Генетическая архитектура

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Генетическая архитектура — 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 фенотипических вариациях. Генетическая архитектура — это широкий термин, который можно описать для любого конкретного человека на основе информации о количестве генов и аллелей, распределении аллельных и мутационных эффектов, а также моделях плейотропии, доминирования и эпистаза[1].

Существует несколько различных 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 утверждают, что каждое взаимодействие генов значимо и что необходимо измерять и моделировать эти индивидуальные системные влияния на эволюционную генетику[1].

Приложения[править | править код]

Genotype-Phenotype Map
Упрощенная карта генотип-фенотип

Генетическая архитектура может изучаться и применяться на различных уровнях. На самом базовом, индивидуальном уровне, генетическая архитектура описывает генетическую основу различий между особями, видами и популяциями. Это может включать, среди прочего, то, сколько генов участвует в определенном фенотипе и как взаимодействия генов, такие как эпистаз, влияют на этот фенотип[1]. Для изучения этих различий можно использовать анализ перекрестных линий и анализ QTL[2]. Это, пожалуй, наиболее распространенный способ изучения генетической архитектуры, и хотя он полезен для получения фрагментов информации, он обычно не дает полной картины генетической архитектуры в целом.

Генетическая архитектура также может быть использована 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 использованием карты генотип-фенотип, графически отображающей взаимосвязи между генотипом и фенотипом[4].

Генетическая архитектура важна для понимания эволюционной теории, поскольку она описывает фенотипические вариации в лежащих в ее основе генетических терминах и, таким образом, дает информацию об эволюционном потенциале этих вариаций. Таким образом, генетическая архитектура может дать ответы на вопросы о видообразовании, эволюции пола и рекомбинации, выживании небольших популяций, инбридинге, понимании болезней, селекции животных и растений и многом другом[1].

Эволюционность[править | править код]

Эволюционность определяется как способность развиваться. С точки зрения генетики, эволюционность — это способность генетической системы производить и поддерживать потенциально адаптивные генетические варианты. Существует несколько аспектов генетической архитектуры, которые в значительной степени способствуют развитию системы, включая автономию, изменчивость, координацию, эпистаз, плейотропию, полигению и устойчивость[1][2].

  • Автономия: существование квазинезависимых организмов с потенциалом эволюционной автономии[5]
  • Изменчивость: возможность возникновения генетической мутации.
  • Координация: развитие, в ходе которого происходит одновременно множество различных генетических процессов и изменений.
  • Эпистаз : явление, при котором один ген зависит от присутствия одного или нескольких генов-модификаторов.
  • Полигения : явление, при котором несколько генов способствуют определенному фенотипическому признаку.
  • Плейотропия : явление, при котором один ген влияет на одну или несколько фенотипических характеристик.
  • Устойчивость : способность фенотипа оставаться постоянным, несмотря на генетические мутации.
Схематическая основа эволюционной истории, лежащая в основе современных фенотипических изменений пигментации кожи человека, основанная на сходствах и различиях, обнаруженных в различных генотипах[6].

В исследовании, опубликованном в 2006 году, филогения использовалась для сравнения генетической архитектуры разного цвета кожи человека. В этом исследовании исследователи смогли предложить схематическую основу для эволюционной истории, лежащей в основе современных фенотипических изменений пигментации кожи человека, на основе сходств и различий, которые они обнаружили в генотипе[7] (наилл).

Эволюционная история является важным фактором в понимании генетической основы любого признака, и это исследование было одним из первых, в котором эти концепции использовались парно для определения информации о базовой генетике фенотипического признака.

В 2013 году группа исследователей использовала полногеномные исследования ассоциаций (GWAS) и полногеномные исследования взаимодействия (GWIS) для определения риска врожденных пороков сердца у пациентов с синдромом Дауна[8] — генетическим заболеванием, вызванным трисомией 21 хромосомы человека. Текущая гипотеза относительно фенотипов врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна заключается в том, что три копии функциональных геномных элементов на хромосоме 21 и генетические вариации хромосомы 21 и ее нехромосомных локусов предрасполагают пациентов к аномальному развитию сердца. Это исследование выявило несколько локусов риска врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна, а также три области вариации числа копий (CNV), которые могут способствовать врожденным порокам сердца у людей с синдромом Дауна.

Многочисленные и разнообразные исследования генетической архитектуры используют аналогичные типы анализа для получения конкретной информации о локусах, участвующих в создании фенотипа. Исследование иммунной системы человека в 2015 году[9] использует те же общие концепции для идентификации нескольких локусов, участвующих в развитии иммунной системы, но, как и другие исследования, изложенные здесь, не учитывает другие аспекты генетической архитектуры, такие как воздействия окружающей среды. К сожалению, многие другие аспекты генетической архитектуры по-прежнему трудно оценить количественно.

Хотя существует несколько исследований, направленных на изучение других аспектов генетической архитектуры, современные технологии мало способны связать все части для построения действительно всеобъемлющей модели генетической архитектуры. Например, в 2003 году исследование генетической архитектуры и окружающей среды смогло показать связь социальной среды с изменением размера тела у Drosophila melanogaster[10]. Однако это исследование не смогло установить прямую связь с конкретными генами, участвующими в данном изменении.

Перспективы[править | править код]

Существует мнение, что знание генетической архитектуры, общей для всего живого на планете, открывает широкие перспективы для синтетической биологии и открывает возможность для развития промышленной эволюции[11].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Hansen, Thomas F. (2006-01-01). "The Evolution of Genetic Architecture". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 37 (1): 123—157. doi:10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110224.
  2. ↑ 1 2 3 Mackay, Trudy F. C. (2001-01-01). "The Genetic Architecture of Quantitative Traits". Annual Review of Genetics. 35 (1): 303—339. doi:10.1146/annurev.genet.35.102401.090633. PMID 11700286.
  3. ↑ 1 2 Fisher, R. A. The Genetical Theory Of Natural Selection. — At The Clarendon Press, 1930-01-01.
  4. ↑ Stadler, Peter F.; Stadler, Bärbel M. R. (2015-04-14). "Genotype-Phenotype Maps". Biological Theory (англ.). 1 (3): 268—279. CiteSeerX 10.1.1.7.2128. doi:10.1162/biot.2006.1.3.268. ISSN 1555-5542. S2CID 520209.
  5. ↑ Lewontin, R. C. (1978-09-01). "Adaptation". Scientific American. 239 (3): 212—218, 220, 222 passim. Bibcode:1978SciAm.239c.212L. doi:10.1038/scientificamerican0978-212. ISSN 0036-8733. PMID 705323.
  6. ↑ Deng, Lian; Xu, Shuhua (15 June 2017). "Adaptation of human skin color in various populations". Hereditas. 155 (1): 1. doi:10.1186/s41065-017-0036-2. ISSN 1601-5223. PMC 5502412. PMID 28701907.
  7. ↑ McEvoy, Brian; Beleza, Sandra; Shriver, Mark D. (2006-10-15). "The genetic architecture of normal variation in human pigmentation: an evolutionary perspective and model". Human Molecular Genetics (англ.). 15 (suppl 2): R176—R181. doi:10.1093/hmg/ddl217. ISSN 0964-6906. PMID 16987881.
  8. ↑ Sailani, M. Reza; Makrythanasis, Periklis; Valsesia, Armand; Santoni, Federico A.; Deutsch, Samuel; Popadin, Konstantin; Borel, Christelle; Migliavacca, Eugenia; Sharp, Andrew J. (2013-09-01). "The complex SNP and CNV genetic architecture of the increased risk of congenital heart defects in Down syndrome". Genome Research. 23 (9): 1410—1421. doi:10.1101/gr.147991.112. ISSN 1549-5469. PMC 3759718. PMID 23783273.
  9. ↑ Roederer, Mario; Quaye, Lydia; Mangino, Massimo; Beddall, Margaret H.; Mahnke, Yolanda; Chattopadhyay, Pratip; Tosi, Isabella; Napolitano, Luca; Terranova Barberio, Manuela (2015-04-09). "The Genetic Architecture of the Human Immune System: A Bioresource for Autoimmunity and Disease Pathogenesis". Cell (англ.). 161 (2): 387—403. doi:10.1016/j.cell.2015.02.046. ISSN 0092-8674. PMC 4393780. PMID 25772697.
  10. ↑ Wolf, Jason B. (2003-04-15). "Genetic architecture and evolutionary constraint when the environment contains genes". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (8): 4655—4660. doi:10.1073/pnas.0635741100. ISSN 0027-8424. PMC 153611. PMID 12640144.
  11. ↑ Уэбб, Гессель, 2024, с. 17.

Литература[править | править код]

  • Эми Уэбб, Эндрю Гессель. Машина творения. Новые организмы, редактирование генома и лабораторные гамбургеры = Amy Webb, Andrew Hessel . The Genesis Machine: Our Quest to Rewrite Life in the Age of Synthetic Biology. — М.: Альпина нон-фикшн, 2024. — С. 472. — ISBN 978-5-00139-648-2.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Генетическая_архитектура&oldid=137366655