وراثت چندژنی

وراثت چندژنی الگویی است که در آن یک صفت واحد تحت تأثیر آلل‌ها در بسیاری از جایگاه‌های ژنتیکی قرار می‌گیرد، که هر یک معمولاً تأثیر کوچکی دارند، به طوری که عملکرد ترکیبی آن‌ها به جای دسته‌بندی‌های گسسته که در صفات مندلی تک‌ژنی دیده می‌شود، تغییرات پیوسته و تدریجی ایجاد می‌کند. این اساس ژنتیکی برای درک صفاتی مانند قد و برای مدل‌های چندژنی است که در سراسر ژنتیک صفات پیچیده استفاده می‌شوند.

Definition

وراثت چندژنی تعیین یک فنوتیپ توسط اثرات تجمعی و عمدتاً افزودنی آلل‌ها در بسیاری از جایگاه‌ها است که هر یک اثر کوچکی دارند و تغییرات پیوسته‌ای را در صفت ایجاد می‌کنند.

Scope

این مدخل مدل افزودنی چندژنی (بی‌نهایت کوچک)، چگونگی تولید توزیع‌های پیوسته توسط بسیاری از جایگاه‌های با اثر کوچک، رابطه بین وراثت چندژنی و همبستگی‌های مشاهده شده بین خویشاوندان، و چگونگی تأیید اساس بسیار چندژنی بسیاری از صفات توسط ژنومیک مدرن را پوشش می‌دهد. این یک موضوع ژنتیک مفهومی است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• چگونه بسیاری از آلل‌های با اثر کوچک ترکیب می‌شوند تا یک توزیع پیوسته ایجاد کنند؟
• چه چیزی یک صفت کاملاً چندژنی را از یک صفت چندعاملی که شامل اثرات محیطی نیز می‌شود، متمایز می‌کند؟
• چند جایگاه معمولاً زیربنای یک صفت پیچیده هستند و چگونه این تخمین زده می‌شود؟

Key concepts

• اثر ژنتیکی افزودنی
• جایگاه‌های با اثر کوچک
• توزیع پیوسته (نرمال)
• نمره چندژنی
• وراثت‌پذیری مبتنی بر SNP
• همبستگی بین خویشاوندان

Key theories

مدل بی‌نهایت کوچک (چندژنی افزودنی)

فیشر نشان داد که اگر یک صفت تحت تأثیر تعداد بسیار زیادی از جایگاه‌های مندلی باشد که هر یک اثر افزودنی کوچکی دارند، فنوتیپ حاصل تقریباً به طور نرمال توزیع می‌شود و همبستگی‌ها بین خویشاوندان از الگوهای قابل پیش‌بینی پیروی می‌کنند، که مندلیسم را با تغییرات پیوسته آشتی می‌دهد.

مدل همه‌ژنی

بویل، لی و پریچارد استدلال کردند که چندژنی بودن بسیاری از صفات آنقدر گسترده است که تقریباً تمام ژن‌های فعال در بافت‌های مربوطه، از طریق شبکه‌های تنظیمی به هم پیوسته، به تغییرات صفت کمک می‌کنند.

Mechanisms

بر اساس مدل چندژنی، هر جایگاه مشارکت‌کننده به روش مندلی عادی تفکیک می‌شود، اما از آنجا که اثرات کوچک و افزودنی در بسیاری از جایگاه‌ها هستند، ارزش ژنوتیپی جمع شده، فنوتیپ‌ها را در امتداد یک پیوستار پخش می‌کند که با افزایش تعداد جایگاه‌ها به یک توزیع نرمال نزدیک می‌شود. هرچه رابطه بین دو فرد نزدیک‌تر باشد، اشتراک مورد انتظار این آلل‌ها بیشتر است، که همبستگی‌های تدریجی بین خویشاوندان را که مدل فیشر پیش‌بینی می‌کند، ایجاد می‌کند. داده‌های سراسر ژنوم این موضوع را ملموس کرده‌اند: برای قد، پلی‌مورفیسم‌های تک‌نوکلئوتیدی رایج در مجموع سهم زیادی از واریانس را توضیح می‌دهند، حتی اگر واریانت‌های فردی اثرات ناچیزی داشته باشند، که از یک ساختار بسیار چندژنی حمایت می‌کند.

Clinical relevance

وراثت چندژنی اساس نمرات چندژنی است که بسیاری از واریانت‌های با اثر کوچک را در یک شاخص واحد از استعداد ژنتیکی خلاصه می‌کند و برای تفسیر اینکه چرا بیشتر صفات و اختلالات رایج وراثت ساده‌ای را نشان نمی‌دهند. در اینجا برای حمایت از درک شواهد ژنتیکی در سطح جمعیت توضیح داده شده است و مبنایی برای پیش‌بینی یا مراقبت فردی نیست.

Epidemiology

بسیاری از صفات قابل اندازه‌گیری انسانی — قد، توده بدنی، فشار خون، سطح چربی — به عنوان ویژگی‌های چندژنی و با توزیع پیوسته عمل می‌کنند، به همین دلیل مدل‌های چندژنی بر ژنتیک تغییرات طبیعی و مسئولیت بیماری‌های رایج غالب هستند.

History

مدل چندژنی اختلاف اوایل قرن بیستم بین مندلی‌ها و بیومتریست‌ها را حل کرد: سنتز فیشر در سال ۱۹۱۸ نشان داد که تغییرات پیوسته نتیجه مورد انتظار بسیاری از جایگاه‌های مندلی است. فالکونر و مک‌کی بعداً چارچوب ژنتیک کمی را تدوین کردند و از سال ۲۰۱۰ به بعد، تحلیل‌های سراسر ژنوم مانند آن‌هایی که برای قد انسان انجام شد، چندژنی بودن شدید را به طور تجربی تأیید کردند، که منجر به دیدگاه‌های اصلاح شده از جمله مدل همه‌ژنی شد.

Debates

صفات پیچیده چقدر چندژنی هستند و آیا دیدگاه همه‌ژنی از آن پیروی می‌کند؟

داده‌های سراسر ژنوم هزاران واریانت مشارکت‌کننده را برای برخی صفات نشان می‌دهند؛ اینکه آیا این نشان‌دهنده مجموعه‌ای نسبتاً کوچک از ژن‌های بیولوژیکی مرکزی است که از طریق شبکه‌ها تقویت می‌شوند (همه‌ژنی) یا یک ساختار با توزیع یکنواخت‌تر، همچنان مورد بحث است.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer
• Peter Visscher
• Jonathan Pritchard

Seminal works

• fisher-1918
• falconer-mackay-1996
• yang-2010
• boyle-2017

Frequently asked questions

تفاوت بین وراثت چندژنی و چندعاملی چیست؟

وراثت چندژنی بر این تأکید دارد که بسیاری از ژن‌ها به یک صفت کمک می‌کنند؛ وراثت چندعاملی صفاتی را توصیف می‌کند که تحت تأثیر بسیاری از ژن‌ها همراه با عوامل محیطی هستند. در عمل، بیشتر صفات پیچیده انسانی هم چندژنی و هم چندعاملی هستند.

چرا صفات چندژنی یک توزیع زنگوله‌ای شکل ایجاد می‌کنند؟

هنگامی که بسیاری از جایگاه‌های مستقل هر یک مقدار کمی به یک صفت اضافه می‌کنند، جمع کردن اثرات آن‌ها در بین افراد به سمت یک توزیع تقریباً نرمال (زنگوله‌ای شکل) میل می‌کند، که نتیجه ترکیب بسیاری از مشارکت‌های افزودنی کوچک است.