وراثتپذیری و تعامل ژن-محیط
وراثتپذیری یک آمار جمعیتی است که نسبت تغییرات یک صفت را در یک جمعیت و محیط خاص بیان میکند که میتوان آن را به تفاوتهای ژنتیکی بین افراد نسبت داد. تعامل ژن-محیط به نحوه تأثیر یک واریانت ژنتیکی بر یک صفت اشاره دارد که میتواند به محیط بستگی داشته باشد و بالعکس. این دو مفهوم با هم چارچوبی را برای چگونگی تقسیمبندی تغییرات صفت توسط ژنتیک فراهم میکنند، در حالی که نسبت به تفسیر بیش از حد معنای این تقسیمبندی برای هر فرد خاص هشدار میدهند.
Definition
وراثتپذیری کسری از واریانس فنوتیپی در یک جمعیت تعریفشده است که به واریانس ژنتیکی نسبت داده میشود؛ وراثتپذیری به معنای محدود فقط واریانس ژنتیکی افزایشی را در نظر میگیرد، در حالی که وراثتپذیری به معنای گسترده تمام واریانس ژنتیکی را شامل میشود. تعامل ژن-محیط زمانی رخ میدهد که تأثیر ژنوتیپ بر فنوتیپ در محیطهای مختلف متفاوت باشد.
Scope
این مدخل به تعریف و تخمین وراثتپذیری (شامل وراثتپذیری به معنای محدود و گسترده)، معنا و سوءتعبیرهای رایج این آمار، تعامل و همبستگی ژن-محیط، و چگونگی تخمین وراثتپذیری از دادههای ژنتیکی با استفاده از روشهای ژنومی میپردازد. این یک موضوع مفهومی و روششناختی است، نه یک راهنمای بالینی.
Core questions
- تخمین وراثتپذیری دقیقاً چه چیزی را اندازهگیری میکند و به چه جمعیتی اعمال میشود؟
- چرا وراثتپذیری هیچ چیز مستقیمی در مورد یک فرد یا اینکه آیا یک صفت قابل تغییر است، نمیگوید؟
- چگونه تعامل ژن-محیط و همبستگی ژن-محیط تقسیم واریانس را پیچیده میکنند؟
- وراثتپذیری چگونه از دادههای خانوادگی در مقابل دادههای ژنتیکی سراسر ژنوم تخمین زده میشود؟
Key concepts
- وراثتپذیری به معنای محدود (افزایشی)
- وراثتپذیری به معنای گسترده
- تقسیم واریانس فنوتیپی
- وراثتپذیری مبتنی بر SNP
- تعامل ژن-محیط
- همبستگی ژن-محیط
- تخمین خاص جمعیت و محیط
Key theories
- تقسیم واریانس
- چارچوب فیشر واریانس فنوتیپی را به مؤلفههای ژنتیکی و محیطی تجزیه میکند و مبنای رسمی برای تعریف وراثتپذیری به عنوان نسبت واریانس ژنتیکی به کل واریانس فنوتیپی و برای جداسازی اثرات ژنتیکی افزایشی از غیر افزایشی را فراهم میآورد.
Mechanisms
وراثتپذیری با تقسیم واریانس یک صفت در بین افراد به مؤلفههای ژنتیکی و محیطی محاسبه میشود؛ سهم ژنتیکی، نسبت به کل، وراثتپذیری را تعریف میکند. طرحهای خانوادگی و دوقلو این را از شباهت خویشاوندان استنباط میکنند، در حالی که روشهای ژنومی آن را از شباهت ژنتیکی اندازهگیری شده در بین بسیاری از واریانتها تخمین میزنند. از آنجا که وراثتپذیری نسبت واریانسها است، به فراوانی آللها و دامنه محیطهای موجود در جمعیت مورد مطالعه بستگی دارد و اگر هر یک از اینها تغییر کند، میتواند تغییر کند. تعامل ژن-محیط به این معنی است که تأثیر ظاهری یک واریانت میتواند بین محیطها متفاوت باشد، و همبستگی ژن-محیط به این معنی است که ژنوتیپها ممکن است به طور غیرتصادفی در محیطها توزیع شوند؛ هر دو باید هنگام تفسیر مؤلفههای واریانس در نظر گرفته شوند.
Clinical relevance
وراثتپذیری و تعامل ژن-محیط نحوه تفسیر شواهد ژنتیکی در مورد صفات و بیماریهای رایج را مشخص میکنند، از جمله اینکه چرا وراثتپذیری بالا به این معنی نیست که عوامل محیطی یا رفتاری بیاهمیت یا ثابت هستند. این مطالب برای حمایت از خوانش انتقادی شواهد ژنتیکی در سطح جمعیت ارائه شده است و مبنایی برای پیشبینی یا مراقبت فردی نیست.
Epidemiology
تخمینهای وراثتپذیری برای طیف وسیعی از صفات انسانی و بیماریهای رایج، معمولاً از طریق مطالعات دوقلو و خانوادگی و اخیراً از طریق دادههای ژنتیکی سراسر ژنوم، تولید شدهاند؛ این تخمینها بر اساس صفت، جمعیت و محیط متفاوت هستند، که خود یک نکته تفسیری مهم است.
History
این مفهوم از چارچوب تقسیم واریانس فیشر در سال ۱۹۱۸ نشأت میگیرد و برای تخمین عملی توسط ژنتیکدانان کمی مانند فالکونر توسعه یافت. در عصر ژنومیک، روشهایی که وراثتپذیری را مستقیماً از واریانتهای سراسر ژنوم تخمین میزنند — که ابتدا برای صفاتی مانند قد انسان به کار رفتند — هم سهم ژنتیکی گرفته شده توسط واریانتهای رایج را کمیسازی کردند و هم بحث در مورد شکاف بین این و وراثتپذیری مبتنی بر خانواده را تشدید کردند.
Debates
- وراثتپذیری چه چیزی را به ما میگوید و چه چیزی را نمیگوید؟
- وراثتپذیری اغلب به اشتباه به عنوان معیاری برای میزان «ژنتیکی» بودن یک صفت در یک فرد یا به عنوان ثابت در محیطهای مختلف تفسیر میشود؛ در واقع این یک نسبت واریانسهای خاص جمعیت و محیط است و محدودیتهای آن یک موضوع تکراری در ادبیات علمی است.
- چرا وراثتپذیری مبتنی بر خانواده اغلب بالاتر از وراثتپذیری است که توسط واریانتهای اندازهگیری شده گرفته میشود؟
- تخمینهای ژنومی از واریانتهای رایج اغلب کمتر از وراثتپذیری مبتنی بر خانواده هستند، با دلایل پیشنهادی شامل واریانتهای شناسایی نشده، تغییرات نادر، تعاملات، و احتمالاً تخمین بیش از حد توسط طرحهای خانوادگی.
Key figures
- Ronald A. Fisher
- Douglas Falconer
- Peter Visscher
- Jian Yang
Related topics
Seminal works
- fisher-1918
- visscher-2008
- yang-2010
Frequently asked questions
- آیا وراثتپذیری ۸۰٪ به این معنی است که یک صفت در من ۸۰٪ ژنتیکی است؟
- خیر. وراثتپذیری سهم تغییرات بین افراد در یک جمعیت را توصیف میکند که تفاوتهای ژنتیکی را در یک محیط معین دنبال میکند؛ این تقسیمبندی علت را در هیچ فرد خاصی انجام نمیدهد.
- تعامل ژن-محیط چیست؟
- این زمانی است که تأثیر یک واریانت ژنتیکی بر یک صفت به محیط بستگی دارد — برای مثال، یک واریانت ممکن است خطر را فقط تحت یک مواجهه خاص افزایش دهد — بنابراین ژنوتیپ و محیط را نمیتوان همیشه به سادگی افزایشی در نظر گرفت.