Universität zu Köln

Klassmann, Alexander (2018). Adaptations of neutrality tests. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Most of the genetic variation observed within a biological species is generally thought to be evolutionary “neutral” in the sense that it is irrelevant for an individuum whether its genome contains one particular variant or another. Evolutionary biologists, and in the case of the human species anthropologists and medical scientists as well, are by contrast interested in variants which do influence on an individual’s survival and/or its ability to reproduce. Population geneticists try to find such variants by purely statistical methods in the form of tests on neutrality or shortly neutrality tests. In this thesis four publications are reprinted and discussed which are concerned with modifications of existing neutrality tests. Three of them deal with a class of tests relying on the so-called site frequency spectrum. It was shown previously that some of these tests, originally designed on models of constant population size, can be adapted to allow for changes in population size. This is generalized in the first publication to all tests of similar structure. Another aspect of these tests is that they are ignorant with respect to which variant in a sample might evolve non-neutrally. If instead a particular variant is suspected a priori, the tests have to allow for this information by conditioning on the existence of a variant with the observed frequency. The second and third article introduce the concept of a conditional frequency spectrum and derive its first resp. second moments which are necessary for an appropriate extension of the above-mentioned class of tests. The fourth article presents an algorithmic improvement of a neutrality test of a different kind. Here, primarily computational speed was of concern, in order to bear comparison with competing software. Solely applications on human data are presented, which is available in unrivalled abundance, owing to several large-scale genotyping and sequencing projects. The applicability of neutrality tests, however, is not confined to any particular species.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der größte Teil genetischer Variation, die man innerhalb einer biologischen Art findet, wird allgemein als “neutral” angesehen, in dem Sinn, dass es für ein Individuum unerheblich ist, ob sein Genom eine bestimmte Variante enthält oder eine andere. Evolutionsbiologen, und im Falle der menschlichen Spezies auch Anthropologen und Mediziner, sind dagegen gerade an den Varianten interessiert, die einen Einfluß auf das Überleben und/oder Fortpflanzungsfähigkeit eines Individuums haben. Populationsgenetiker versuchen solche Varianten mit rein statistischen Methoden zu finden und zwar in der Form von Tests auf Neutralität, oder kurz Neutralitätstests. In dieser Arbeit werden vier Artikel wiedergegeben und diskutiert, die sich alle mit Anpassungen bereits bestehender Neutralitätstests befassen. Drei davon handeln von einer Klasse von Tests, die auf dem sogenannten Frequenzspektrum von Varianten beruhen. Bereits zuvor war gezeigt worden, dass einige von diesen Tests, ursprünglich entwickelt anhand von Modellen mit konstanter Populationsgröße, so angepasst werden können, dass sie Änderungen in der Populationsgröße berücksichtigen. Dies wird im ersten Artikel verallgemeinert auf alle Tests mit ähnlicher Struktur. Ein anderer Aspekt dieser Tests ist, dass sie keine Vorannahmen machen, welche Variante in einer Stichprobe nicht neutral sein könnte. Wird dies jedoch von einer bestimmten Variante vermutet, müssen die Tests diese Information berücksichtigen, indem sie die Existenz einer Variante mit der beobachteten Frequenz als Bedingung enthalten. Der zweite und dritte Artikel führen das Konzept eines bedingten Frequenzspektrums ein und leiten seine ersten und zweiten Momente ab, die für eine geeignete Erweiterung der oben genannten Klasse von Tests benötigt werden. Der vierte Artikel präsentiert eine algorithmische Verbesserung eines anders gearteten Neutralitätstests. Sie diente hauptsächlich einer Erhöhung der Rechengeschwindigkeit um mit konkurrierenden Programmen Schritt zu halten. Es werden ausschließlich Anwendungen auf humangenetische Daten vorgestellt, wo die Datenlage, auf Grund mehrerer großer Genotypisierungs- und Sequenzierungsprojekte, am besten ist. Die Anwendbarkeit von Neutralitätstests ist jedoch nicht auf irgendeine bestimmte biologische Art beschränkt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Klassmann, Alexander alex.klassmann@koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-84469
Date:	July 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Coalescence theory, neutrality tests English
Date of oral exam:	20 June 2018
Referee:	Name Academic Title Wiehe, Thomas Prof. Dr. Lercher, Martin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8446