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作者与机构
本文由Joachim Hermisson（奥地利维也纳大学数学系与Max F. Perutz实验室）和Pleuni S. Pennings（美国旧金山州立大学生物学系）共同撰写，发表于2017年的《Methods in Ecology and Evolution》期刊，题为《Soft sweeps and beyond: understanding the patterns and probabilities of selection footprints under rapid adaptation》。

主题与背景
综述聚焦于自然选择在快速适应过程中留下的遗传足迹（selection footprints），特别是“硬扫荡”（hard sweeps）与“软扫荡”（soft sweeps）的模式与概率。传统分子进化理论假设适应性进化受限于突变稀缺性（mutation-limited scenario），即有益突变罕见且独立发生，导致典型的硬扫荡模式（如Maynard Smith & Haigh 1974模型）。然而，近年研究发现，当适应源于已有的遗传变异（standing genetic variation, SGV）或同一等位基因的重复突变时，会形成软扫荡模式。本文系统总结了相关理论框架，并对比了果蝇、人类和微生物中的实证证据。

主要观点与论据

1. 软扫荡的定义与分类
   软扫荡被定义为“近期适应过程中，有益等位基因的样本系谱包含多个祖先”的模式，分为两类：

   • 单起源软扫荡：所有有益等位基因来自同一突变事件，但在选择压力出现前已以多拷贝形式存在于SGV中（图1b）。
     
   • 多起源软扫荡：有益等位基因通过独立突变事件产生（图1c）。
     *支持证据*：理论模型（Hermisson & Pennings 2005）表明，当选择系数（sb）与祖先环境中的负选择系数（sd）比值（r = sb/(sd + 1/4Ne)）较大时（如r > 100），单起源软扫荡更可能发生；而多起源软扫荡的概率主要由突变参数θ = 4Neu决定（Pennings & Hermisson 2006a）。

2. 软扫荡的遗传足迹特征

   • 硬扫荡：核心区域无变异，侧翼区域因重组产生低频与高频衍生等位基因（Fay & Wu 2000）。
     
   • 单起源软扫荡：早期重组事件引入中频单倍型，削弱核心区域的扫荡信号（Berg & Coop 2015）。
     
   • 多起源软扫荡：跨选择位点的扩展单倍型以中频存在，符合Ewens分布（Pennings & Hermisson 2006a）。
     *检测方法*：Garud等（2015）开发的H12统计量可区分硬扫荡与多起源软扫荡；深度学习算法（Sheehan & Song 2016）进一步提高了分类准确性。

3. 软扫荡的发生概率

   • SGV的作用：当θg（全基因组突变率）较高且选择压力较弱（sd ≪ sb）时，SGV驱动的软扫荡更常见（图4d）。例如，人类乳糖酶基因（LCT）的适应性变异源于多个功能丧失突变（Box 2）。
     
   • 多起源软扫荡：仅依赖θl（位点特异性突变率），与选择强度无关。例如，HIV的K103N耐药突变因密码子冗余（AAA→AAT/AAC）导致多起源软扫荡（Pennings et al. 2014）。
     *争议点*：Jensen（2014）认为软扫荡在人类中罕见（θ ≈ 10^-3），但作者指出其低估了短世代有效种群大小（short-term Ne）和突变冗余性。

4. 复杂性与挑战

   • 种群结构：地理隔离可促进平行适应（parallel adaptation），如人类肤色基因的硬扫荡（Coop et al. 2009）与Duffy抗疟疾基因的全球软扫荡（Hamblin & Di Rienzo 2000）。
     
   • 动态硬化：软扫荡可能因后续选择或遗传漂变“硬化”，如疟原虫Kelch基因耐药性进化（Anderson et al. 2017）。
     *未解问题*：多基因适应（polygenic adaptation）的足迹尚未被理论充分覆盖。

意义与价值
本文的价值在于：
1. 理论整合：统一了软扫荡的分类框架，澄清了其与SGV和突变冗余性的关系。
2. 实证指导：为基因组扫描中的适应性信号解析提供了方法学建议（如优先使用单倍型统计量）。
3. 跨物种启示：揭示了微生物（高θ）、人类（低θ但近期选择）和果蝇（中等θ）中适应模式的差异。

亮点
- 提出“相对选择优势”（r）参数，量化了SGV对软扫荡的贡献。
- 强调突变冗余性（如乳糖酶基因的100bp靶区）对多起源软扫荡的关键作用。
- 指出短世代Ne和长世代Ne的差异对θ估计的影响，反驳了“软扫荡罕见”的观点。

此综述为理解快速适应的分子机制提供了重要框架，并呼吁开发更复杂的模型以解释实证中观察到的“混合扫荡”模式。