Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с носовым кровотечением (кровотечением из носа), эпитаксисом (нанесением кристаллического слоя на кристаллический субстрат) или эпитазом (в классической драме - это основное действие пьесы).
Примером эпистаза является взаимодействие цвета волос и облысения. Ген полного облысения будет эпистатическим гену светлых или рыжих волос . Гены окраски волос гипостатичны по отношению к гену облысения. Фенотип облысения заменяет гены цвета волос, поэтому эффекты не складываются. [ необходима цитата ]
Пример эпистаза в генетике окраса шерсти: Если пигменты не могут быть произведены, другие гены окраса не влияют на фенотип, независимо от того, являются ли они доминантными или гомозиготным. Здесь генотип «c c» для отсутствия пигментации эпистатичен по сравнению с другими генами. [1]

Эпистаз - это генетическое явление, при котором эффект мутации гена зависит от наличия или отсутствия мутаций в одном или нескольких других генах, соответственно называемых генами-модификаторами . Другими словами, эффект мутации зависит от генетического фона, в котором она проявляется. [2] Следовательно, эпистатические мутации сами по себе имеют разные эффекты, чем когда они происходят вместе. Первоначально термин « эпистаз» означал, что действие варианта гена маскируется действием другого гена. [3]

Концепция эпистаза возникла в генетике в 1907 году [4], но сейчас используется в биохимии , вычислительной биологии и эволюционной биологии . Он возникает из-за взаимодействий между генами (например, мутации также необходимы в регуляторах экспрессии генов ) или внутри них (необходимы множественные мутации, прежде чем ген потеряет функцию), что приводит к нелинейным эффектам. Эпистаз оказывает большое влияние на форме эволюционных ландшафтов , что приводит к глубоким последствиям для развития и для evolvability из фенотипических признаков.

История [ править ]

Понимание эпистаза значительно изменилось на протяжении истории генетики, равно как и использование этого термина. Этот термин впервые был использован Уильямом Бейтсоном и его сотрудниками Флоренс Дарем и Мюриэль Велдейл Онслоу . [4] В ранних моделях естественного отбора, разработанных в начале 20-го века, считалось, что каждый ген вносит свой собственный характерный вклад в приспособленность на среднем фоне других генов. На некоторых вводных курсах популяционная генетика все еще преподается таким образом. Из-за того, как развивалась популяционная генетика , эволюционные генетикисклонны думать об эпистазе как об исключении. Однако в целом экспрессия одного аллеля сложным образом зависит от многих других аллелей.

В классической генетике , если гены A и B мутированы, и каждая мутация сама по себе дает уникальный фенотип, но две мутации вместе показывают тот же фенотип, что и мутация гена A, тогда ген A эпистатичен, а ген B гипостатичен . Например, ген полного облысения эпистатичен гену каштановых волос . В этом смысле эпистаз можно противопоставить генетическому доминированию , которое представляет собой взаимодействие между аллелями в одном и том же локусе гена . По мере развития генетики и с появлением молекулярной биологии эпистаз начали изучать в отношении локусов количественных признаков.(QTL) и полигенное наследование .

Эффекты генов в настоящее время обычно поддаются количественной оценке путем анализа величины фенотипа (например, рост , пигментация или скорость роста ) или путем биохимического анализа активности белка (например, связывания или катализа ). Все более сложные модели вычислительной и эволюционной биологии стремятся описать эффекты эпистаза в масштабе всего генома и последствия этого для эволюции . [5] [6] [7]Поскольку идентификация эпистатических пар представляет собой сложную задачу как с точки зрения вычислений, так и с точки зрения статистики, в некоторых исследованиях делается попытка отдать приоритет эпистатическим парам. [8] [9]

Классификация [ править ]

Количественные значения признаков после двух мутаций по отдельности (Ab и aB) или в комбинации (AB). Полоски в сером прямоугольнике указывают на комбинированное значение признака при различных обстоятельствах эпистаза. Верхняя панель показывает эпистаз между полезными мутациями (синий). [10] [11] Нижняя панель показывает эпистаз между вредными мутациями (красный). [12] [13]
Поскольку в среднем мутации вредны, случайные мутации организма вызывают снижение приспособленности. Если все мутации аддитивны, приспособленность будет падать пропорционально количеству мутации (черная линия). Когда вредные мутации проявляют отрицательный (синергический) эпистаз, они более вредны в сочетании, чем по отдельности, и поэтому приспособленность падает с увеличением количества мутаций (верхняя красная линия). Когда мутации демонстрируют положительный (антагонистический) эпистаз, эффекты мутаций в комбинации менее серьезны, чем по отдельности, и поэтому приспособленность падает с уменьшающейся скоростью (нижняя синяя линия). [12] [13] [14] [15]

Терминология эпистаза может варьироваться в зависимости от области науки. Генетики часто ссылаются на аллели дикого типа и мутантные аллели, в которых мутация неявно вредна, и могут говорить о генетическом улучшении, синтетической летальности и генетических супрессорах. И наоборот, биохимик может чаще сосредотачиваться на полезных мутациях и, таким образом, прямо указывать эффект мутации и использовать такие термины, как эпистаз реципрокного знака и компенсаторная мутация. [16] Кроме того, существуют различия при рассмотрении эпистаза в пределах одного гена (биохимия) и эпистаза в пределах гаплоида или диплоида.геном (генетика). В общем, эпистаз используется для обозначения отхода от «независимости» эффектов различных генетических локусов. Путаница часто возникает из-за различного толкования понятия «независимость» в разных областях биологии. [17] Приведенные ниже классификации пытаются охватить различные термины и то, как они соотносятся друг с другом.

Аддитивность [ править ]

Две мутации считаются чисто аддитивными, если эффект двойной мутации является суммой эффектов одиночных мутаций. Это происходит, когда гены не взаимодействуют друг с другом, например, действуя через разные метаболические пути . Просто аддитивные признаки изучались на раннем этапе истории генетики , однако они относительно редки, и большинство генов демонстрируют хотя бы некоторый уровень эпистатического взаимодействия. [18] [19]

Величина эпистаза [ править ]

Когда двойная мутация имеет более подходящий фенотип, чем ожидалось из-за эффектов двух одиночных мутаций, это называется положительным эпистазом . Положительный эпистаз между полезными мутациями вызывает большее улучшение функции, чем ожидалось. [10] [11] Положительный эпистаз между вредными мутациями защищает от отрицательных эффектов, вызывая менее серьезное падение пригодности. [13]

И наоборот, когда две мутации вместе приводят к менее подходящему фенотипу, чем ожидалось по их эффектам в одиночку, это называется отрицательным эпистазом . [20] [21] Отрицательный эпистаз между полезными мутациями вызывает меньшее, чем ожидалось, улучшение приспособленности, тогда как отрицательный эпистаз между вредными мутациями вызывает более чем аддитивное падение приспособленности. [12]

Независимо от того, когда влияние на приспособленность двух мутаций оказывается более радикальным, чем ожидалось от их эффектов в одиночку, это называется синергическим эпистазом . Противоположная ситуация, когда различие приспособленности двойного мутанта от дикого типа меньше, чем ожидалось от эффектов двух одиночных мутаций, называется антагонистическим эпистазом . [15] Следовательно, для вредных мутаций отрицательный эпистаз также является синергическим, а положительный эпистаз - антагонистическим; и наоборот, для полезных мутаций положительный эпистаз является синергическим, а отрицательный - антагонистическим.

Термин генетическое улучшение иногда используется, когда двойной (вредоносный) мутант имеет более тяжелый фенотип, чем аддитивные эффекты одиночных мутантов. Сильная положительная эпистаз иногда называют по креационистам , как неснижаемая сложность (хотя большинство примеров ошибочно ).

Подписать эпистаз [ править ]

Знаковый эпистаз [22] возникает, когда одна мутация оказывает противоположный эффект при наличии другой мутации. Это происходит, когда вредная мутация сама по себе может усилить действие конкретной полезной мутации. [17] Например, большой и сложный мозг - это пустая трата энергии без ряда органов чувств , но органы чувств становятся более полезными благодаря большому и сложному мозгу, который может лучше обрабатывать информацию. Если фитнес-ландшафт не имеет признаков эпистаза, его называют гладким .

В самом крайнем случае эпистаз реципрокного знака [23] возникает, когда два вредных гена полезны, когда они вместе. Например, производство одного токсина может убить бактерию , а производство одного только экспортера токсина может тратить энергию, но производство того и другого может улучшить физическую форму за счет уничтожения конкурирующих организмов . Если в фитнес-ландшафте есть знаковый эпистаз, но нет реципрокного знакового эпистаза, то он называется полугладким . [24]

Эпистаз реципрокных знаков также ведет к генетическому подавлению, в результате чего две вредные мутации вместе менее опасны, чем одна по отдельности, то есть одна компенсирует другую. Этот термин может также относиться к эпистазу признаков, когда двойной мутант имеет фенотип, промежуточный между фенотипом одиночных мутантов, и в этом случае более тяжелый фенотип одиночного мутанта подавляется другой мутацией или генетическим состоянием. Например, в диплоидеВ организме гипоморфный (или частично утративший функцию) мутантный фенотип можно подавить, выбив одну копию гена, который действует противоположным образом по тому же пути. В этом случае второй ген описывается как «доминантный супрессор» гипоморфного мутанта; «доминантный», потому что эффект наблюдается, когда присутствует одна копия гена супрессора дикого типа (т.е. даже в гетерозиготе). Для большинства генов фенотип гетерозиготной супрессорной мутации сам по себе будет диким типом (потому что большинство генов не гапло-недостаточны), так что фенотип с двойным мутантом (супрессия) занимает промежуточное положение между фенотипами одиночных мутантов.

При эпистазе реципрокных знаков приспособленность мутанта находится посредине крайних эффектов, наблюдаемых при эпистазе реципрокных знаков.

Когда две мутации жизнеспособны по отдельности, но смертельны в сочетании, это называется синтетической летальностью или несвязанной некомплементацией . [25]

Гаплоидные организмы [ править ]

В гаплоидном организме с генотипами (в двух локусах ) ab , Ab , aB или AB мы можем думать о различных формах эпистаза как влияющих на величину фенотипа при мутации по отдельности (Ab и aB) или в комбинации (AB).

Тип взаимодействияabAbаБAB
Нет эпистаза (добавка) 0112AB = Ab + aB + ab 
Положительный (синергический) эпистаз0113 AB > Ab + aB + ab 
Отрицательный (антагонистический) эпистаз0111AB < Ab + aB + ab 
Знак эпистаза01-12AB имеет знак, противоположный Ab или aB
Реципрокный знак эпистаза0-1-12Знак AB противоположен знаку Ab и aB

Диплоидные организмы [ править ]

Эпистаз у диплоидных организмов дополнительно осложняется наличием двух копий каждого гена. Эпистаз может происходить между локусами, но, кроме того, могут происходить взаимодействия между двумя копиями каждого локуса в гетерозиготах . Для двухлокусной , двухаллельной системы существует восемь независимых типов взаимодействия генов. [26]

Аддитивный локусАддитивный локус BДоминирование А локусЛокус доминирования B
аааАAAаааАAAаааАAAаааАAA
bb10–1bb111bb–11–1bb–1–1–1
bB10–1bB000bB–11–1bB111
BB10–1BB–1–1–1BB–11–1BB–1–1–1
Аддитивный аддитивный эпистазДобавка от Dominance EpistasisДоминирование аддитивного эпистазаДоминирование посредством доминирования эпистазиса
аааАAAаааАAAаааАAAаааАAA
bb10–1bb10–1bb1–11bb–11–1
bB000bB–101bB000bB1–11
BB–101BB10–1BB–11–1BB–11–1

Генетические и молекулярные причины [ править ]

Аддитивность [ править ]

Это может быть случай, когда несколько генов действуют параллельно для достижения одного и того же эффекта. Например, когда организм нуждается в фосфоре , несколько ферментов, которые расщепляют различные фосфорилированные компоненты из окружающей среды, могут действовать аддитивно, увеличивая количество фосфора, доступного для организма. Однако неизбежно наступает момент, когда фосфор больше не является ограничивающим фактором для роста и размножения, и поэтому дальнейшие улучшения метаболизма фосфора имеют меньший эффект или не имеют никакого эффекта (отрицательный эпистаз). Некоторые наборы мутаций в генах также оказались аддитивными. [27] Сейчас считается, что строгая аддитивность - это скорее исключение, чем правило, поскольку большинство генов взаимодействуютс сотнями или тысячами других генов. [18] [19]

Эпистаз между генами [ править ]

Эпистаз в геномах организмов возникает из-за взаимодействия между генами внутри генома. Это взаимодействие может быть прямым, если гены кодируют белки, которые, например, являются отдельными компонентами многокомпонентного белка (такого как рибосома ), ингибируют активность друг друга, или если белок, кодируемый одним геном, модифицирует другой (например, путем фосфорилирования ). Альтернативно взаимодействие может быть косвенным, где гены кодируют компоненты метаболического пути или сетей , пути развития , сигнальный путь или фактор транскрипции сеть. Например, ген, кодирующий ферменткоторый синтезирует пенициллин, бесполезен для грибов без ферментов, которые синтезируют необходимые предшественники в метаболическом пути.

Эпистаз в генах [ править ]

Подобно тому, как мутации в двух отдельных генах могут быть неаддитивными, если эти гены взаимодействуют, мутации в двух кодонах внутри гена могут быть неаддитивными. В генетике это иногда называют внутригенной комплементацией, когда одна вредная мутация может быть компенсирована второй мутацией внутри этого гена. Это происходит, когда аминокислоты в белке взаимодействуют. Из-за сложности фолдинга и активности белка аддитивные мутации редки.

Белки удерживаются в своей третичной структуре за счет распределенной внутренней сети кооперативных взаимодействий ( гидрофобных , полярных и ковалентных ). [28] Эпистатические взаимодействия происходят всякий раз, когда одна мутация изменяет локальное окружение другого остатка (либо непосредственно контактируя с ним, либо вызывая изменения в структуре белка). [29] Например, в дисульфидном мостике один цистеин не влияет на стабильность белка до тех пор, пока второй цистеин не будет присутствовать в правильном месте, и в этот момент два цистеина образуют химическую связь, которая увеличивает стабильность белка.[30] Это будет наблюдаться как положительный эпистаз, когда вариант с двойным цистеином имел гораздо более высокую стабильность, чем любой из вариантов с одним цистеином. И наоборот, когда вводятся вредные мутации, белки часто демонстрируют мутационную устойчивость, в результате чего при разрушении стабилизирующих взаимодействий белок все еще функционирует до тех пор, пока не достигнет некоторого порога стабильности, после чего дальнейшие дестабилизирующие мутации имеют большие пагубные эффекты, поскольку белок больше не может складываться . Это приводит к отрицательному эпистазу, когда мутации, которые по отдельности имеют небольшой эффект, вместе оказывают большое вредное воздействие. [31] [32]

В ферментах структура белка ориентирует несколько ключевых аминокислот в точную геометрию, чтобы сформировать активный центр для выполнения химии . [33] Так как эти сети активных сайтов часто требуют кооперации нескольких компонентов, мутация любого из этих компонентов значительно снижает активность, и поэтому мутация второго компонента оказывает относительно незначительное влияние на уже инактивированный фермент. Например, удаление любого члена каталитической триады многих ферментов снизит активность до уровня, достаточно низкого, чтобы организм стал нежизнеспособным. [34] [35] [36]

Гетерозиготный эпистаз [ править ]

Диплоидные организмы содержат по две копии каждого гена. Если они разные ( гетерозиготные / гетероаллельные), две разные копии аллеля могут взаимодействовать друг с другом, вызывая эпистаз. Иногда это называют аллельной комплементацией или межаллельной комплементацией . Это может быть вызвано несколькими механизмами, например трансвекцией , когда энхансер одного аллеля действует в транс, чтобы активировать транскрипцию с промотора второго аллеля. С другой стороны, транс-сплайсинг двух нефункциональных молекул РНК может давать единственную функциональную РНК. Точно так же на уровне белка белки, которые функционируют как димеры, могут образовыватьгетеродимер состоит из одного белка из каждого альтернативного гена и может проявлять свойства, отличные от свойств гомодимера одного или обоих вариантов.

Эволюционные последствия [ править ]

Фитнес-ландшафты и возможность развития [ править ]

Верхний ряд указывает на взаимодействия между двумя генами, которые проявляют либо ( а ) аддитивные эффекты, ( б ) положительный эпистаз, либо ( в ) эпистаз реципрокных знаков. Ниже приведены фитнес-ландшафты, которые демонстрируют все более и более высокие уровни глобального эпистаза между большим количеством генов. Чисто аддитивные взаимодействия приводят к единственному гладкому пику ( d ); по мере увеличения числа генов, проявляющих эпистаз, ландшафт становится более суровым ( e ), а когда все гены взаимодействуют эпистатически, ландшафт становится настолько жестким, что мутации имеют, казалось бы, случайные эффекты ( f ).
См. Также: фитнес-ландшафт и возможность развития

В эволюционной генетике признак эпистаза обычно более значим, чем величина эпистаза. Это связано с тем, что величина эпистаза (положительного и отрицательного) просто влияет на то, насколько полезны мутации вместе, однако знаковый эпистаз влияет на то, являются ли комбинации мутаций полезными или вредными. [10]

Пригодности ландшафт является представлением пригодности , где все генотипы расположены в 2D пространстве и пригодность каждого генотипа представлена на высоту поверхности. Его часто используют в качестве визуальной метафоры для понимания эволюции как процесса движения вверх от одного генотипа к следующему, более близкому, более подходящему генотипу. [18]

Если все мутации аддитивны, они могут быть приобретены в любом порядке и все равно будут давать непрерывный подъем. Ландшафт совершенно гладкий, только с одним пиком ( глобальным максимумом ), и все последовательности могут развиваться вверх к нему за счет накопления полезных мутаций в любом порядке . И наоборот, если мутации взаимодействуют друг с другом посредством эпистаза, ландшафт приспособленности становится трудным, поскольку эффект мутации зависит от генетического фона других мутаций. [37] В самом крайнем случае взаимодействия настолько сложны, что приспособленность «не коррелирует» с последовательностью генов, а топология ландшафта случайна. Это называется сложным фитнес-ландшафтом и имеет серьезные последствия дляэволюционная оптимизация организмов. Если мутации вредны в одной комбинации, но полезны в другой, наиболее подходящие генотипы могут быть доступны только путем накопления мутаций в одном определенном порядке . Это увеличивает вероятность того, что организмы застрянут на локальных максимумах в ландшафте приспособленности, приобретя мутации в «неправильном» порядке. [32] [38] Например, вариант бета-лактамазы ТЕМ1 с 5 мутациями способен расщеплять цефотаксим ( антибиотик третьего поколения ). [39]Однако из 120 возможных путей к этому 5-мутантному варианту только 7% доступны для эволюции, так как остальные прошли через долины приспособленности, где комбинация мутаций снижает активность. Напротив, было показано, что изменения в окружающей среде (и, следовательно, формы фитнес-ландшафта) обеспечивают выход из локальных максимумов. [32]В этом примере отбор в изменении антибиотической среды привел к «мутации шлюза», которая эпистатически положительно взаимодействовала с другими мутациями на эволюционном пути, эффективно пересекая «долину пригодности». Эта мутация шлюза смягчила негативные эпистатические взаимодействия других индивидуально полезных мутаций, позволяя им лучше функционировать совместно. Поэтому сложные среды или выборки могут обходить локальные максимумы, обнаруженные в моделях, предполагающих простой положительный выбор.

Высокий эпистаз обычно считается сдерживающим фактором для эволюции, а улучшения высокоэпистатического признака считаются менее эволюционирующими . Это связано с тем, что при любом данном генетическом фоне очень мало мутаций будут полезными, хотя может потребоваться много мутаций, чтобы в конечном итоге улучшить признак. Отсутствие гладкого ландшафта затрудняет для эволюции достижение пиков фитнеса. В сильно пересеченных ландшафтах « фитнес-долины» блокируют доступ к некоторым генам, и даже если существуют гребни, обеспечивающие доступ, они могут быть редкими или чрезмерно длинными. [40] Более того, адаптация может перемещать белки в более опасные или труднопроходимые области фитнес-ландшафта. [41]Эти меняющиеся «территории приспособленности» могут замедлять эволюцию и представлять собой компромисс в пользу адаптивных черт.

Разочарование адаптивной эволюции из-за сложных ландшафтов приспособленности было признано потенциальной силой для эволюции эволюционируемости . Майкл Конрад в 1972 году был впервые предложен механизм эволюции evolvability , отметив , что мутация , которая сглаживается фитнес пейзаж в других локусах может облегчить получение выгодных мутаций и автостопом вместе с ними. [42] [43] Руперт Ридл в 1975 году предположил, что новые гены, которые производят те же фенотипические эффекты с единственной мутацией, что и другие локусы с реципрокным эпистазом знаков, будут новым средством для достижения фенотипа, который в противном случае слишком маловероятен в результате мутации. [44] [45]

Суровые, эпистатические ландшафты фитнеса также влияют на траектории эволюции. Когда мутация имеет большое количество эпистатических эффектов, каждая накопленная мутация резко меняет набор доступных полезных мутаций . Следовательно, выбранная эволюционная траектория во многом зависит от того, какие ранние мутации были приняты. Таким образом, повторения эволюции от одной и той же начальной точки имеют тенденцию расходиться к разным локальным максимумам, а не сходиться к одному глобальному максимуму, как это было бы в гладком аддитивном ландшафте. [46] [47]

Эволюция пола [ править ]

Основная статья: эволюция полового размножения

Считается, что отрицательный эпистаз и пол тесно взаимосвязаны. Экспериментально эта идея была проверена с использованием цифрового моделирования асексуальных и сексуальных популяций. Со временем сексуальные популяции движутся к более отрицательному эпистазу или снижению приспособленности на два взаимодействующих аллеля. Считается, что отрицательный эпистаз позволяет индивидуумам, несущим взаимодействующие вредные мутации, эффективно удаляться из популяций. Это удаляет эти аллели из популяции, в результате чего в целом популяция становится более подходящей. Эта гипотеза была предложена Алексеем Кондрашовым и иногда известна как гипотеза детерминированной мутации [48], а также была проверена с использованием искусственных генных сетей . [20]

Однако доказательства этой гипотезы не всегда были однозначными, и модель, предложенная Кондрашовым, подвергалась критике за допущение параметров мутации, далеких от наблюдений в реальном мире. [49] Кроме того, в тех тестах, в которых использовались искусственные генные сети, отрицательный эпистаз обнаруживается только в более плотно связанных сетях [20], тогда как эмпирические данные показывают, что естественные генные сети слабо связаны, [50] и теория показывает, что отбор для надежность будет способствовать более редко подключенным и минимально сложным сетям. [50]

Методы и модельные системы [ править ]

Регрессионный анализ [ править ]

Количественная генетика фокусируется на генетической изменчивости из-за генетических взаимодействий. Любые два локусных взаимодействия с определенной частотой гена можно разложить на восемь независимых генетических эффектов с помощью взвешенной регрессии . В этой регрессии наблюдаемые генетические эффекты двух локусов рассматриваются как зависимые переменные, а «чистые» генетические эффекты используются как независимые переменные. Поскольку регрессия является взвешенной, распределение компонентов дисперсии будет изменяться в зависимости от частоты генов. По аналогии можно расширить эту систему до трех или более локусов или до цитоядерных взаимодействий [51]

Циклы двойных мутантов [ править ]

При анализе эпистаза в гене можно использовать сайт-направленный мутагенез для генерации различных генов, а их белковые продукты могут быть проанализированы (например, на стабильность или каталитическую активность). Это иногда называют циклом двойных мутантов, и он включает производство и анализ белка дикого типа, двух одиночных мутантов и двойного мутанта. Эпистаз измеряется как разница между совокупными эффектами мутаций и суммой их индивидуальных эффектов. [52]Это можно выразить как свободную энергию взаимодействия. Ту же методологию можно использовать для исследования взаимодействий между более крупными наборами мутаций, но все комбинации должны быть получены и проанализированы. Например, существует 120 различных комбинаций из 5 мутаций, некоторые или все из которых могут указывать на эпистаз ...

Статистический анализ связи [ править ]

Вычислительное предсказание [ править ]

Для выявления и характеристики эпистаза были разработаны многочисленные вычислительные методы. Многие из них полагаются на машинное обучение для обнаружения неаддитивных эффектов, которые могут быть упущены статистическими подходами, такими как линейная регрессия. Например, многофакторное снижение размерности (MDR) было разработано специально для непараметрического и безмодельного обнаружения комбинаций генетических вариантов, которые предсказывают фенотип, такой как статус болезни, в популяциях людей . [53] [54] Некоторые из этих подходов широко рассмотрены в литературе. [55] Еще недавно методы, использующие идеи теоретической информатики ( преобразование Адамара[56] и сжатое зондирование [57] [58] ) или вывод максимального правдоподобия [59], чтобы отличить эпистатические эффекты от общей нелинейности в структуре карты генотип-фенотип [60], в то время как другие использовали анализ выживаемости пациентов для идентификации нелинейность. [61]

См. Также [ править ]

  • Коадаптация
  • Эпистаз и функциональная геномика
  • Мутация
  • Синтетическая жизнеспособность
  • Синтетическая летальность
  • Локус количественного признака
  • Интерактом (сеть генетического взаимодействия)
  • Фитнес-пейзаж
  • Эволюционируемость
  • Плейотропия
  • Эволюция полового размножения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Нил А. Кэмпбелл , Джейн Б. Рис : Биология. Spektrum-Verlag Heidelberg-Berlin 2003, ISBN 3-8274-1352-4 , стр. 306
  2. ^ Gros PA, Le Nagard H, Tenaillon O (май 2009). «Эволюция эпистаза и его связи с генетической устойчивостью, сложностью и дрейфом в фенотипической модели адаптации» . Генетика . 182 (1): 277–93. DOI : 10.1534 / genetics.108.099127 . PMC  2674823 . PMID  19279327 .
  3. ^ Rieger R, Michaelis A, Green MM (1968), Глоссарий генетики и цитогенетики: классический и молекулярный , Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN 9780387076683
  4. ^ a b Ричмонд, Марша Л. (2001). «Женщины в ранней истории генетики: Уильям Бейтсон и менделианцы Ньюнхэм-колледжа, 1900–1910». Исида . История научного общества. 92 (1): 55–90. DOI : 10.1086 / 385040 . JSTOR 237327 . PMID 11441497 .  
  5. ^ Сендрё IG, Мартейн FS, Franke J, J Krug, де Виссер J, Арьян GM (16 января 2013). «Количественный анализ эмпирических фитнес-ландшафтов». Журнал статистической механики: теория и эксперимент . 2013 (1): P01005. arXiv : 1202,4378 . Bibcode : 2013JSMTE..01..005S . DOI : 10.1088 / 1742-5468 / 2013/01 / P01005 .
  6. ↑ Edlund JA, Adami C (весна 2004 г.). «Эволюция устойчивости цифровых организмов» (PDF) . Искусственная жизнь . 10 (2): 167–79. CiteSeerX 10.1.1.556.2318 . DOI : 10.1162 / 106454604773563595 . PMID 15107229 .   
  7. ^ Chattopadhyay S (весна 2019). «Общегеномное взаимодействие и идентификация основных регуляторов множественной миеломы на основе путей» . Биология коммуникации . 4 (2): 89–96. DOI : 10.1038 / s42003-019-0329-2 . PMC 6399257 . PMID 30854481 .  
  8. ^ Ayati M, Koyutürk M (2014-01-01). Приоритизация пар геномных локусов для тестирования эпистаза . Материалы 5-й конференции ACM по биоинформатике, вычислительной биологии и информатике здравоохранения . BCB '14. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США. С. 240–248. DOI : 10.1145 / 2649387.2649449 . ISBN 978-1-4503-2894-4.
  9. ^ Piriyapongsa Дж, Ngamphiw С, Intarapanich А, Kulawonganunchai S, Assawamakin А, Bootchai С, Шоу PJ, Tongsima S (2012-12-13). «iLOCi: метод определения приоритета взаимодействия SNP для обнаружения эпистаза в исследованиях ассоциаций на уровне всего генома» . BMC Genomics . 13 Дополнение 7 (Дополнение 7): S2. DOI : 10.1186 / 1471-2164-13-S7-S2 . PMC 3521387 . PMID 23281813 .  
  10. ^ a b c Phillips PC (ноябрь 2008 г.). «Эпистаз - важнейшая роль взаимодействия генов в структуре и эволюции генетических систем» . Обзоры природы. Генетика . 9 (11): 855–67. DOI : 10.1038 / nrg2452 . PMC 2689140 . PMID 18852697 .  
  11. ^ a b Доминго Э, Шелдон Дж, Пералес С (июнь 2012 г.). «Эволюция вирусных квазивидов» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 76 (2): 159–216. DOI : 10.1128 / mmbr.05023-11 . PMC 3372249 . PMID 22688811 .  
  12. ^ a b c Токурики Н., Тауфик Д.С. (октябрь 2009 г.). «Эффекты стабильности мутаций и эволюционируемости белков». Текущее мнение в структурной биологии . 19 (5): 596–604. DOI : 10.1016 / j.sbi.2009.08.003 . PMID 19765975 . 
  13. ^ a b c He X, Qian W, Wang Z, Li Y, Zhang J (март 2010 г.). «Преобладающий положительный эпистаз в метаболических сетях Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae» . Генетика природы . 42 (3): 272–6. DOI : 10.1038 / ng.524 . PMC 2837480 . PMID 20101242 .  
  14. Перейти ↑ Ridley M (2004). Эволюция (3-е изд.). Блэквелл Паблишинг.
  15. ^ a b Charlesworth B, Charlesworth D (2010). Элементы эволюционной генетики . Робертс и издатели компании.
  16. ^ Ortlund Е.А., Bridgham JT, Рединбо MR, Thornton JW (сентябрь 2007). «Кристаллическая структура древнего белка: эволюция путем конформационного эпистаза» . Наука . 317 (5844): 1544–8. Bibcode : 2007Sci ... 317.1544O . DOI : 10.1126 / science.1142819 . PMC 2519897 . PMID 17702911 .  
  17. ^ а б Корделл HJ (октябрь 2002 г.). «Эпистаз: что это означает, что не означает, и статистические методы его обнаружения у людей». Молекулярная генетика человека . 11 (20): 2463–8. CiteSeerX 10.1.1.719.4634 . DOI : 10.1093 / HMG / 11.20.2463 . PMID 12351582 .  
  18. ^ а б в Кауфман С.А. (1993). Истоки порядка: самоорганизация и отбор в эволюции ([Repr.]. Ed.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0195079517.
  19. ^ a b Bornscheuer UT, Huisman GW, Kazlauskas RJ, Lutz S, Moore JC, Robins K (май 2012 г.). «Инжиниринг третьей волны биокатализа». Природа . 485 (7397): 185–94. Bibcode : 2012Natur.485..185B . DOI : 10.1038 / nature11117 . PMID 22575958 . 
  20. ^ a b c Азеведо Р. Б., Лохаус Р., Сринивасан С., Данг К. К., Берч С. Л. (март 2006 г.). «Половое размножение отбирает устойчивость и отрицательный эпистаз в искусственных генных сетях». Природа . 440 (7080): 87–90. Бибкод : 2006Natur.440 ... 87A . DOI : 10,1038 / природа04488 . PMID 16511495 . 
  21. ^ Bonhoeffer S, Chappey C, Паркин NT, Виткомб JM, Петропулос CJ (ноябрь 2004). «Доказательства положительного эпистаза при ВИЧ-1». Наука . 306 (5701): 1547–50. Bibcode : 2004Sci ... 306.1547B . DOI : 10.1126 / science.1101786 . PMID 15567861 . 
  22. ^ Weinreich DM, Ватсон RA, Chao L (июнь 2005). «Перспектива: эпистаз знаков и генетические ограничения эволюционных траекторий» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 59 (6): 1165–74. DOI : 10.1111 / j.0014-3820.2005.tb01768.x . JSTOR 3448895 . PMID 16050094 .  
  23. ^ Poelwijk FJ, Kiviet DJ, Weinreich DM, Tans SJ (январь 2007). «Пейзажи эмпирической пригодности открывают доступные эволюционные пути». Природа . 445 (7126): 383–6. Bibcode : 2007Natur.445..383P . DOI : 10,1038 / природа05451 . PMID 17251971 . 
  24. ^ Kaznatcheev, Артем (2019). «Вычислительная сложность как крайнее ограничение эволюции» . Генетика . 212 (1): 245–265. DOI : 10.1534 / genetics.119.302000 . PMC 6499524 . 
  25. ^ Французско-Mischo S (июль 2002). «Синтетические летальные мутации» . Отделение микробиологии, Иллинойский университет, Урбана. Архивировано из оригинала на 2016-08-23 . Проверено 3 августа 2017 .
  26. ^ Kempthorne О (1969). Введение в генетическую статистику . Издательство государственного университета Айовы.
  27. ^ Lunzer M, Миллер SP, Felsheim R, Дин AM (октябрь 2005). «Биохимическая архитектура древнего адаптивного ландшафта». Наука . 310 (5747): 499–501. Bibcode : 2005Sci ... 310..499L . DOI : 10.1126 / science.1115649 . PMID 16239478 . 
  28. ↑ Шахнович Б.Е., Дела E, Делиси C, Шахнович E (март 2005 г.). «Структура белка и история эволюции определяют топологию пространства последовательностей» . Геномные исследования . 15 (3): 385–92. arXiv : q-bio / 0404040 . DOI : 10.1101 / gr.3133605 . PMC 551565 . PMID 15741509 .  
  29. ↑ Harms MJ, Thornton JW (август 2013 г.). «Эволюционная биохимия: раскрытие исторических и физических причин свойств белка» . Обзоры природы. Генетика . 14 (8): 559–71. DOI : 10.1038 / nrg3540 . PMC 4418793 . PMID 23864121 .  
  30. ^ Витт D (2008). «Последние разработки в образовании дисульфидной связи». Синтез . 2008 (16): 2491–2509. DOI : 10,1055 / с-2008-1067188 .
  31. ^ Берштейн S, M Segal, Бекерман R, Tokuriki N, Тауфик DS (декабрь 2006). «Связь между устойчивостью и эпистазом формирует фитнес-ландшафт случайно дрейфующего белка». Природа . 444 (7121): 929–32. Bibcode : 2006Natur.444..929B . DOI : 10,1038 / природа05385 . PMID 17122770 . 
  32. ^ a b c Steinberg B, Ostermeier M (январь 2016 г.). «Изменения окружающей среды мостят эволюционные долины» . Успехи науки . 2 (1): e1500921. Bibcode : 2016SciA .... 2E0921S . DOI : 10.1126 / sciadv.1500921 . PMC 4737206 . PMID 26844293 .  
  33. ^ Халаби Н, Rivoire О, S Либлер, Ranganathan R (август 2009 г.). «Белковые секторы: эволюционные единицы трехмерной структуры» . Cell . 138 (4): 774–86. DOI : 10.1016 / j.cell.2009.07.038 . PMC 3210731 . PMID 19703402 .  
  34. ^ Неет KE, Кошланд DE (ноябрь 1966). «Превращение серина в активном центре субтилизина в цистеин:« химическая мутация » » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 56 (5): 1606–11. Bibcode : 1966PNAS ... 56.1606N . DOI : 10.1073 / pnas.56.5.1606 . PMC 220044 . PMID 5230319 .  
  35. ^ Бевериджа AJ (июль 1996). «Теоретическое исследование активных сайтов папаина и трипсина крысы S195C: последствия для низкой реактивности мутантных сериновых протеиназ» . Белковая наука . 5 (7): 1355–65. DOI : 10.1002 / pro.5560050714 . PMC 2143470 . PMID 8819168 .  
  36. ^ Сигал IS, Харвуд BG, Arentzen R (декабрь 1982). «Тиол-бета-лактамаза: замена серина активного центра бета-лактамазы RTEM на остаток цистеина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (23): 7157–60. Полномочный код : 1982PNAS ... 79.7157S . DOI : 10.1073 / pnas.79.23.7157 . PMC 347297 . PMID 6818541 .  
  37. ^ Poelwijk FJ, Тэнасе-Nicola S, Kiviet DJ, Tans SJ (март 2011). «Эпистаз реципрокных знаков - необходимое условие для многогранных фитнес-ландшафтов» (PDF) . Журнал теоретической биологии . 272 (1): 141–4. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2010.12.015 . PMID 21167837 .  
  38. ^ Reetz MT, Sanchis J (сентябрь 2008). «Построение и анализ пригодности ландшафта экспериментального эволюционного процесса». ChemBioChem . 9 (14): 2260–7. DOI : 10.1002 / cbic.200800371 . PMID 18712749 . 
  39. ^ Weinreich DM, Делани NF, Depristo MA, Hartl DL (апрель 2006). «Дарвиновская эволюция может идти по очень немногим мутационным путям к более приспособленным белкам» (PDF) . Наука . 312 (5770): 111–114. Bibcode : 2006Sci ... 312..111W . DOI : 10.1126 / science.1123539 . PMID 16601193 .  
  40. ^ Gong Л.И., Suchard М.А., Блум JD (май 2013). «Эпистаз, обусловленный стабильностью, сдерживает эволюцию белка гриппа» . eLife . 2 : e00631. DOI : 10.7554 / eLife.00631 . PMC 3654441 . PMID 23682315 .  
  41. Перейти ↑ Steinberg B, Ostermeier M (июль 2016 г.). «Изменяющаяся пригодность и эпистатические пейзажи отражают компромиссы на эволюционном пути» . Журнал молекулярной биологии . 428 (13): 2730–43. DOI : 10.1016 / j.jmb.2016.04.033 . PMID 27173379 . 
  42. ^ Конрад, Майкл (1972). «Важность молекулярной иерархии в обработке информации». К теоретической биологии . Издательство Эдинбургского университета Эдинбург (4): 222.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  43. ^ Конрад, Майкл (1979). «Загрузка в адаптивном ландшафте» (PDF) . Биосистемы . 11 (2–3): 167–182. DOI : 10.1016 / 0303-2647 (79) 90009-1 . ЛВП : 2027,42 / 23514 .
  44. ^ Ридл, Руперт Дж. (1975). Die Ordnung des Lebendigen: Systembedingungen der Evolution . Гамбург и Берлин: Парей.
  45. ^ Ридл, Руперт Дж. (1977). «Системно-аналитический подход к макроэволюционным явлениям». Ежеквартальный обзор биологии . 52 (4): 351–370. DOI : 10.1086 / 410123 .
  46. ↑ Лобковский А.Е., Вольф Ю.И., Кунин Е.В. (декабрь 2011 г.). «Предсказуемость эволюционных траекторий в фитнес-ландшафтах» . PLoS вычислительная биология . 7 (12): e1002302. arXiv : 1108.3590 . Bibcode : 2011PLSCB ... 7E2302L . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1002302 . PMC 3240586 . PMID 22194675 .  
  47. ^ Bridgham JT, Ortlund Е.А., Thornton JW (сентябрь 2009). «Эпистатический храповик ограничивает направление эволюции рецепторов глюкокортикоидов» . Природа . 461 (7263): 515–9. Bibcode : 2009Natur.461..515B . DOI : 10,1038 / природа08249 . PMC 6141187 . PMID 19779450 .  
  48. ↑ Кондрашов А.С. (декабрь 1988 г.). «Вредные мутации и эволюция полового размножения». Природа . 336 (6198): 435–40. Bibcode : 1988Natur.336..435K . DOI : 10.1038 / 336435a0 . PMID 3057385 . 
  49. ^ МакКарти T, Бергман A (июль 2007). «Коэволюция устойчивости, эпистаза и рекомбинации способствует бесполому размножению» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (31): 12801–6. Bibcode : 2007PNAS..10412801M . DOI : 10.1073 / pnas.0705455104 . PMC 1931480 . PMID 17646644 .  
  50. ^ a b Leclerc RD (август 2008 г.). «Выживание самых редких: надежные генные сети экономны» . Молекулярная системная биология . 4 (213): 213. DOI : 10.1038 / msb.2008.52 . PMC 2538912 . PMID 18682703 .  
  51. ^ Уэйд MJ, Спокойной ночи CJ (апрель 2006). «Цито-ядерный эпистаз: случайный генетический дрейф с двумя локусами у гермафродитных и раздельнополых видов». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 60 (4): 643–59. DOI : 10.1554 / 05-019.1 . PMID 16739448 . 
  52. ^ Горовиц A (1996). «Циклы двойных мутантов: мощный инструмент для анализа структуры и функции белков» . Складывание и дизайн . 1 (6): R121–6. DOI : 10.1016 / s1359-0278 (96) 00056-9 . PMID 9080186 . 
  53. ^ Мур JH, Andrews PC (2015-01-01). «Анализ эпистаза с использованием многофакторного снижения размерности». Эпистаз . Методы молекулярной биологии. 1253 . С. 301–14. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-2155-3_16 . ISBN 978-1-4939-2154-6. PMID  25403539 .
  54. ^ Мур JH, Уильямс SM, ред. (2015). Эпистаз: методы и протоколы . Методы молекулярной биологии. Springer. ISBN 978-1-4939-2154-6.
  55. ↑ Cordell HJ (июнь 2009 г.). «Выявление ген-генных взаимодействий, лежащих в основе болезней человека» . Обзоры природы. Генетика . 10 (6): 392–404. DOI : 10.1038 / nrg2579 . PMC 2872761 . PMID 19434077 .  
  56. ^ Weinreich DM, Lan Y, Wylie CS, Heckendorn RB (декабрь 2013 г.). «Должны ли эволюционные генетики беспокоиться об эпистазе высшего порядка?» . Текущее мнение в области генетики и развития . Генетика системной биологии. 23 (6): 700–7. DOI : 10.1016 / j.gde.2013.10.007 . PMC 4313208 . PMID 24290990 .  
  57. ^ Poelwijk FJ, Кришна V, Ranganathan R (июнь 2016). «Контекст-зависимость мутаций: связь формализмов» . PLOS Вычислительная биология . 12 (6): e1004771. DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1004771 . PMC 4919011 . PMID 27337695 .  
  58. ^ Poelwijk FJ, Socolich, M, R Ranganathan (сентябрь 2019). «Изучение паттерна эпистаза, связывающего генотип и фенотип в белке» . Nature Communications . 10 : 4213. DOI : 10.1038 / s41467-019-12130-8 . PMC 6746860 . PMID 31527666 .  
  59. ^ Otwinowski J, МакКэндлиш DM, Плоткин JB (август 2018). «Выявление формы глобального эпистаза» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (32): E7550 – E7558. DOI : 10.1073 / pnas.1804015115 . PMC 6094095 . PMID 30037990 .  
  60. ^ Sailer ZR, Хармс MJ (март 2017). "Обнаружение эпистаза высокого порядка в нелинейных картах генотип-фенотип" . Генетика . 205 (3): 1079–1088. DOI : 10.1534 / genetics.116.195214 . PMC 5340324 . PMID 28100592 .  
  61. ^ Маген, А. «За пределами синтетической летальности: отображение ландшафта парных состояний экспрессии генов, связанных с выживанием при раке» . Сотовые отчеты . 28 (4): P938-948.E6. DOI : 10.1016 / j.celrep.2019.06.067 .

Внешние ссылки [ править ]

  • INTERSNP - программа для полногеномного анализа взаимодействия (GWIA) данных случай-контроль и SNP только для случая, включая анализ количественных признаков.
  • Научное пособие: ресурс для средней школы Epistasis (GCSE, Alevel).
  • GeneticInteractions.org
  • Epistasis.org