Quantitative Genetik der Evolution

Die quantitative Genetik untersucht die Vererbung und Evolution kontinuierlicher Merkmale, die von vielen Genen kontrolliert werden, und prognostiziert, wie solche Merkmale auf Selektion reagieren.

Definition

Quantitative Genetik ist der Zweig der Genetik, der sich mit Merkmalen befasst, die kontinuierlich variieren und von vielen Loci und der Umwelt beeinflusst werden. Sie modelliert die phänotypische Variation statistisch, indem sie diese in Komponenten zerlegt, um die Reaktion von Populationen auf Selektion vorherzusagen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Aufteilung der phänotypischen Varianz in genetische und umweltbedingte Komponenten, die Konzepte der Heritabilität und der additiven genetischen Varianz, die Züchtergleichung zur Vorhersage der Selektionsantwort, genetische Korrelationen zwischen Merkmalen und den multivariaten Rahmen, der die Evolution von Merkmalskomplexen beschreibt.

Core questions

• Wie wird die phänotypische Varianz in additive genetische, Dominanz- und Umweltkomponenten aufgeteilt?
• Was misst die Heritabilität und wie wird sie geschätzt?
• Wie prognostiziert die Züchtergleichung die Reaktion eines Merkmals auf Selektion?
• Wie prägen genetische Korrelationen und Kompromisse die gemeinsame Evolution mehrerer Merkmale?

Key theories

Die Züchtergleichung

Die Selektionsantwort eines quantitativen Merkmals entspricht seiner Heritabilität im engeren Sinne multipliziert mit dem Selektionsdifferential, wodurch vererbbare Varianz mit der Rate des evolutionären Wandels verbunden wird.

Multivariate Evolution und die G-Matrix

Da Merkmale genetisch korreliert sind, wird ihre gemeinsame Reaktion auf Selektion durch die additive genetische Varianz-Kovarianz-Matrix bestimmt, die die Evolution von der Richtung der stärksten Selektion ablenken kann.

Mechanisms

Die phänotypische Varianz wird in additive, Dominanz- und Interaktions-Genvarianzen sowie Umweltvarianz zerlegt. Die Heritabilität im engeren Sinne ist das Verhältnis der additiven genetischen Varianz zur gesamten phänotypischen Varianz und bestimmt, wie treu Nachkommen den Eltern ähneln. Die Züchtergleichung prognostiziert die Generationsänderung des Merkmalsmittelwerts aus Heritabilität und Selektionsdifferential. Für mehrere Merkmale prognostiziert die genetische Varianz-Kovarianz-Matrix in Kombination mit dem Vektor der Selektionsgradienten die multivariate Evolution, sodass genetische Korrelationen und Pleiotropie die Anpassung einschränken oder umleiten können.

Clinical relevance

Quantitativ-genetische Methoden schätzen die Heritabilität komplexer menschlicher Merkmale und Krankheitsrisiken, untermauern die genomische Vorhersage in der Tier- und Pflanzenzucht und informieren die Interpretation polygener Scores.

History

Fishers Arbeit von 1918 versöhnte kontinuierliche Variation mit Mendelscher Vererbung und begründete die quantitative Genetik. Das Feld reifte durch die Arbeit zur Heritabilität und Selektionsantwort Mitte des Jahrhunderts und wurde in den 1980er Jahren durch Lande und Arnolds multivariaten Rahmen für die Evolutionsbiologie synthetisiert.

Debates

Wie stabil ist die genetische Varianz-Kovarianz-Matrix?

Ob die G-Matrix über evolutionäre Zeiträume hinweg konstant genug bleibt, um die langfristige Merkmalsevolution vorherzusagen, oder sich mit der Änderung der Allelfrequenzen verschiebt, ist eine offene Frage.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer

Seminal works

• falconerMackay1996
• futuyma2017
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

Was bedeutet eine Heritabilität von 0,5?

Es bedeutet, dass etwa die Hälfte der phänotypischen Variation für dieses Merkmal in dieser Population und Umgebung auf additive genetische Unterschiede zwischen Individuen zurückzuführen ist; es ist eine Populationsstatistik, keine Eigenschaft eines Individuums.

Können sich Merkmale entgegen der Selektionsrichtung entwickeln?

Ja. Aufgrund genetischer Korrelationen kann sich ein Merkmal in eine Richtung entwickeln, die der direkt auf es wirkenden Selektion entgegengesetzt ist, wenn es genetisch mit anderen Merkmalen korreliert ist, die einer stärkeren Selektion unterliegen.