溯祖过程及其在群体遗传学中的应用

Coalescent process have important applications in population genetics, which can model generating process of DNA sequence and provide a theoretical basis for the study of population genetics..In this project, we firstly consider the coalescent theory under the gene flow model, making a rigorous mathematical description for coalescent process with recombination and analyzing its properties. Then, according to coalescent and branching process, we describe the admixture model of multiple waves and multiple ancestries backward in time and forward in time respectively, which provide a theoretical basis for complex admixture history inference. Finally, focusing on two types of recombination related genetic features: ancestral tracks and IBD segments, we develop the stochastic models and methods of complex admixture history inference..Based on our previous work, we plan to further develop the theoretical framework of coalescent process with recombination, make an exploration on more complex genetics model and develop some new methods of complex admixture history inference to resolve the gene flow history of some real populations in the northwest of our country.

溯祖过程在群体遗传学中有非常重要的应用，能很好地刻画DNA序列的产生和变化过程，为群体遗传学问题的研究提供理论基础。.在本项目中，我们首先研究在基因交流模型下的溯祖理论，从数学上严格刻画带有重组的溯祖过程并讨论其性质；其次，基于溯祖过程和分枝过程理论，分别从逆向时间和正向时间刻画多波多祖先混合模型，为复杂人口混合历史的推断提供理论基础。最后，考虑两种与基因重组密切相关的遗传特征——祖先片段和IBD片段，研究基于这两种遗传特征推断复杂人口混合历史的随机模型与方法。.本项目拟在已有研究工作的基础上，进一步发展带有重组的溯祖过程理论框架，对更为复杂的遗传模型进行深入研究，开发推断复杂人口混合历史的方法，并将其应用到我国西北人群中，从遗传学角度解析这些人群的基因交流历史。

溯祖过程在群体遗传学中有非常重要的应用，能很好地刻画DNA序列的产生和变化过程，为群体遗传学问题的研究提供理论基础。本项目主要研究溯祖过程及其在群体遗传学中的应用：（1）完成了两个群体迁移模型下带有重组的溯祖过程的理论刻画，同时开发了能有效模拟复杂进化模型下群体基因组数据的软件AdmixSim，为溯祖过程的理论和应用研究提供基础；（2）建立了一般混合模型——多波多祖先混合模型，开发了相应的推断复杂人口混合历史的方法，该方法实现了连续和离散混合模型下混合历史的推断，可以根据数据自动选择最优混合模型以及估计该模型下参数。（3）开发了一种新的检测混合群体中上位效应的方法，率先将混合群体中个体的祖先信息引入到上位效应的检测中，剔除混合连锁不平衡造成的混淆，克服已有方法计算量大、统计功效低的缺陷；将该方法应用于美国黑人群体中，发现一些新的具有上位效应的染色体区域，为适应性进化提供了新的视角。（4）开发了一种新的研究远古人类基因渗入历史的方法ArchaicSeeker 2.0。该方法可以有效地从现代人类基因组中检测远古人类的渗入片段并重构现代人类和远古人类的混合历史。基于该方法，我们在更精细的尺度上重构了史前人类在欧亚大陆的基因交流历史。（5）研究我国结核分枝杆菌的遗传结构，揭示了L4型结核分枝杆菌的流行病学特征，为结核病的预防、控制和治疗提供理论指导。

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