Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Генетическая архитектура - это лежащая в основе генетическая основа 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 фенотипической изменчивости. Генетическая архитектура - это широкий термин, который может быть описан для любого конкретного человека на основе информации о количестве гена и аллеля, распределении аллельных и мутационных эффектов, а также паттернах плейотропии , доминирования иэпистаз . [1]

Есть 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 имеет значение и что необходимо измерять и моделировать эти индивидуальные системные влияния на эволюционную генетику. [1]

Приложения [ править ]

Карта генотипа-фенотипа
Очень простая карта генотип-фенотип, которая показывает только аддитивные эффекты плейотропии.

Генетическую архитектуру можно изучать и применять на самых разных уровнях. На самом базовом, индивидуальном уровне, генетическая архитектура описывает генетическую основу различий между людьми, видами и популяциями. Это может включать, среди прочего, количество генов, участвующих в конкретном фенотипе, и то, как взаимодействия генов, такие как эпистаз, влияют на этот фенотип. [1] Line-кросс анализы и анализы QTL могут быть использованы для изучения этих различий. [2] Это, пожалуй, наиболее распространенный способ изучения генетической архитектуры, и хотя он полезен для предоставления фрагментов информации, в целом он не дает полной картины генетической архитектуры в целом.

Генетическая архитектура также может использоваться 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 помощью карты генотип-фенотип , которая графически отображает взаимосвязь между генотипом и фенотипом. [4]

Генетическая архитектура невероятно важна для понимания теории эволюции, потому что она описывает фенотипические вариации в лежащих в их основе генетических терминах и, таким образом, дает нам подсказки об эволюционном потенциале этих вариаций. Следовательно, 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]

Эволюционируемость [ править ]

Эволюционируемость буквально определяется как способность развиваться. С точки зрения генетики, эволюционируемость - это способность генетической системы производить и поддерживать потенциально адаптивные генетические варианты. Есть несколько аспектов генетической архитектуры, которые сильно способствуют развитию системы, включая автономию, изменчивость, координацию, эпистаз, плейотропию, полигению и устойчивость. [1] [2]

  • Автономность: существование квазинезависимых персонажей с потенциалом эволюционной автономии. [5]
  • Мутабельность: возможность генетической мутации.
  • Координация: такое явление, как развитие, во время которого одновременно происходит множество различных генетических процессов и изменений.
  • Эпистаз : явление, при котором один ген зависит от наличия одного или нескольких генов- «модификаторов».
  • Полигения : явление, при котором несколько генов вносят вклад в определенный фенотипический признак.
  • Плейотропия : явление, при котором один ген влияет на одну или несколько фенотипических характеристик.
  • Устойчивость : способность фенотипа оставаться постоянным, несмотря на генетическую мутацию .

Примеры [ править ]

Модель цвета кожи
Спекулятивная основа эволюционной истории, лежащая в основе современных фенотипических вариаций пигментации кожи человека, основанная на сходствах и различиях, обнаруженных в различных генотипах.

В исследовании, опубликованном в 2006 году, использовалась филогения для сравнения генетической архитектуры различного цвета кожи человека. В этом исследовании исследователи смогли предложить теоретическую основу эволюционной истории, лежащую в основе современных фенотипических вариаций пигментации кожи человека, на основе сходств и различий, которые они обнаружили в генотипе. [6] История эволюции является важным фактором в понимании генетической основы любого признака, и это исследование было одним из первых, в котором эти концепции использовались в паре для определения информации о генетике, лежащей в основе фенотипического признака.

В 2013 году группа исследователей использовала полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) и полногеномные исследования взаимодействия (GWIS), чтобы определить риск врожденных пороков сердца у пациентов, страдающих синдромом Дауна . [7] Синдром Дауна - это генетическое заболевание, вызванное трисомией хромосомы 21 человека. Текущая гипотеза относительно фенотипов врожденного порока сердца у людей с синдромом Дауна состоит в том, что три копии функциональных геномных элементов на хромосоме 21 и генетическая вариация хромосомы 21 и нехромосомы 21 локус предрасполагает пациентов к аномальному развитию сердца. Это исследование выявило несколько локусов риска врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна, а также три вариации числа копий (CNV). регионы, которые могут способствовать врожденным порокам сердца у людей с синдромом Дауна.

Другое исследование, опубликованное в 2014 году, было направлено на определение генетической архитектуры психических расстройств. Исследователи в этом исследовании предположили, что существует большое количество локусов, которые связаны с различными психическими расстройствами. [8] Кроме того, они, как и многие другие, предположили, что генетический риск психических расстройств включает в себя комбинированные эффекты многих распространенных вариантов с небольшими эффектами - другими словами, небольшие эффекты большого количества вариантов в определенных локусах складываются вместе, чтобы произвести большое количество вариантов. , комбинированный эффект на общий фенотип человека. Они также признали наличие крупных, но редких мутаций, которые сильно влияют на фенотип. Это исследование демонстрирует сложность генетической архитектуры, предоставляя пример множества различных SNP и мутаций, работающих вместе, каждая с различным эффектом, для создания данного фенотипа.

Другие исследования, касающиеся генетической архитектуры, многочисленны и разнообразны, но в большинстве используются аналогичные типы анализов для получения конкретной информации о локусах, участвующих в создании фенотипа. В исследовании иммунной системы человека в 2015 г. [9] используются те же общие концепции для определения нескольких локусов, участвующих в развитии иммунной системы, но, как и в других исследованиях, описанных здесь, не учитываются другие аспекты генетической архитектуры, такие как влияние окружающей среды. К сожалению, многие другие аспекты генетической архитектуры остаются трудными для количественной оценки.

Несмотря на то, что существует несколько исследований, направленных на изучение других аспектов генетической архитектуры, современные технологии практически не позволяют связать все части вместе для построения действительно всеобъемлющей модели генетической архитектуры. Например, в 2003 году исследование генетической архитектуры и окружающей среды показало связь социальной среды с вариациями размеров тела у Drosophila melanogaster . [10] Однако это исследование не смогло установить прямую связь с конкретными генами, участвующими в этой вариации.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Хансен, Томас Ф. (01.01.2006). «Эволюция генетической архитектуры». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 37 (1): 123–157. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.37.091305.110224 .
  2. ^ a b c Mackay, Trudy FC (01.01.2001). «Генетическая архитектура количественных признаков». Ежегодный обзор генетики . 35 (1): 303–339. DOI : 10.1146 / annurev.genet.35.102401.090633 . PMID 11700286 . 
  3. ^ a b Фишер, Р. А. (1930-01-01). Генетическая теория естественного отбора . В Clarendon Press.
  4. ^ Стадлер, Питер Ф .; Stadler, Bärbel MR (14 апреля 2015 г.). «Карты генотипа-фенотипа». Биологическая теория . 1 (3): 268–279. CiteSeerX 10.1.1.7.2128 . DOI : 10.1162 / biot.2006.1.3.268 . ISSN 1555-5542 .  
  5. ^ Левонтин, RC (1978-09-01). «Адаптация» . Scientific American . 239 (3): 212–218, 220, 222 пасс. Bibcode : 1978SciAm.239c.212L . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0978-212 . ISSN 0036-8733 . PMID 705323 .  
  6. ^ Макэвой, Брайан; Белеза, Сандра; Шрайвер, Марк Д. (2006-10-15). «Генетическая архитектура нормального изменения пигментации человека: эволюционная перспектива и модель» . Молекулярная генетика человека . 15 (приложение 2): R176 – R181. DOI : 10,1093 / HMG / ddl217 . ISSN 0964-6906 . PMID 16987881 .  
  7. ^ Сайлани, М. Реза; Макританасис, Периклис; Вальсезия, Арман; Santoni, Federico A .; Дойч, Самуэль; Попадин, Константин; Борель, Кристель; Мильявакка, Евгения; Шарп, Эндрю Дж. (01.09.2013). «Сложная генетическая архитектура SNP и CNV повышенного риска врожденных пороков сердца при синдроме Дауна» . Геномные исследования . 23 (9): 1410–1421. DOI : 10.1101 / gr.147991.112 . ISSN 1549-5469 . PMC 3759718 . PMID 23783273 .   
  8. ^ Грэттен, Джейкоб; Рэй, Наоми Р .; Келлер, Мэтью С .; Вишер, Питер М. (2014-06-01). «Крупномасштабная геномика раскрывает генетическую архитектуру психических расстройств» . Природа Неврологии . 17 (6): 782–790. DOI : 10.1038 / nn.3708 . ISSN 1546-1726 . PMC 4112149 . PMID 24866044 .    CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
  9. ^ Редерер, Марио; Куэй, Лидия; Мангино, Массимо; Беддалл, Маргарет Х .; Манке, Иоланда; Чаттопадхьяй, Пратип; Този, Изабелла; Наполитано, Лука; Терранова Барберио, Мануэла (09.04.2015). «Генетическая архитектура иммунной системы человека: биоресурсы для аутоиммунитета и патогенеза заболеваний» . Cell . 161 (2): 387–403. DOI : 10.1016 / j.cell.2015.02.046 . ISSN 0092-8674 . PMC 4393780 . PMID 25772697 .   
  10. ^ Вольф, Джейсон Б. (2003-04-15). «Генетическая архитектура и эволюционные ограничения, когда среда содержит гены» . Труды Национальной академии наук . 100 (8): 4655–4660. DOI : 10.1073 / pnas.0635741100 . ISSN 0027-8424 . PMC 153611 . PMID 12640144 .   

Внешние ссылки [ править ]

  • Линейно-перекрестный анализ
  • Карты генотипа-фенотипа
  • Расцвет генетической архитектуры