Омнигенная модель
Омнигенная модель , впервые предложенная Эваном А. Бойлом, Янгом И. Ли и Джонатаном К. Причардом , описывает гипотезу относительно наследственности сложных признаков . [ 1 ] Выходя за рамки полигенов , авторы предполагают, что все гены, экспрессируемые внутри клетки, влияют на выражение данного признака. Кроме того, модель утверждает, что периферийные гены, те, которые не оказывают прямого влияния на экспрессию, объясняют большую наследственность признаков, чем основные гены, которые оказывают прямое влияние на экспрессию. Процесс, который, по предложению авторов, способствует этому эффекту, называется «сетевой плейотропией», при котором периферические гены могут влиять на коровые гены, не оказывая прямого эффекта, а, скорее, опосредованно внутри одной и той же клетки. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Предлагаемая омнигенная модель представляет собой тип неменделлова наследования , основанный на предыдущих исследованиях полигенной модели и бесконечно малой модели Фишера . Согласно полигенной модели, чтобы такие признаки, как рост, были непрерывными в популяции, должно быть много генов, кодирующих этот признак. В противном случае проявление признака ограничивается количеством возможных комбинаций аллелей. Многие гены, кодирующие непрерывный признак, также модифицируются условиями окружающей среды. [ 3 ]
Подобно бесконечно малой модели Фишера, омнигенная модель предполагает, что по мере увеличения количества генов, кодирующих признак, общая сумма наследственности, которую объясняет каждый ген, уменьшается. [ 4 ] Однако в случае омнигенной модели гены организованы в две группы — основные и периферийные гены. Ядерные гены — это относительно небольшое количество генов, которые напрямую влияют на выражение признаков, а периферические гены оказывают непрямое влияние на основные гены. Основные гены могут оказывать заметное влияние на наследственность признаков; однако основные гены объясняют меньшую наследственность, чем периферические гены, поскольку их небольшие эффекты значительно превосходят количество основных генов. Идентификация и различия между основными и периферийными генами все еще исследуются. [ 5 ]
Гипотеза омнигенности имеет широкие последствия для области генетики, особенно в отношении эффективности полногеномных ассоциативных исследований (GWAS) в обнаружении генетических вариантов, которые являются предикторами заболеваний. [ 6 ] GWAS обнаруживает генетические варианты, которые предсказывают частоту заболевания. Например, GWAS выявил генетические варианты, которые отвечают за 10% наследственности диабета II типа. [ 7 ] В рамках омнигенной модели эти обнаруженные варианты могут быть не так важны, как эффекты других периферических генов. [ 8 ] Гипотеза омнигенности также может объяснить, почему значительные генетические варианты, обнаруженные с помощью GWAS, различаются между популяциями, что усложняет использование GWAS в клинических условиях. [ 9 ] Идентификация основных генов по-прежнему считается важной для обеспечения биологической информации. [ 5 ]
В 1999 году было установлено, что расстройство аутистического спектра (РАС) является высокополигенной чертой, с ее проявлением связано более 15 признаков. [ 10 ] Этот вывод был пересмотрен и оспорен в свете формирования омнигенной модели. [ 11 ] Современное понимание болезни выявило тысячи возможных генов, влияющих на экспрессию и тяжесть РАС; однако эти гены действуют схожими путями, такими как дефицит развития нервной системы в раннем возрасте. [ 12 ]
Доказательство
[ редактировать ]Первоначальные доказательства, предложенные в поддержку омнигенной модели, основаны на двух основных компонентах: широко распространенном влиянии признаков на весь геном и неспособности клеточно-специфичных путей заболевания полностью объяснить наследственность. [ 1 ] Гены, кодирующие непрерывные признаки, широко распространены по всему геному, при этом ген, который оказывает значительное влияние на выражение признака, встречается через каждые 10 000–100 000 пар оснований. Расстояние между этими значимыми эффектами внутри генома означает, что эти значимые гены не связаны со схожими регуляторными путями. Аналогично, при некоторых заболеваниях гены, которые широко встречаются во всех клетках, обычно оказывают более сильное влияние на наследственность, чем гены, экспрессируемые в клеточно-специфичных путях заболевания.
С момента появления этих первоначальных доказательств поддержка омнигенной модели возросла, особенно благодаря документированию трансрегуляторных элементов экспрессии генов. [ 8 ] Трансрегуляторные элементы — это последовательности ДНК, которые модифицируют и регулируют экспрессию многих отдаленных генов. Доказательства того, что трансрегуляторные элементы значительно влияют на наследственность, подтверждают механизм, согласно которому периферические гены могут влиять на экспрессию признаков и наследственность.
Помимо людей, доказательства омнигенности были обнаружены у животных и растений. [ 13 ] [ 14 ] Например, осина евразийская, Populus tremula , имеет высокую изменчивость формы листьев на всем своем ареале, но основные гены, определяющие форму листьев, невозможно идентифицировать с помощью полногеномных ассоциативных исследований, что предполагает, что форма листьев определяется многими генами с небольшие статистически незначимые размеры эффекта.
Эволюционные последствия
[ редактировать ]Омнигенная модель бросает вызов современным усилиям эволюционной биологии по выявлению черт, отвечающих за адаптацию. [ 15 ] В рамках омнигенной модели адаптации признаков, являющиеся результатом изменений в одном или нескольких генах, могут быть редкими, вместо этого большинство адаптаций признаков могут быть вызваны небольшими изменениями частоты аллелей во всем геноме. Эти небольшие изменения в геноме в совокупности окажут глубокое влияние на проявление признаков. Были разработаны методы обнаружения широко распространенной адаптации к экспрессии генов, которые доказывают, что многие адаптации являются высокополигенными. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Бойл Э.А., Ли Й.И., Притчард Дж.К. (июнь 2017 г.). «Расширенный взгляд на сложные черты: от полигенного к омнигенному» . Клетка . 169 (7): 1177–1186. дои : 10.1016/j.cell.2017.05.038 . ПМК 5536862 . ПМИД 28622505 .
- ^ Ён Э (16 июня 2017 г.). «Что, если (почти) каждый ген влияет (почти) на все?» . Атлантика . Проверено 29 марта 2023 г.
- ^ «Полигенный признак» . Genome.gov . Проверено 13 апреля 2023 г.
- ^ Турелли М (декабрь 2017 г.). «Комментарий: бесконечно малая модель Фишера: история на века» . Теоретическая популяционная биология . 118 : 46–49. дои : 10.1016/j.tpb.2017.09.003 . ПМИД 28987627 . S2CID 11797539 .
- ^ Jump up to: а б Бойл Э.А., Ли Й.И., Притчард Дж.К. (12 октября 2017 г.). «Омнигенная модель: ответ авторов» . Журнал психиатрии и науки о мозге . 2 (5). дои : 10.20900/jpbs.20170014S8 .
- ^ «Это исследование заставляет ученых переосмыслить геном человека» . Гизмодо . 16 июня 2017 г. Проверено 29 марта 2023 г.
- ^ Биллингс Л.К., Флорес Дж.К. (ноябрь 2010 г.). «Генетика диабета 2 типа: что мы узнали из GWAS?» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1212 (1): 59–77. Бибкод : 2010NYASA1212...59B . дои : 10.1111/j.1749-6632.2010.05838.x . ПМК 3057517 . ПМИД 21091714 .
- ^ Jump up to: а б Лю X, Ли Й.И., Притчард Дж.К. (май 2019 г.). «Транс-эффекты на экспрессию генов могут способствовать омнигенному наследованию» . Клетка . 177 (4): 1022–1034.e6. дои : 10.1016/j.cell.2019.04.014 . ПМК 6553491 . ПМИД 31051098 .
- ^ Мэтисон I (сентябрь 2021 г.). «Омнигенная модель и полигенное предсказание сложных признаков» . Американский журнал генетики человека . 108 (9): 1558–1563. дои : 10.1016/j.ajhg.2021.07.003 . ПМЦ 8456163 . ПМИД 34331855 .
- ^ Риш Н., Спайкер Д., Лотспейх Л., Нури Н., Хиндс Д., Холлмайер Дж. и др. (август 1999 г.). «Геномный экран аутизма: доказательства мультилокусной этиологии» . Американский журнал генетики человека . 65 (2): 493–507. дои : 10.1086/302497 . ПМЦ 1377948 . ПМИД 10417292 .
- ^ Фоти А, Пинтер С, Полльнер П, Лоринц А (август 2022 г.). «Взаимодействия периферических генов определяют интерпретируемые кластеры основных генов РАС в сетевом исследовании омнигенной теории» . npj Системная биология и приложения . 8 (1): 28. дои : 10.1038/s41540-022-00240-x . ПМЦ 9365765 . ПМИД 35948596 .
- ^ Чен Дж.А., Пеньягарикано О., Белгард Т.Г., Сваруп В., Гешвинд Д.Х. (24 января 2015 г.). «Новая картина расстройств аутистического спектра: генетика и патология» . Ежегодный обзор патологии . 10 (1): 111–144. doi : 10.1146/annurev-pathol-012414-040405 . ПМИД 25621659 .
- ^ Давуди П., Эхсани А., Ваез Торшизи Р., Масуди А.А. (31 декабря 2022 г.), «596. Количественные характеристики курицы соответствуют омнигенной модели», Материалы 12-го Всемирного конгресса по генетике, применяемой в животноводстве (WCGALP) , Wageningen Academic Publishers , стр. 2467–2470, doi : 10.3920/978-90-8686-940-4_596 , ISBN. 978-90-8686-940-4 , S2CID 256754979
- ^ Мэлер Н., Шиффталер Б., Робинсон К.М., Теребиенец Б.К., Вучак М., Маннапперума С. и др. (ноябрь 2020 г.). «Форма листьев Populus tremula — сложный, универсальный признак» . Экология и эволюция . 10 (21): 11922–11940. Бибкод : 2020EcoEv..1011922M . дои : 10.1002/ece3.6691 . ПМК 7663049 . ПМИД 33209260 .
- ^ Витти Дж. Дж., Гроссман С.Р., Сабети ПК (23 ноября 2013 г.). «Обнаружение естественного отбора в геномных данных». Ежегодный обзор генетики . 47 (1): 97–120. doi : 10.1146/annurev-genet-111212-133526 . ПМИД 24274750 . S2CID 52831046 .
- ^ Фрейзер Х.Б., Бабак Т., Цанг Дж., Чжоу Ю., Чжан Б., Мехрабиан М., Шадт Э.Э. (март 2011 г.). «Систематическое обнаружение полигенной цис-регуляторной эволюции» . ПЛОС Генетика . 7 (3): e1002023. дои : 10.1371/journal.pgen.1002023 . ПМК 3069120 . ПМИД 21483757 .
- ^ Турчин MC, Чан CW, Палмер CD, Санкарараман С, Райх Д, Хиршхорн Дж. Н. (сентябрь 2012 г.). «Свидетельства широко распространенного отбора по вариациям стояния в Европе по SNP, связанным с высотой» . Природная генетика . 44 (9): 1015–1019. дои : 10.1038/ng.2368 . ПМЦ 3480734 . ПМИД 22902787 .
- ^ Филд Ю., Бойл Э.А., Телис Н., Гао З., Голтон К.Дж., Голан Д. и др. (ноябрь 2016 г.). «Обнаружение адаптации человека за последние 2000 лет» . Наука . 354 (6313): 760–764. Бибкод : 2016Sci...354..760F . дои : 10.1126/science.aag0776 . ПМК 5182071 . ПМИД 27738015 .