ژنتیک کمی تکامل

ژنتیک کمی به مطالعه وراثت و تکامل صفات پیوسته که توسط ژن‌های متعدد کنترل می‌شوند، می‌پردازد و پیش‌بینی می‌کند که چگونه چنین صفاتی به انتخاب پاسخ می‌دهند.

Definition

ژنتیک کمی شاخه‌ای از ژنتیک است که به صفاتی می‌پردازد که به طور پیوسته تغییر می‌کنند و تحت تأثیر لوکوس‌های متعدد و محیط قرار دارند. این علم تغییرات فنوتیپی را به صورت آماری مدل‌سازی می‌کند و آن را به مؤلفه‌هایی تقسیم می‌کند تا پاسخ جمعیت‌ها به انتخاب را پیش‌بینی کند.

Scope

این موضوع شامل تقسیم واریانس فنوتیپی به مؤلفه‌های ژنتیکی و محیطی، مفاهیم وراثت‌پذیری و واریانس ژنتیکی افزایشی، معادله اصلاح‌گر برای پیش‌بینی پاسخ به انتخاب، همبستگی‌های ژنتیکی بین صفات، و چارچوب چندمتغیره که تکامل مجموعه‌ای از صفات را توصیف می‌کند، می‌شود.

Core questions

• چگونه واریانس فنوتیپی به مؤلفه‌های ژنتیکی افزایشی، غالبی و محیطی تقسیم می‌شود؟
• وراثت‌پذیری چه چیزی را اندازه‌گیری می‌کند و چگونه تخمین زده می‌شود؟
• معادله اصلاح‌گر چگونه پاسخ یک صفت به انتخاب را پیش‌بینی می‌کند؟
• همبستگی‌های ژنتیکی و بده‌بستان‌ها چگونه تکامل مشترک چندین صفت را شکل می‌دهند؟

Key theories

معادله اصلاح‌گر

پاسخ به انتخاب یک صفت کمی برابر است با وراثت‌پذیری به معنای محدود آن ضربدر دیفرانسیل انتخاب، که واریانس ارثی را به نرخ تغییر تکاملی مرتبط می‌کند.

تکامل چندمتغیره و ماتریس G

از آنجا که صفات از نظر ژنتیکی همبسته هستند، پاسخ مشترک آنها به انتخاب توسط ماتریس واریانس-کوواریانس ژنتیکی افزایشی کنترل می‌شود، که می‌تواند تکامل را از جهت قوی‌ترین انتخاب منحرف کند.

Mechanisms

واریانس فنوتیپی به واریانس‌های ژنتیکی افزایشی، غالبی و تعاملی به علاوه واریانس محیطی تجزیه می‌شود. وراثت‌پذیری به معنای محدود، نسبت واریانس ژنتیکی افزایشی به کل واریانس فنوتیپی است و تعیین می‌کند که فرزندان تا چه حد به والدین خود شباهت دارند. معادله اصلاح‌گر تغییر در میانگین یک صفت در هر نسل را از روی وراثت‌پذیری و دیفرانسیل انتخاب پیش‌بینی می‌کند. برای صفات متعدد، ماتریس واریانس-کوواریانس ژنتیکی همراه با بردار گرادیان‌های انتخاب، تکامل چندمتغیره را پیش‌بینی می‌کند، بنابراین همبستگی‌های ژنتیکی و پلیوتروپی می‌توانند سازگاری را محدود یا تغییر مسیر دهند.

Clinical relevance

روش‌های ژنتیک کمی، وراثت‌پذیری صفات پیچیده انسانی و خطر بیماری را تخمین می‌زنند، مبنای پیش‌بینی ژنومی در اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان هستند و به تفسیر امتیازات پلی‌ژنیک کمک می‌کنند.

History

مقاله فیشر در سال 1918، تغییرات پیوسته را با وراثت مندلی آشتی داد و ژنتیک کمی را بنیان نهاد. این رشته از طریق کارهای اواسط قرن بر روی وراثت‌پذیری و پاسخ به انتخاب به بلوغ رسید و توسط چارچوب چندمتغیره لنده و آرنولد در دهه 1980 برای زیست‌شناسی تکاملی سنتز شد.

Debates

ماتریس واریانس-کوواریانس ژنتیکی چقدر پایدار است؟

اینکه آیا ماتریس G در طول زمان تکاملی به اندازه کافی ثابت می‌ماند تا تکامل بلندمدت صفات را پیش‌بینی کند، یا با تغییر فرکانس‌های آللی تغییر می‌کند، یک سؤال باز است.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer

Seminal works

• falconerMackay1996
• futuyma2017
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

وراثت‌پذیری 0.5 به چه معناست؟

به این معنی است که حدود نیمی از تغییرات فنوتیپی برای آن صفت در آن جمعیت و محیط به دلیل تفاوت‌های ژنتیکی افزایشی بین افراد است؛ این یک آمار جمعیتی است، نه یک ویژگی فردی.

آیا صفات می‌توانند برخلاف جهت انتخاب تکامل یابند؟

بله. به دلیل همبستگی‌های ژنتیکی، یک صفت می‌تواند در جهتی مخالف با انتخاب مستقیم بر آن تغییر کند، زمانی که از نظر ژنتیکی با سایر صفات تحت انتخاب قوی‌تر همبسته باشد.