Эпистаз — это явление в генетике , 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] Таким образом, эпистатические мутации сами по себе оказывают иное воздействие, чем когда они происходят вместе. Первоначально термин эпистаз конкретно означал, что эффект варианта гена маскируется эффектом другого гена. [3]
Концепция эпистаза возникла в генетике в 1907 году [4] , но в настоящее время используется в биохимии , вычислительной биологии и эволюционной биологии . Это явление возникает из-за взаимодействий либо между генами (например, мутации также необходимы в регуляторах экспрессии генов ), либо внутри них (необходимы множественные мутации, прежде чем ген потеряет функцию), что приводит к нелинейным эффектам. Эпистаз оказывает большое влияние на форму эволюционных ландшафтов , что приводит к глубоким последствиям для эволюции и эволюции фенотипических признаков .
Понимание эпистаза значительно изменилось за всю историю генетики , как и использование этого термина. Этот термин был впервые использован Уильямом Бейтсоном и его сотрудниками Флоренс Дарем и Мюриэл Уэлдейл Онслоу . [4] В ранних моделях естественного отбора , разработанных в начале 20-го века, считалось, что каждый ген вносит свой характерный вклад в приспособленность по сравнению со средним фоном других генов. Некоторые вводные курсы до сих пор преподают популяционную генетику таким образом. Из-за того, как развивалась наука о популяционной генетике , эволюционные генетикисклонны думать об эпистазе как об исключении. Однако в целом экспрессия любого одного аллеля сложным образом зависит от многих других аллелей.
В классической генетике , если гены А и В мутированы, и каждая мутация сама по себе приводит к уникальному фенотипу, но две мутации вместе демонстрируют тот же фенотип, что и мутация гена А, то ген А эпистатичен, а ген В гипостатичен . Например, ген полного облысения является эпистатическим по отношению к гену каштановых волос . В этом смысле эпистаз можно противопоставить генетической доминантности , которая представляет собой взаимодействие между аллелями в одном и том же генном локусе . По мере развития генетики и с появлением молекулярной биологии эпистаз начали изучать в связи с локусами количественных признаков.(QTL) и полигенное наследование .
Эффекты генов в настоящее время обычно поддаются количественной оценке путем анализа величины фенотипа (например , роста , пигментации или скорости роста ) или путем биохимического анализа белковой активности (например , связывания или катализа ). Все более сложные модели вычислительной и эволюционной биологии стремятся описать эффекты эпистаза в масштабе всего генома и его последствия для эволюции . [5] [6] [7]Поскольку идентификация эпистатических пар является сложной задачей как с вычислительной, так и со статистической точки зрения, в некоторых исследованиях делается попытка отдать приоритет эпистатическим парам. [8] [9]
Терминология эпистаза может варьироваться в зависимости от научных областей. Генетики часто ссылаются на аллели дикого типа и мутантные аллели , где мутация неявно вредна и может говорить о генетическом улучшении, синтетической летальности и генетических супрессорах. И наоборот, биохимик может чаще сосредотачиваться на полезных мутациях и, таким образом, явно указывать эффект мутации и использовать такие термины, как эпистаз с реципрокным знаком и компенсаторная мутация. [16] Кроме того, существуют различия при рассмотрении эпистаза внутри одного гена (биохимия) и эпистаза внутри гаплоидного или диплоидного гена.геном (генетика). В общем, эпистаз используется для обозначения отклонения от «независимости» эффектов различных генетических локусов. Путаница часто возникает из-за различной интерпретации «независимости» в разных разделах биологии. [17] Приведенные ниже классификации пытаются охватить различные термины и то, как они соотносятся друг с другом.