwa usaha penduplikasian si B disebut berhasil, B harus dapat melatih si C untuk bisa menduplikasikan kepada D.
5. Apa yang anda butuhkan untuk menduplikasikan kebawah ?
. Sikap
. Keahlian / Strategi
. Pengetahuan
. Kebiasaan / Tujuan
6. Tidak peduli posisi anda itu "D1" ataupun "DE", Duplikasi merupakan kunci untuk menikmati perkembangan dan kunci sukses untuk jangka panjang dalam mengelola jaringan MLM anda.
7. Duplikasi haruslah merupakan inti aktifitas dari setiap dan masing-masing Distributor dalam jaringan anda. Jika duplikasi bukan merupakan ciri utama dari aktivitas jaringan anda, maka yang terjadi adalah downline-downline anda :
. Mungkin harus meraba-raba dalam kegelapan untuk mencoba bekerja dengan sistem tersebut.
. Tidak akan memperoleh manfaat penduplikasian dari kesuksesan masing-masing Upline. Setiap orang mencoba untuk menggunakan pengetahuan dan pengalaman mereka yang masih terbatas untuk mencoba mencapai sukses, yang mana biasanya hanya membuat sesuatu menjadi agak kacau dan rumit. Itulah sebabnya mengapa banyak sekali distributor baru merasa kecil hati.
. Tidak akan pernah mandiri. Mereka biasanya akan lebih banyak mengandalkan upline masing-masing
8. Jika dilaksanakan sebagaimana mestinya, duplikasi akan memberikan hasil "EFEK LIPAT GANDA / MULTIPLIKASI" . Anda harus menyadari bahwa perkembangan dari jaringan anda haruslah merupakan hasil dari pelipatgandaan, bukan penambahan.
Berkembang secara penambahan itu lambat, banyak masalah dan tidak dapat diramalkan, berkembang secara pelipatgandaan itu lebih cepat, lebih sistematis dan dapat diaramalkan.

9. Alasan-alasan mengapa penduplikasian sangat penting:
. Duplikasi memastikan semua downline-downline anda untuk tahu apa yang harus dikerjakan, bagaimana cara mengerjakannya, mencapai hasil lebih cepat dan dalam cara yang lebih sistematis.
. Duplikasi membuat semua downline-downline lebih mandiri, sehingga anda tidak akan merasa terikat. Ini akan membuat anda lebih bebas untuk menjalankan fungsi-fungsi kepemimpinan pada jaringan anda.
. Duplikasi menciptakan "Efek Lipat Ganda", sehingga pendapatan anda juga dapat berlipat ganda.

Metode Insersi (Lampiran/Sisipan)

12.  Metode Insersi (Lampiran/Sisipan)
Metode lampiran (insersi), merupakan metode yang baru diperkenalkan belakangan ini. Sehingga metode ini belum begitu dikenaldan populer, tetapi telah sering terlaksana dalam berbagai media dan berdaya guna.
Metode lampiran (insersi), yaitu cara menyajjikan bahan/materi pelajaran dengan cara; inti sari ajaran-ajaran Islam atau jiwa agama/emosi religius diselipkan/disisipkan di dalam mata pelajaran umum (ilmu-ilmu yang bersifat sekuler).
Sifat penyisipan jiwa agama ke dalam mata pelajaran umum, seperti bidang studi hukum, ilmu sosial, ilmu pasti, ilmu sjarah dan bidang-bidang ilmu-ilmu lainnya itu hendaknya disajikan secara halus, sehingga hampir tidak terasa/kentara, bahwa sesungguhnya siswa/mahasiswa telah mendapat suntikan atau santapan rohaniah (agama).
Pelaksanaan pengajaran melalui metode insersi atau lampiran ini dilihat dari segi waktu pelaksanaannya, tidaklah terlalu memakan banyak waktu, sebab disaat berlangsungnya atau berakhirnya pelajaran umum lalu dihubungkan sebentar (2 atau 3 menit), dengan hal-hal yang mengandung nilai agama, baik dengan melalui prolog, melalui cerita mini maupun dengan melalui penguatan dalil logika, yang dapat menggugah semangat dan perhatian siswa/mahasiswa.
Namun yang penting disini, sebagaimana guru dapat merencanakan persiapan mengajar sebaik-baiknya, sebab disini tujuan pokok adalah mengajarkan pelajaran umum. Sedangkan pelajaran agama hanya bersifat sisipan/selipan saja. Guru umum dalam menyajikan pelajaran umum menyisipkan nilai agama disaat ia mengajar umum itu.
Kebaikan metode lampiran/insersi :

1. Dalam pelaksanaannya, melalui metode ini, tidak banyak memakan waktu. Sebab dengancara menyisipkan secara halus terhadap jiwa agama dalam vak umum, guru hanya memerlukan waktu berkisar, 2 sampai 3 menit saja.

1. Siswa dengan tanpa disadari, telah mendapatkan pengetahuan dan pengalaman berupa agama berupa santapan rohaniah
2. Merupakan selingan yang bermanfaat, dan bernilai ibadah.
3. Tidak memerlukan saran/peralatan yang memadai

Keluhan metode ini :

1. Penyajian pelajaran agama tidak mendalam, karena materi pelajaran agama hanya diberikan sambil lalu

1. Dapat mengaburkan persepsi anak didik terhadap agama, bila guru tidak pandai membawa murid/siswa kepad pengertian yang jelas. Sebab guru tidak memiliki jiwa agama dan pengetahuan yang cukup. Semestinya sang guru memiliki jiwa agama/motivasi keagamaan yang kuat.
2. Memerlukan kemahiran dan kejelian dalam membaca situasi kelas, jangan sampai kentara, namun mengena.
3. Memerlukan perencanaan yang matang. Hal ini merupakan tantangan bagi guru-guru umum, agar dapat memberi napas agama pada tugas-tugas mengajar mereka.

Saran-saran pelaksanaannya :

1. Sebelum pelajaran disajikan di sekolah, ada dua hal yang perlu diwujudkan oleh seorang guru, yaitu :

1. Persiapan mengajar yang matang setiap kali pertemuan
2. Perencanaan yang serasi mengenai situasi dan kondisi kelas dengan materi pelajaran pokok / umum

1. Menyajikan bahan pelajaran agama tersebut disesuaikan dengan taraf perkembangan dan pemikiran anak didik/mahasiswa
2. Memerlukan keseungguhan dan penghayatan jiwa agama yang tinggi dari guru yang memegang mata pelajaran umum

Dalam sejarah, metode lampiran/insersi ini telah dipakai sejak zaman Yunani Kuno. Demikian dalam abad pertengahan Immanuel Kant dan Haigel, telah memanfaatkan cara ini dalam mengembangkan misi agama Kristen.

Evolusi dan Genetika Populasi Molekuler

Evolusi dan Genetika Populasi Molekuler

Selama bertahun-tahun, para ahli biokimia dan ahli biologi molekuler telah menganggap kajian evolusioner sebagai spekulasi liar, asumsi-asumsi yang tidak beralasan, dan metdologi yang tidak disiplin. Meskipun anggapan ini tidak akurat, diperkenalkannya metode-metode molekuler tidak diragukan lagi telah mengubah evolusi menjadi sebuah sains “keras” dimana parameter-parameter yang relevan bisa diukur, dihitung, atau diolah dari data empiris, dan teori-teori bisa diuji terhadap realitas. Dugaan-dugaan dalam kajian-kajian evolusioner saat ini memiliki tujuan yang sama seperti dalam ilmu fisika: kajian-kajian ini bersifat hipotesis kuantitatif untuk mendukung penelitian eksperimental sehingga teori bisa diverifikasi, disaring, atau disangkal... kajian-kajian evolusioner telah mencapai apa yang disebutkan oleh sir William Herschel di tahun 1831 sebagai tujuan sebenarnya dari semua ilmu alam: yaitu merangkai komponen dasar “dengan jelas dan umum, tetapi dengan ketepatan yang mungkin dalam tempat, bobot, dan ukuran.”
Wen-Hsiung Li dan Dan Graur (1991)


Teori-teori utama tentang evolusi molekuler – model netral Kimura, model Ohta, dan model seleksi episodik dan penyeimbang Gillespie – masing-masing konsisten dengan sekurang-kurangnya beberapa aspek dari data allozim dan DNA. Akan tetapi, tak satupun dari model ini bisa bisa mewakili semua pengamatan empiris yang ada. Pemahaman tentang bukti akan memerlukan sebuah teori komprehensif yang menekanan tekanan kuat dan lemah yang bekerja secara simultan di bawah hambatan-hambatan ikatan genetik dan ukuran populasi. Martin Kreitman dan Hiroshi Akashi (1995)

Variasi-variasi genetika molekuler, seperti variasi alel dan variasi rantai nukleotida, menjadi penjelasan dasar bagi variasi genetik yang terdapat pada sebuah organisme. Hal-hal yang mempengaruhi jumlah dan pola variasi molekuler – seleksi, perkawinan, penyimpangan genetik, aliran gen, mutasi, dan rekombinasi – sama dengan yang mempengaruhi variasi genetika lainnya, walaupun pengaruhnya mungkin berbeda. Olehnya itu dalam buku ini kita menggunakan contoh-contoh varian molekuler untuk mengilustrasikan imbas dari faktor-faktor ini terhadap variasi genetik. Karena adanya perkembangan dalam bidang genetika molekuler selama sepuluh tahun terakhir, khususnya dalam penentuan rantai nukleotida, maka banyak informasi yang bisa diperoleh, dan tentu lebih banyak lagi di masa mendatang. Analisis data ini dari perspektif evolusioner telah menyebabkan berkembangnya bidang filogenetik molekuler dengan pesat, yang fokus utamanya adalah rekonstruksi hubungan-hubungan evolusioner untuk gen dan spesies. Disini kita akan membahas pengantar, tetapi untuk informasi yang lebih rinci, Li (1997) dan Nei dan Kumar (2000) telah memberikan pembahasan yang lebih lengkap. Fokus utama dari penelitian evolusi molekuler adalah evolusi genom. Kami tidak akan membahas aspek penting dari evolusi molekuler ini, tetapi kami menganjurkan pembahasan rinci yang diberikan oleh Li (1997) tentang duplikasi gen, famili multigen, evolusi dengan transposisi, organisasi genom, dan topik-topik terkait.
   
Tolak-ukur ril yang utama untuk besarnya variasi molekuler dalam populasi diberikan oleh survei-survei allozim yang dilakukan oleh Harris (1966) pada manusia dan Lewontin dan Hubby (1966) pada P. pseudovscura, keduanya menemukan variasi genetik yang besar. Pada tahun 1970an dan 1980an, ratusan penelitian menyusul, yang mendokumentasikan jumlah variasi allozim pada berbagai organisme. Tingginya jumlah variasi genetik yang ditemukan tidak konsisten dengan pandangan klasik tentang variasi genetik, yang memprediksikan bahwa hanya  sedikit gen yang bisa bervariasi. Untuk menjelaskan besarnya variasi genetik ini, Kimura (1968) mengembangkan teori kenetralan (neutrality), dimana variasi genetik dianggap sebagian besar dipengaruhi oleh variasi yang ditimbulkan mutasi dan penyimpangan genetik yang menghilangkannya, dan tidak ada seleksi banding. Teori yang elegan ini telah menjadi sentral dalam memahami evolusi molekuler dan telah memberikan hipotesis null untuk meneliti jumlah dan pola variasi genetika molekuler. Dalam bab ini, kita akan meninjau prediksi-prediksi teori kenetralan (neutrality), uji-uji seleksi untuk data molekuler, diagram-diagram pohon filogenetik, dan analisis paternitas (kebapakan) dan identitas individual.

I. KENETRALAN DAN PREDIKSI TENTANG VARIASI MOLEKULER
   
Ditemukannya banyak variasi genetik untuk loci yang menentukan jenis protein telah menimbulkan silang pendapat mengenai faktor-faktor yang bertanggung jawab terhadap variasi ini. Pendapat terdahulu bisa dikelompokkan menjadi dua pendapat utama yaitu: teori yang menyatakan bahwa kebanyakan varian dipertahankan oleh beberapa bentuk seleksi penyeimbang, dan kenetralan, yang menyatakan bahwa kebanyakan varian molekuler tersebut cocok sau sama lain. Pada dua dekade berikutnya, telah menjadi jelas bahwa pengamatan-pengamatan ini pada umumnya sejalan dengan prediksi-prediksi dari teori kenetralan, yang menunjukkan bahwa seleksi alam yang luas tidak mungkin terjadi. Tetapi sebelum kita membahas teori kenetralan, mari kita merangkum pembahasan seputar seleksi penyeimbang dan pertahanan variasi molekuler.

a. Seleksi penyeimbang
   
Ketika Lewontin dan Hubby (1966) menemukan banyak variasi genetik dalam populasi, mereka berpendapat bahwa variasi ini kemungkinan disebabkan oleh seleksi penyeimbang, sebuah pandangan yang mencerminkan gagasan-gagasan Dobzhnasky (1995). Seleksi penyeimbang bisa memiliki banyak bentuk, dan karena penemuan variasi molekuler, hampir semua bentuk seleksi ini telah dianggap oleh beberapa peneliti sebagai faktor yang memberikan kontribusi bagi terjaganya varian molekuler lewat seleksi. Kita membahas di Bab 3 dan 4 tentang beberapa model seleksi yang bisa menghasilkan terjaganya variasi genetik dan bisa mempengaruhi jumlah variasi molekuler, semuanya bisa disebut sebagai bentuk-bentuk dari seleksi penyeimbang. Penjelasan paling sederhana untuk proses dari berbagai variasi molekuler adalah bahwa varian dipertahankan oleh adanya manfaat heterozigot pada masing-masing loci polimorfis. Akan tetapi, Lewontin dan Hubby (1966) menunjukkan bahwa model manfaat heterozigot dengan kesesuaian multifkatif terhadap loci mengarah pada rendahnya tingkat kecocokan bagi kebanyakan populasi, yang menunjukkan bahwa model yang sederhana seperti ini bukanlah sebuah hipotesis yang layak.
   
Untuk menguji argumen ini, mari kita mengasumsikan bahwa kecocokan rata-rata pada kondisi kesetimbangan untuk lokus bialel ke-i dengan manfaat heterozigot adalah

wi = 1 – s1p2 – s2q2

dimana s1 dan s2 adalah kerugian selektif dari kedua homozigot. Jika ada ketidaktergantungan terhadap sebuah skala multiplikatif, dan jika ada sebanyak m loci ini, maka kecocokan rata-rata dari semua loci menjadi
w = wim

masing-masing wi kurang dari satu, sehingga jika jumlah loci ini lebih besar, maka produk kecocokan dari loci masing-masing dengan cepat mendekati nol. Sebagai contoh, jika s1 = s2 = s, menghasilkan sebuah kesetimbangan pc = qc = 0,5 dan wi = 1 -1/2s, maka persamaan 9.1 menjadi

w = (1 - (1/2)s)m

Jika ada 100 loci ini dan s = 0,02, maka w akan menjadi sekitar 0,00004, kecocokan yang sangat rendah. Dengan mengasumsikan bahwa seleksi terjadi semasa pra-dewasa, maka nilai kecocokan ini menunjukkan bahwa hanya 1 dari 25.000 zigot yang akan bertahan sampai dewasa.
   
Setelah Lewontin dan Hubby mempublikasikan kesimpulan-kesimpulan ini, King (1967), Sved dkk., (1967), dan Milkman (1967) secara serempak menyarankan bahwa alternatif-alternatif dengan epistasis (dan bentuk-bentuk seleksi dari kecil ke besar) mungkin bisa menjadi penting. Dengan kata lain, kecocokan pada loci yang berbeda tidak bisa bergabung secara multiplikatif, sebuah situasi yang didefinisikan sebagai epistasis dalam konteks seleksi kelangsungan hidup. Dengan model ini, kecocokan populasi yang sangat rendah untuk berbagai individu homozigot bisa dihindari.
   
Tentu saja, pertimbangan-pertimbangan ini adalah untuk loci bialel, dan banyak loci yang memiliki lebih dari dua alel. Seperti yang kita lihat di halaman 123, kondisi-kondisi untuk mempertahankan lebih dari dua alel melalui manfaat heterozigot memerlukan agar nilai-nilai kecocokan relatif sedikit seimbang. Pada kenyataannya, Lewontin dkk. (1978) menunjukkan bahwa hanya sedikit nilai kecocokan yang diperoleh secara acak dengan banyak alel yang memenuhi kondisi-kondisi untuk penjagaan semua alel. Sebagai contoh, bahkan dengan sederet “heterosis lengkap”, dimana semua heterozigot harus lebih cocok dibanding semua homozigot, hanya 10% dari kecocokan yang dapat memberikan pertahanan jika ada lima alel. Spencer dan Marks (1988, 1991) menggunakan sebuah pendekatan yang secara berurutan memasukkan alel-alel mutan ke dalam sederet alel yang stabil dan menemukan bahwa jumlah alel yang bisa dipertahankan sedikit lebih tinggi dari yang ditemukan oleh Lewontin dkk, tetapi distribusi alel-alel ini pada kebanyakan kasus tidak berbeda dari yang diharapkan pada kondisi kenetralan.
   
Asumsi lain dalam perhitungan nilai kecocokan oleh Lewontin dan Hubby (1966) adalah bahwa alel pada masing-masing lokus tidak tergantung satu sama lain; sehingga tidak ada ketidaksetimbangan gamet. Akan teapi, seperti yang telah ditunjukkan oleh Franklin dan Lewontin, ketika loci yang terkait memiliki manfaat heterozigot, maka hubungan kuat antara alel-alel bisa terjadi bahkan tanpa epistasis. Hubungan-hubungan ini pada kondisi ekstrim bisa mengarah pada situasi dimana hanya dua tipe gamet pelengkap yang memiliki frekuensi tinggi. Akibatnya, jika terdapat perbandingan Hardy-Weinberg dari kedua gamet multilokus ini, maka setengah dari populasi akan menjadi heterozigot pada semua loci dan memiliki kecocokan relatif yang tinggi. Bahkan dengan beberapa penguraian menjadi beberapa gamet multilokus komplementer, hubungan-hubungan ini masih bisa mempertahankan kecocokan yang tinggi.
   
Beberapa tipe seleksi penyeimbang lainnya selain manfaat heterozigot telah diusulkan memiliki potensi yang cukup tinggi dalam mempertahankan variasi molekuler. Sebagai contoh, seleksi yang tergantung-frekuensi diusulkan sebagai sebuah mekanisme yang bertanggungjawab untuk mempertahankan varian-varian allozim (Kojima, 1971). Salah satu daya tarik dari metode ini adalah bahwa semua genotip bis memiliki kecocokan yang relatif sama pada kondisi kesetimbangan – yaitu, tidak ada muatan genetik. Mungkin hipotesis seleksi-penyeimbang yang paling didukung adalah hipotesis yang menyatakan bahwa seleksi yang berbeda-beda dalam waktu dan/atau ruang bertanggungjawab untuk mempertahankan varian-varian allozim (Gilliespie, 1978; 1991). Pada situasi ini, kondisi-kondisi teoritis untuk polimorfisme lebih luas dibanding untuk manfaat heterozigot, dan jika aliran gen atau seleksi habitat terbatas, maka kedua kondisi menjadi kurang terbatas. Akan tetapi, pada model ini dan lainnya, ketika efek-efek selektif per lokus cukup kecil, penjagaan polimorfismen menjadi lebih sulit.
   
Beberapa pendekatan eksperimental telah digunakan untuk meneliti sejauh mana peranan seleksi dalam mempertahankan variasi genetik, khususnya variasi allozim. Sebagai contoh, salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah pemeriksaan produk-produk gen (allozim) untuk sifat-sifat biokimia tertentu yang mungkin konsisten dengan seleksi penyeimbang. Pada penelitian-penelitian ini, ekstrak-ekstrak allozim pada umumnya diukur aktivitas in vitro nya dibawah kondisi-kondisi lingkungan yang berbeda seperti suhu, salinitas, konsentrasi substrat, dan sebagainya (Eanes, 1999). Pada kenyataannya, banyak allozim yang berbeda pada sifat-sifat kimianya secara in vitro, tetapi pentingnya perbedaan ini dalam seleksi pada populasi alam seringkali tetap tidak jelas.
   
Salah satu pendapat yang diajukan adalah bahwa akan sulit untuk mendeteksi perbedaan-perbedaan selektif pada satu lokus dan seleksi tersebut hanya akan jelas jika beberapa loci diperiksa secara simultan. Lerner (1954) telah menyarankan bahwa seleksi alam mendukung individu-individu yang meningkat heterozigositasnya; semakin banyak loci heterozigot, semakin inggi kecocokan relatif. Telah banyak penelitian yang dilakukan untuk meneliti hubungan antara heterozigot dan kecocokan ini, dan David (1997) baru-baru ini meyimpulkan bahwa korelasi diantara keduanya tidak kuat. Untuk meneliti hubungan ini secara langsung, Mukai (1977) melakukan sebuah eksperimen skala besar yang mengukur kelangsungan hidup dan kesuburan spesies betina dalam sebuah populasi lalat buah D. melanogaster dimana lalat-lalat bersifat heterozigot untuk beberapa loci allozim. Dia tidak menemukan perbedaan signifikan baik pada kelangsungan hidup maupun pada kesuburan untuk kromosom kedua yang heterozigot untuk jumlah loci allozim yang berbeda, bahkan dengan kekuatan statistik untuk mendeteksi perbedaan-perbedaan yang hanya beberapa persen (Tabel 9.1).
   
Walaupun temuan variasi molekuler yang cukup besar mendorong dilakukannya banyak penelitian tentang analisis teoritis dari seleksi penyeimbang dan pemeriksaan seleksi secara eksperimental, secara keseluruhan tampak bahwa faktor-faktor selain seleksi penyeimbang paling penting dalam mempengaruhi dan mempertahankan variasi molekuler. Akibatnya, dalam mengembangkan konsep di sisa bab ini, kami pada umumnya berasumsi bahwa faktor-faktor yang menjadi dasar bagi teori netralitas (yaitu penyimpangan genetik dan mutasi) memegang peranan besar dalam mempengaruhi jumlah dan pola variasi genetik molekuler. Akan tetapi, selanjutnya dalam bab ini, kita akan membahas beberapa pendekatan statistik dan teoritis yang telah digunakan untuk mendokumentasikan sejauh mana peran seleksi dalam variasi molekuler.

b. Teori Kenetralan (Neutrality)
   
Teori kenetralan diperkenalkan oleh Kimura (1968) untuk menjelaskan variasi genetik molekuler, berdasar sebuah teori yang dikembangkan 10 tahun sebelumnya, yang merevolusi genetika populasi. Berbeda dengan kebanyakan pemikiran yang ada saat ini, Kimura berpendapat bahwa seleksi memegang peranan kecil dalam menentukan penjagaan varian molekuler dan mengusulkan bahwa genotip-genotip molekuler yang berbeda memiliki kecocokan relatif yang hampir identik; yaitu, netral satu sama lain. Tentu saja, ini tidak berarti bahwa bentuk-bentuk alel yang berbeda tidak memiliki fungsi, tetapi justru, berarti bahwa bentuk-bentuk ini sama dari segi fungsi. Kimura berasumsi bahwa mayoritas varian molekuler yang menjadi polimofris dipengaruhi sebagian besar oleh interaksi mutasi, yang menghasilkan variasi baru, dan penyimpangan genetik, sehingga mengarah pada tetapnya varian-varian ini.
   
Definisi sesungguhnya dari kenetralan selektif tergantung pada apakah perubahan frekuensi alel sebagian besar ditentukan oleh penyimpangan genetik atau tidak. Dalam sebuah contoh sederhana, jika s adalah perbedaan selektif antara dua alel pada sebuah lokus, dan jika s < 1/(2N), maka alel dikatakan netral satu sama lain. Definisi ini menunjukkan bahwa varian-varian alel bisa menjadi netral secara efektif dalam sebuah populasi kecil dan tidak pada sebuah populasi besar. Teori kenetralan tidak mengklaim bahwa substitusi alel yang bertanggungjawab untuk sifat adaptasi revolusioner adalah netral. Tetapi justru mengatakan bahwa kebanyakan substitusi alel tidak memiliki manfatt selektif atas yang tergantikan, sehingga istilah evolusi non-Darwin terkadang digunakan untuk menjelaskan proses ini. Harus diperhatikan bahwa banyak mutasi-mutasi baru yang tidak pernah menjadi polimorfis karena dihilangkan dengan cepat dari populasi sebagai akibat dari efeknya yang berbahaya jika berkombinasi dengan penyimpangan genetik.
   
Seperti yang telah dibahas, ketika mutasi dan penyimpangan genetik merupakan satu-satunya faktor yang mempengaruhi variasi genetik (tidak ada perbedaan seleksi diantara genotip), maka heterozigositas keseimbangan dalam populasi untuk model alel terbatas bisa dinyatakan sebagai berikut:

Hc = (4Ncu)/4Ncu+1 =  θ/( θ+1)

dimana θ = 4Neu (Kimura dan Crow, 1964). Karena terbentuknya mutan-mutan baru pada umumnya lambat dan ukuran populasi pada kebanyakan spesies relatif besar, sehingga membuat efek penyimpangan genetik menjadi kecil, maka dibutuhkan waktu yang lama untuk terbentuknya heterozigositas kesetimbangan ini. Tentu saja, ukuran populasi yang kecil di masa lalu akan mengurangi heterozigositas sampai di bawah kesetimbangan yang diharapkan dari sebuah ukuran populasi besar yang kontemporer.
   
Teori ini memprediksikan bahwa pada saat nilai 4Neu meningkat, jumlah heterozigositas juga meningkat, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.9. Dengan demikian, kenetralan memprediksi bahwa peningkatan ukuran populasi efektif atau tingkat mutasi menghasilkan penignkatan heterozigositas. Survei-survei terbaru terhadap loci mikrosatelit, yang memiliki tingkat mutasi lebih tinggi dibanding allozim, menunjukkan bahwa mereka juga memiliki heterozigositas yang tinggi, sebuah pengamatan yang sejalan dengan prediksi-prediksi dari teori kenetralan. Pada hasil lain yang sejalan dengan prediksi ini, Nei dan Graur (1984) menemukan hubungan positif antara heterozigositas allozim dengan perkiraan umum ukuran populasi pada berbagai spesies. Akan tetapi, dalam hal ini, tingkat maksimum dari heterozigositas yang diamati lebih kecil dari 0,25, jauh di bawah nilai yang diprediksikan, karena ukuran populasi efektif dari spesies yang berbeda berkisar lebih dari lima tingkatan besarnya. Sebuah uji yang lebih spesifik tentang pengaruh ukurna populasi terhadap heterozigositas dilakukan dengan membandingkan variasi genetik dalam sebuah spesies untuk loci autosomal, loci yang terkait-Y, dan loci yang terkait-X. Dengan mengasumsikan bahwa tingkat mutasi sama untuk loci yang berbeda, ukuran populasi efektif yang lebih rendah utnuk loci yang terkait-X dan terkait-Y akan memberikan prediksi bahwa loci yang terkait-Y dan terkait-X akan memiliki heterozigositas yang lebih rendah dari loci autosomal. Nachman dkk., (1998) merangkum data manusia yang ada dan menemukan bahwa setelah membakukan data-data ini, nilai-nilai pada tipe perbedaan loci umumnya sesuai (Tabel 9.2). Akan tetapi, terdapat banyak variasi dalam data untuk tujuh intron yang terkait-X, yang dikorelasikan dengan jumlah rekombinasi dalam daerah tersebut. Contoh 9.1 memeriksa heterozigositas untuk berbagai loci mikrosatelit autosomal dan yang terkait-X pada manusia dan menunjukkan bahwa variasi ini sejalan dengan prediksi-prediksi kenetralan.
Contoh 9.1

Untuk gen-gen yang berkembang secara netral, jumlah variasi genetik pada kesetimbangan diduga sebagai fungsi lju mutasi dan ukuran populasi efektif. Seperti yang dibahas di halaman 247, ukuran populasi efektif untuk sebuah gen yang terkait-X atau sebuh gen dalam sebuah organisme haplo-diplo diduga sebesar ¾ dari ukuran populasi untuk gen ekivalen pada organisme diploid atau pata lous autosomal. Perbandingan-perbandingan antara organisme diploid dan haplo-diploid juga bisa mencakup perbedaan-perbedaan lain antara spesies (Hendrick dan Parker, 1997), tetapi perbandingan antara gen-gen autosomal dan yang terkait-X dalam organisme sama akan menghindari perbauran dengan faktor-faktor lain yang tidak diketahui.
   
Dib dkk (1996) memberikan heterozigositas untuk 5264 loci mikrosatelit pada manusia yang bisa digunakan sebagai penanda dalam genom manusia. Gambar 9.1 memberikn heterozigositas untuk 216 loci kromosom-X menurut lokasi dilaporkannya (Hedrick dan Parker, 1997). Walaupun terlibat seperti pengelompokan tingkat-tingkat heterozigositas di sepanjang kromosom, loci yang mendekati ujung tidak terlihat siginifkan mengurangi heterozigositas, seperti pada kromosom X Drosophila melanogaster. Ini tidak diharapkan, karena rekombinasi pada ujung kromosom X manusia tidak berkurang. Rentang heterozigositas pada 22 autosom adalah antara 0,69 hingga 0,73, dan nilai mean dari 5048 loci autosomal adalah 0,70, sebagaimana ditunjukkan oleh garis putus-putus dalam gambar. Nilai mean untuk 216 loci kromosom-X, 0,65, lebih rendah dibanding nilai mean untuk autosom-autosom.
   
Dengan mengasumsikan bahwa laju mutas untuk gen-gen autosomal dan yang terkait-X sama, maka berdasarkan perbedaan ukuran populasi efektif untuk loci X dna autosomal (A), rasio θX/θA harus bernilai sekitar 0,75. Untuk model alel tak terbatas, penyusunan ulang persamaan 8.8b menghasilkan

θ = (Hc)/(1-Hc)

Dengan menggunakan heterozigositas rata-rata, perkiraan θ untuk kromosom X dan autosom adalah 1,857 dan 2,333 dengan rasio 0,796. Untuk model mutas bertahap, penyusunan ulang persamaan 8.8c menghasilkan
θ = 1/2[(1/(1-Hc)2 -1)]

Dalam hal ini, perkiraan θ untuk kromosom X dan autosom adalah 3,58 dan 5,06 dengan rasio 0,708. Dengan kata lain, perkiraan rasio dari dya model mutasi cukup dekat satu sama lain dan mencakup rasio yang diharapkan berdsarkan populasi efektif. Ini mendukung hipotesis yang mengatakan bahwa variasi pada loci mikrosatelit sebagian besar dipertahankan oleh keseimbangan mutasi dan penyimpangan genetik dan menunjukkan bahwa mutas pada loci ini bisa berupa campuran dari model alel-tak terhingga dengan model mutasi-bertahap.

Seperti yang dibahas di Bab 8, teori kenetralan memungkinkan beberapa prediksi sederhana dibuat tentang variasi genetik. Sebagai contoh, probabilitas yang diharapkan dari fiksasi dan waktu yang diharapkan untuk fiksasi mutan netral yang baru adalah 1/(2N) dan 4N, masing-masing (persamaan 8.7a dan 8.7b). Kimura (1968) juga menunjukkan bahwa teori netral sejalan dengan jam molekuler; yaitu, terdapat laju konstan dari substitusi untuk varian-varian molekuler.

Sebagai ilustrasi, mari kita mengasumsikan bahwa penyimpangan genetik dan mutasi adalah penentu perubahan frekuensi varian-varian molekuler, sehingga tingkat substitusi alel bisa dipahami dengan cara berikut. Anggap laju mutasi ke sebuah alel baru adalah u sehingga pada sebuah populasi dengan ukuran 2N, terdapat 2Nu mutan baru per generasi. Karena probabilitas fiksasi mutan baru adalah 1/(2N), dan mengasumsikan sebuah situasi kesetimbangan, laju substitusi alel adalah produk jumlah mutan yang dihasilkan per generasi dan probabilitas fiksasi, atau

k = 2Nu (1/2N) (9.2a)
k = u  

Dengan kata lain, tingkat substitusi alel pada model sederhana berlangsung konstan dan sama dengan tingkat mutasi pada lokus. Perhatikan bahwa tingkat substitusi tidak tergantung pada ukuran populasi efektif, sebuah fakta pada awalnya mungkin berlawanan dengan akal sehat. Ketidktergantungan terjadi karena pada populasi yang lebih kecil terdapat lebih sedikit mutan; yaitu, 2Nu lebih kecil, tetapi frekuensi awal dari mutan-mutan ini lebih tinggi, yang meningkatkan probabilitas fiksasi, 1/2N, dengan besar yang sama dengan mana jumlah mutan direduksi.
   
Untuk jenis model mutasi manapun, jika laju substitusi diasumsikan sama dengan laju mutasi u, maka waktu yang diharapkan antara substitusi-substitusi netral adalah 1/u. Dengan kata lain, waktu antara substitusi adalah hanya sebuah fungsi dari laju mutasi dan tidak tergantung pada ukuran populasi, tepat seperti laju substitusi. Sebagai contoh, jika laju mutasi adalah u = 10-9 per nukleotida per generasi, maka waktu yang diharapkan antara substitusi-substitusi baru adalah 109 generasi.
   
Dengan enggunakan laju substitusi kenetralan ini, kita juga bisa memprediksi jumlah divergensi antara dua urutan nukleotida terhadap generasi t. Jumlah perbedaan yang diharapkan per empat adalah

k = 2ut          (9.2b)

dimana 2 diperlukan karena substitusi bisa terjadi dalam urutan-urutan untuk kedua garis keturunan (berikut ii, wktu seringkali dalam unit tahun, bukan generasi).
   
Probabilitas fiksasi sebuah mutan baru adalah sekitar 2s (persamaan 8.9a). Jika kiga menggunakan pendekatan seperti di atas, laju substitusi alel menjadi

k = 2Nu(2s) (9.2c)
= 4Nus

Jadi jelas, jika 4Ns >> 1, maka laju substitusi untuk mutan yang selektif akan jauh lebih tinggi dari mutan netral. Di sisi lain, model yang hampir netral dari Ohta (1973), dimana terdapat sedikit seleksi yang berbahaya terhadap alel, memprediksikan bahwa laju substitusi berkurang seiring dengan ukuran populasi yang meningkat. Ketergantungan ini terjadi karena varian-varian yang sedikit merusak bisa netral dalam populasi yang lebih kecil, s < 1/(2N), sedangkan pada populasi besar, varian tersebut tidak netral. Pada kenyataannya, efikasi seleksi untuk bias kodon terlihat tergantung pada sebagian ukuran populasi (Akashi, 1995:1999), ini konsisten dengan model Ohta. Salah satu motivasi awal dari model ini adalah untuk memberikan sebuah cara yang bertanggung jawab utnuk pengamatan bahwa laju-laju substitusi asam maino terlihat konstan per tahun dan bukan per generasi.

c. Jam molekuler
   
Pada akhir tahun 1960an, data dari urutan asam amino protein terlihat mengindikasikan bahwa mutasi-mutasi dalam evolusi protein terakumulasi pada laju konstan (King dan Jukes, 1969). Dengan mengasumsikan bahwa penggantian reguler seperti ini terjadi, perbedaan asam amino atau urutan nukleotida antara kedua spesies bisa berfungsi sebagai sebuah jam molekuler.