Норма реакции

В экологии и генетике норма реакции , также называемая нормой реакции , описывает закономерность фенотипического выражения одного генотипа в различных средах. Одним из применений норм реакции является описание того, как разные виды, особенно родственные виды, реагируют на изменяющуюся окружающую среду. Но разные генотипы внутри одного вида могут также демонстрировать разные нормы реакции относительно определенного фенотипического признака и переменной окружающей среды. Для каждого генотипа, фенотипического признака и переменной окружающей среды может существовать своя норма реакции; другими словами, огромная сложность может существовать во взаимоотношениях между генетическими факторами и факторами окружающей среды при определении признаков. Идея была предложена Ричардом Вольтереком в 1909 году. ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]

Моноклональный пример

Примерно линейные нормы на противоположных склонах

Научный анализ норм реакции в природных популяциях может быть очень трудным просто потому, что естественные популяции организмов, размножающихся половым путем, обычно не имеют четко выделенных или поверхностно идентифицируемых генетических различий. Однако семенные культуры, производимые людьми, часто создаются с учетом определенных генов, а в некоторых случаях семенные запасы состоят из клонов . Соответственно, отдельные семенные линии представляют собой идеальные примеры дифференцированных норм реакции. Фактически, именно на этом основании сельскохозяйственные компании продают семена для использования в определенных условиях.

Предположим, линия семян A содержит аллель a, а линия семян B того же вида сельскохозяйственных культур содержит аллель b для того же гена . Имея эти контролируемые генетические группы, мы могли бы культивировать каждый сорт (генотип) в различных средах. Этот диапазон может быть либо естественным, либо контролируемым изменением окружающей среды. Например, отдельное растение может получать больше или меньше воды в течение цикла роста, или средняя температура, которой подвергаются растения, может варьироваться в зависимости от диапазона.

Упрощение нормы реакции могло бы сказать, что линия семян А хороша для «условий высокой влажности», тогда как линия семян B хороша для «условий низкой воды». Но полная сложность нормы реакции является для каждого генотипа функцией, связывающей фактор окружающей среды с фенотипическим признаком. Контролируя или измеряя реальную среду, в которой выращиваются моноклональные семена, можно конкретно наблюдать нормы реакции. Нормальные распределения , например, являются обычным явлением. Конечно, распределения не обязательно должны быть колоколообразными.

Норма реакции инбредной популяции

Одним из преимуществ растений является то, что один и тот же генотип, такой как рекомбинантная инбредная линия (RIL), можно многократно оценивать в различных средах или в испытаниях в нескольких средах (MET). Норму реакции затем можно изучить на основе географического местоположения, среднего значения признака, суммированного по всей популяции в каждой среде, или явного индекса без учета производительности, отражающего соответствующие входные данные окружающей среды. ^[6]

Непонимание генетических/средовых взаимодействий

Популярная ненаучная или непрофессиональная аудитория часто неправильно понимает или просто не осознает существования норм реакции. Широко распространено мнение, что каждый генотип дает определенный диапазон возможных фенотипических проявлений. Согласно популярной концепции, что-то «более генетическое» дает более узкий диапазон, тогда как что-то «менее генетическое (более экологическое)» дает более широкий диапазон фенотипических возможностей. Эта ограниченная концептуальная основа особенно распространена при обсуждении таких человеческих качеств, как IQ , сексуальная ориентация , альтруизм или шизофрения (см. Природа и воспитание ).

Популярная концепция взаимодействия генотипа и фенотипа.

                               TRAIT SCALE
<--6----------5----------4----------3----------2----------1----------0-->
    ^ (Genotype A) ^                                 ^ (Genotype B) ^
    |              |                                 |              |
 Environ <------> Other                           Environ <------> Other  
 extreme          extreme                         extreme          extreme

Проблема этого распространенного упрощенного образа не в том, что он не представляет собой возможную норму реакции. Скорее, сокращая картину с двух измерений до одного, она фокусируется только на дискретных, непересекающихся фенотипических проявлениях и скрывает более распространенную структуру локальных минимумов и максимумов фенотипической экспрессии с перекрывающимися диапазонами фенотипической экспрессии между генотипами.

См. также

Ссылки

^ Левонтин Р., Роуз С., Камин Л.Дж. (1984). Не в наших генах: биология, идеология и человеческая природа . ISBN 0-394-72888-2 .
^ Левонтин Р., Левинс Р. (1985). Диалектический биолог . Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-20283-Х .
^ Левонтин Р. (1991). Биология как идеология: учение о ДНК . ISBN 0-06-097519-9 .
^ Левонтин Р. (2000). Тройная спираль: ген, организм и окружающая среда . Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-00159-1 .
^ Гриффитс А.Дж., Миллер Дж.Х., Сузуки Д.Т., Левонтин Р.К., Гелбарт В.М. (2000). «Норма реакции и фенотипическое распределение» . В Гриффитсе AJ (ред.). Введение в генетический анализ (7-е изд.).
^ Ли Х, Го Т, Му Ц, Ли Х, Ю Дж (июнь 2018 г.). «Геномные и экологические детерминанты и их взаимодействие, лежащее в основе фенотипической пластичности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (26): 6679–6684. дои : 10.1073/pnas.1718326115 . ПМК 6042117 . ПМИД 29891664 .

[1] Левонтин Р., Роуз С., Камин Л.Дж. (1984). Не в наших генах: биология, идеология и человеческая природа . ISBN 0-394-72888-2 .

[2] Левонтин Р., Левинс Р. (1985). Диалектический биолог . Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-20283-Х .

[3] Левонтин Р. (1991). Биология как идеология: учение о ДНК . ISBN 0-06-097519-9 .

[4] Левонтин Р. (2000). Тройная спираль: ген, организм и окружающая среда . Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-00159-1 .

[5] Гриффитс А.Дж., Миллер Дж.Х., Сузуки Д.Т., Левонтин Р.К., Гелбарт В.М. (2000). «Норма реакции и фенотипическое распределение» . В Гриффитсе AJ (ред.). Введение в генетический анализ (7-е изд.).

[6] Ли Х, Го Т, Му Ц, Ли Х, Ю Дж (июнь 2018 г.). «Геномные и экологические детерминанты и их взаимодействие, лежащее в основе фенотипической пластичности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (26): 6679–6684. дои : 10.1073/pnas.1718326115 . ПМК 6042117 . ПМИД 29891664 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]