Генетическая архитектура
Генетическая архитектура лежит в основе генетической основы фенотипического признака и его вариационных свойств. [1] Фенотипическая изменчивость количественных признаков на самом базовом уровне является результатом сегрегации аллелей в локусах количественных признаков (QTL) . [2] Факторы окружающей среды и другие внешние воздействия также могут играть роль в фенотипических вариациях. Генетическая архитектура — это широкий термин, который можно описать для любого конкретного человека на основе информации о количестве генов и аллелей, распределении аллельных и мутационных эффектов, а также моделях плейотропии , доминирования и эпистаза . [1]
Существует несколько различных экспериментальных взглядов на генетическую архитектуру. Некоторые исследователи признают, что взаимодействие различных генетических механизмов невероятно сложно, но полагают, что эти механизмы можно усреднить и рассматривать более или менее как статистический шум. [3] Другие исследователи утверждают, что каждое взаимодействие генов значимо и что необходимо измерять и моделировать эти индивидуальные системные влияния на эволюционную генетику. [1]
Приложения
[ редактировать ]
Генетическая архитектура может изучаться и применяться на самых разных уровнях. На самом базовом, индивидуальном уровне, генетическая архитектура описывает генетическую основу различий между особями, видами и популяциями. Это может включать, среди прочего, то, сколько генов участвует в определенном фенотипе и как взаимодействия генов, такие как эпистаз, влияют на этот фенотип. [1] анализ перекрестных линий и анализ QTL . Для изучения этих различий можно использовать [2] Это, пожалуй, наиболее распространенный способ изучения генетической архитектуры, и хотя он полезен для получения фрагментов информации, он обычно не дает полной картины генетической архитектуры в целом.
Генетическая архитектура также может быть использована для обсуждения эволюции популяций. [1] Классические модели количественной генетики, такие как разработанные Р.А. Фишером , основаны на анализе фенотипа с точки зрения вклада различных генов и их взаимодействий. [3] Генетическая архитектура иногда изучается с использованием карты генотип-фенотип , которая графически изображает взаимосвязь между генотипом и фенотипом. [4]
Генетическая архитектура невероятно важна для понимания эволюционной теории , поскольку она описывает фенотипические вариации в лежащих в ее основе генетических терминах и, таким образом, дает нам подсказки об эволюционном потенциале этих вариаций. Таким образом, генетическая архитектура может помочь нам ответить на биологические вопросы о видообразовании, эволюции пола и рекомбинации, выживании небольших популяций, инбридинге, понимании болезней, селекции животных и растений и многом другом. [1]
Развиваемость
[ редактировать ]Эволюционность буквально определяется как способность развиваться. С точки зрения генетики, эволюционность — это способность генетической системы производить и поддерживать потенциально адаптивные генетические варианты. Существует несколько аспектов генетической архитектуры, которые в значительной степени способствуют развитию системы, включая автономию, изменчивость, координацию, эпистаз, плейотропию, полигению и устойчивость. [1] [2]
- Автономия: существование квазинезависимых персонажей с потенциалом эволюционной автономии. [5]
- Мутабельность: возможность возникновения генетической мутации.
- Координация: такое явление, как развитие, в ходе которого происходит одновременно множество различных генетических процессов и изменений.
- Эпистаз : явление, при котором один ген зависит от присутствия одного или нескольких генов-модификаторов.
- Полигения : явление, при котором несколько генов способствуют определенному фенотипическому признаку.
- Плейотропия : явление, при котором один ген влияет на одну или несколько фенотипических характеристик.
- Устойчивость : способность фенотипа оставаться постоянным, несмотря на генетические мутации .
Примеры
[ редактировать ]
В исследовании, опубликованном в 2006 году, филогения использовалась для сравнения генетической архитектуры разного цвета кожи человека. В этом исследовании исследователи смогли предложить спекулятивную основу для эволюционной истории, лежащей в основе современных фенотипических изменений пигментации кожи человека, основываясь на сходствах и различиях, которые они обнаружили в генотипе. [7] Эволюционная история является важным фактором в понимании генетической основы любого признака, и это исследование было одним из первых, в котором эти концепции использовались парно для определения информации о базовой генетике фенотипического признака.
В 2013 году группа исследователей использовала полногеномные исследования ассоциаций (GWAS) и полногеномные исследования взаимодействия (GWIS) для определения риска врожденных пороков сердца у пациентов с синдромом Дауна . [8] Синдром Дауна — генетическое заболевание, вызванное трисомией 21-й хромосомы человека. Текущая гипотеза относительно фенотипов врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна заключается в том, что три копии функциональных геномных элементов на 21-й хромосоме и генетическая вариация 21-й хромосомы и нехромосомных 21-го локуса предрасполагают к пациентов с аномальным развитием сердца. Это исследование выявило несколько локусов риска врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна, а также три области вариации числа копий (CNV) , которые могут способствовать врожденным порокам сердца у людей с синдромом Дауна.
Другое исследование, опубликованное в 2014 году, было направлено на выявление генетической архитектуры психических расстройств. Исследователи в этом исследовании предположили, что существует большое количество локусов, способствующих различным психическим расстройствам. [9] Кроме того, они, как и многие другие, предположили, что генетический риск психических расстройств включает в себя комбинированные эффекты многих общих вариантов с небольшими эффектами - другими словами, небольшие эффекты большого числа вариантов в определенных локусах складываются вместе, образуя большой риск. комбинированное влияние на общий фенотип человека. Они также признали наличие крупных, но редких мутаций, которые оказывают большое влияние на фенотип. Это исследование демонстрирует сложность генетической архитектуры, предоставляя пример множества различных SNP и мутаций, работающих вместе, каждая с разным эффектом, для создания данного фенотипа.
Другие исследования, касающиеся генетической архитектуры, многочисленны и разнообразны, но в большинстве из них используются аналогичные типы анализа для получения конкретной информации о локусах, участвующих в создании фенотипа. Исследование иммунной системы человека в 2015 году [10] использует те же общие концепции для идентификации нескольких локусов, участвующих в развитии иммунной системы, но, как и другие исследования, изложенные здесь, не учитывает другие аспекты генетической архитектуры, такие как влияние окружающей среды. К сожалению, многие другие аспекты генетической архитектуры по-прежнему трудно оценить количественно.
Хотя есть несколько исследований, направленных на изучение других аспектов генетической архитектуры, современные технологии мало способны связать все части вместе для создания действительно всеобъемлющей модели генетической архитектуры. Например, в 2003 году исследование генетической архитектуры и окружающей среды смогло показать связь социальной среды с изменением размера тела у Drosophila melanogaster . [11] Однако это исследование не смогло установить прямую связь с конкретными генами, участвующими в этом варианте.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г Хансен, Томас Ф. (1 января 2006 г.). «Эволюция генетической архитектуры». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 37 (1): 123–157. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110224 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Маккей, Труди (01 января 2001 г.). «Генетическая архитектура количественных признаков». Ежегодный обзор генетики . 35 (1): 303–339. дои : 10.1146/annurev.genet.35.102401.090633 . ПМИД 11700286 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Фишер, Р.А. (1 января 1930 г.). Генетическая теория естественного отбора . В Кларендон Пресс.
- ^ Стадлер, Питер Ф.; Стадлер, Бербель М.Р. (14 апреля 2015 г.). «Карты генотип-фенотип». Биологическая теория . 1 (3): 268–279. CiteSeerX 10.1.1.7.2128 . дои : 10.1162/biot.2006.1.3.268 . ISSN 1555-5542 . S2CID 520209 .
- ^ Левонтин, Р.К. (1 сентября 1978 г.). «Адаптация» . Научный американец . 239 (3): 212–218, 220, 222 пассим. Бибкод : 1978SciAm.239c.212L . doi : 10.1038/scientificamerican0978-212 . ISSN 0036-8733 . ПМИД 705323 .
- ^ Дэн, Лиан; Сюй, Шухуа (15 июня 2017 г.). «Адаптация цвета кожи человека в различных популяциях» . Эредитас . 155 (1): 1. дои : 10.1186/s41065-017-0036-2 . ISSN 1601-5223 . ПМК 5502412 . ПМИД 28701907 .
- ^ МакЭвой, Брайан; Белеза, Сандра; Шрайвер, Марк Д. (15 октября 2006 г.). «Генетическая архитектура нормальных изменений пигментации человека: эволюционная перспектива и модель». Молекулярная генетика человека . 15 (приложение 2): Р176–Р181. дои : 10.1093/hmg/ddl217 . ISSN 0964-6906 . ПМИД 16987881 .
- ^ Сайлани, М. Реза; Макританасис, Периклис; Вальсесия, Арманд; Сантони, Федерико А.; Дойч, Сэмюэл; Попадин Константин; Борель, Кристель; Мильявакка, Евгения; Шарп, Эндрю Дж. (1 сентября 2013 г.). «Сложная генетическая архитектура SNP и CNV повышенного риска врожденных пороков сердца при синдроме Дауна» . Геномные исследования . 23 (9): 1410–1421. дои : 10.1101/гр.147991.112 . ISSN 1549-5469 . ПМЦ 3759718 . ПМИД 23783273 .
- ^ Граттен, Джейкоб; Рэй, Наоми Р .; Келлер, Мэтью С.; Вишер, Питер М. (01 июня 2014 г.). «Крупномасштабная геномика раскрывает генетическую архитектуру психических расстройств» . Природная неврология . 17 (6): 782–790. дои : 10.1038/nn.3708 . ISSN 1546-1726 . ПМЦ 4112149 . ПМИД 24866044 .
- ^ Редерер, Марио; Куэй, Лидия; Манджино, Массимо; Беддалл, Маргарет Х.; Манке, Иоланда; Чаттопадхьяй, Пратип; Тоси, Изабелла; Наполитано, Лука; Терранова Барберио, Мануэла (9 апреля 2015 г.). «Генетическая архитектура иммунной системы человека: биоресурс аутоиммунитета и патогенеза заболеваний» . Клетка . 161 (2): 387–403. дои : 10.1016/j.cell.2015.02.046 . ISSN 0092-8674 . ПМЦ 4393780 . ПМИД 25772697 .
- ^ Вольф, Джейсон Б. (15 апреля 2003 г.). «Генетическая архитектура и эволюционные ограничения, когда окружающая среда содержит гены» . Труды Национальной академии наук . 100 (8): 4655–4660. дои : 10.1073/pnas.0635741100 . ISSN 0027-8424 . ПМК 153611 . ПМИД 12640144 .