Principles of Population Genetics（集団遺伝学の原理）

引用

Hartl, D. L., & Clark, A. G. (2007). Principles of Population Genetics (4th ed.). Sinauer Associates.

章の要約

本書は10章からなり、出版社の数え方で本文は約565ページ、そのあとに章末問題の解答（約30ページ）、文献目録、著者索引と事項索引が続く。出版社は本書の狙いを、学部生と大学院生、そしてヒト遺伝学などの分野から来た初学者に向けて、理論と観察をバランスよく示すことだと説明している。各章の終わりには要約と問題がある。以下の章題は出版社の目次に従い、各章の説明は節の見出しと章ごとの概説に基づく。

第1章：遺伝的変異と表現型の変異

最初の章は、自然集団における遺伝的変異の量と構造を観察し、定量化するための方法を示す。節は、表現型の変異（正規分布、平均と分散、中心極限定理、メンデル型の変異）、多因子遺伝、変異の維持、そして分子集団遺伝学を扱い、アロザイムからDNA多型、制限酵素、PCR、一塩基多型にまで及ぶ。

第2章：遺伝的変異の構成

この章は、1つの遺伝子座および複数の遺伝子座におけるランダム交配を検討し、変異の数学モデルを考えるための基本原則を確立する。ハーディー・ワインベルクの原理、平衡の検定、3つ以上の対立遺伝子やX連鎖遺伝子への拡張、連鎖と連鎖不平衡（その原因と指標D′、r²を含む）を展開する。

第3章：ランダムな遺伝的浮動

第3章は、ライト・フィッシャーモデルと拡散近似、細分された集団での浮動と有効集団サイズを示し、続いて遺伝子系図と合祖を扱う。突然変異、集団の増加、組換えを含む合祖モデルと、連鎖不平衡マッピングなどの応用が含まれる。

第4章：突然変異と中立説

浮動に突然変異を加える。不可逆および可逆の突然変異、分子進化の中立説、無限対立遺伝子モデル（Ewensの標本公式とEwens–Watterson検定）、無限サイトモデルとTajimaのDおよびFuとLiの検定、突然変異と組換えの関係を扱う。

第5章：ダーウィン選択

一倍体と二倍体の生物における選択を扱い、平衡（超優性、ヘテロ接合体劣性）、突然変異－選択平衡、より複雑な選択の型（頻度依存選択、性選択、血縁選択、減数分裂ドライブ、エピスタシスなど）を論じる。最後に、デーム間選択と有限集団での選択を扱い、ほぼ中立説と遺伝的ドラフトが含まれる。

第6章：近親交配、集団の細分、移住

この章は、近交係数とその遺伝的影響、集団の細分とライトのF統計量、ヴァールンド原理、同類交配、移住（島モデル、移住率の推定）、移住－選択平衡、そして多座位の遺伝子型からの集団構造の推定を説明する。

第7章：分子集団遺伝学

塩基配列レベルの解析の章で、中立説、配列の分岐速度、分子時計、ヌクレオチドとアミノ酸の置換のパターン、McDonald–Kreitman検定とHKA検定、遺伝子系図、オルガネラDNAの進化、分子系統学、多重遺伝子族を扱う。

第8章：進化量的遺伝学

この章は単一の遺伝子から量的形質へ進む。遺伝率と血縁者間の類似、人為選択、遺伝モデル、表現型分散の成分、血縁者間の共分散、反応基準と遺伝相関、量的形質の進化、QTLマッピングを扱う。

第9章：集団ゲノミクス

出版社によれば本版で新設された章で、集団遺伝学の原理をゲノム規模に適用する。ゲノムの大きさと組成、ゲノム全体での多型のパターン（ヒッチハイキングと背景選択を含む）、種間の差異、性選択と性染色体、転移因子を扱う。

第10章：ヒト集団遺伝学

最後の章は、ヒトの多型とHapMap計画などの公共SNP資源、SNPからの推論、ゲノム全体の連鎖不平衡、集団構造、メンデル病、複雑疾患のリスクの遺伝的基盤（ゲノムワイド関連解析を含む）、ヒト特有の適応の痕跡、ヒトの起源を扱う。

主要概念

第1–3章：変異、平衡、浮動

• ハーディー・ワインベルクの原理：ランダム交配のもとで期待される遺伝子型の比率。以後のモデルの基準線となる。
• 連鎖不平衡：異なる遺伝子座の対立遺伝子の非ランダムな関連。
• ライト・フィッシャーモデルと合祖：有限集団における浮動の、前向きと後向きの記述。
• 有効集団サイズ：実際の集団と同じ浮動を生じる理想化された集団のサイズ。

第4–6章：突然変異、選択、構造

• 中立説：分子レベルの変異の多くが突然変異と浮動で形づくられるという見方。
• 選択と平衡：選択、突然変異、移住の間の釣り合い。
• 近交係数とF統計量：ランダム交配からのずれと集団の細分の程度を表す尺度。

第7–10章：分子、量的、ゲノム、ヒトへの応用

• 分子時計と中立性の検定：TajimaのDやMcDonald–Kreitman検定のように、配列データから選択を検出する道具。
• 遺伝率：表現型分散のうち遺伝的な違いに帰せられる割合。
• ヒッチハイキングと背景選択：ある座位での選択が、連鎖した座位の変異をどう形づくるか。
• ゲノムワイド関連：疾患リスクと関連する変異をゲノム全体から探すこと。

批判的分析

長所

• 理論とデータのバランス。 出版社の説明と、Wolfgang StephanがThe Quarterly Review of Biologyに書いた書評は、理論と観察、古典的なデータセットと最近のデータセットや解析ツールのバランスを強調している。
• 丁寧な積み上げ。 第2–6章は標準的なモデルを順に築く。ランダム交配、浮動、突然変異、選択、構造である。分子データ、量的形質、ゲノム、ヒトに関する後の章がそれらを再利用する。
• 合祖理論が本の中ほどにある。 遺伝子系図と合祖は第3章に現れ、第4、6、7章に再び登場する。これはStephanがこの分野を一新したと評価する手法を反映している。
• 問題演習の支援。 各章に要約と問題があり、巻末には約30ページの解答がある。出版社は、例題に実際のデータが使われているとも述べている。

短所

• 数学的に要求が高い。 目次には拡散近似、標本公式、合祖モデルが含まれるため、代数、微積分、確率に慣れていることが必要である。
• ゲノミクスが古くなっている。 2007年刊のため、集団ゲノミクスとヒトの章（たとえばHapMap計画やゲノムワイド関連解析）は、その後のシークエンシング計画より前のものである。
• 長く、内容が濃い。 本文約565ページ、数十の番号付き節を持つため、短い授業では扱いきれず、教員は章を取捨選択する必要がある。
• 最初の遺伝学の授業ではない。 出版社は学部生、大学院生、他分野からの初学者を対象とするが、モデルは代数、微積分、確率を使って展開されるので、実際の出発点は遺伝学の授業を履修済みであることである。

コースにおける位置づけ

本書は、遺伝学の読書リストの中で集団遺伝学を扱う専門的な教科書である。Slack『Genes: A Very Short Introduction』とThomas『Introducing Genetics: From Mendel to Molecules』は穏やかな出発点であり、Griffithsほか『Introduction to Genetic Analysis』とSnustad、Simmons『Principles of Genetics』は古典遺伝学と分子遺伝学の標準的な授業で、前提知識を与えてくれる。Brown『Genomes 5』は遺伝学を全ゲノムのレベルで扱う。

HartlとClarkはそこから、対立遺伝子頻度を変える進化的な過程へと進む。第9章と、第7章・第10章の一部はBrownのゲノムレベルの内容とつながるが、HartlとClarkの重点はゲノムの構造や発現ではなく、モデルと統計的推論にある。

本書の使い方

遺伝学の授業を修め、基礎的な代数、微積分、確率に慣れている、進化生物学、遺伝学、ヒト遺伝学の上級の学部生、大学院生、研究者に向く。

実用的な進め方：

• 中核： 第1–6章を順に。ほかのすべてが使うモデルが含まれている。
• 次に： 配列データと中立性の検定には第7章、量的形質には第8章。
• 関心に応じて： ゲノム規模のパターンには第9章、ヒトへの応用には第10章。
• 演習： 各章末の問題を解いて解答の節で確かめる。各章の目的をつかむために、まず章末の要約を読むとよい。