進化の量的遺伝学

量的遺伝学は、多数の遺伝子によって制御される連続的な形質の遺伝と進化を研究し、そのような形質が選択にどのように応答するかを予測します。

Definition

量的遺伝学は、連続的に変動し、多くの遺伝子座と環境の影響を受ける形質を扱う遺伝学の分野です。これは表現型変動を統計的にモデル化し、それを構成要素に分割して、集団の選択に対する応答を予測します。

Scope

このトピックでは、表現型分散の遺伝的および環境的要素への分割、遺伝率と相加的遺伝分散の概念、選択応答を予測するための育種家の方程式、形質間の遺伝的相関、および一連の形質の進化を記述する多変量フレームワークについて説明します。

Core questions

• 表現型分散は、相加的遺伝、優性、環境の各要素にどのように分割されますか？
• 遺伝率は何を測定し、どのように推定されますか？
• 育種家の方程式は、形質の選択に対する応答をどのように予測しますか？
• 遺伝的相関とトレードオフは、複数の形質の共同進化をどのように形成しますか？

Key theories

育種家の方程式

量的形質の選択に対する応答は、その狭義の遺伝率に選択差を乗じたものに等しく、遺伝可能な分散と進化変化の速度を結びつけます。

多変量進化とG行列

形質は遺伝的に相関しているため、選択に対するそれらの共同応答は相加的遺伝分散共分散行列によって支配され、これは進化を最も強い選択の方向から逸らす可能性があります。

Mechanisms

表現型分散は、相加的、優性、および相互作用遺伝分散と環境分散に分解されます。狭義の遺伝率は、相加的遺伝分散と総表現型分散の比率であり、子孫が親にどれだけ忠実に似るかを決定します。育種家の方程式は、遺伝率と選択差から形質平均の世代ごとの変化を予測します。複数の形質の場合、遺伝的分散共分散行列と選択勾配のベクトルを組み合わせることで多変量進化が予測され、遺伝的相関と多面発現は適応を制約または方向転換する可能性があります。

Clinical relevance

量的遺伝学的手法は、複雑なヒトの形質や疾患リスクの遺伝率を推定し、動物や植物の育種におけるゲノム予測の基礎となり、ポリジェニックスコアの解釈に情報を提供します。

History

フィッシャーの1918年の論文は、連続的変異とメンデル遺伝を調和させ、量的遺伝学を創始しました。この分野は、遺伝率と選択応答に関する世紀半ばの研究を通じて成熟し、1980年代のランデとアーノルドの多変量フレームワークによって進化生物学のために統合されました。

Debates

遺伝的分散共分散行列はどの程度安定していますか？

G行列が進化的に十分な期間にわたって一定に保たれ、長期的な形質進化を予測できるのか、それとも対立遺伝子頻度の変化とともに変動するのかは未解決の問題です。

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer

Seminal works

• falconerMackay1996
• futuyma2017
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

遺伝率0.5は何を意味しますか？

それは、その集団とその環境におけるその形質の表現型変動の約半分が、個体間の相加的遺伝的差異によるものであることを意味します。これは個体の特性ではなく、集団の統計量です。

形質は選択の方向に逆らって進化できますか？

はい。遺伝的相関のため、形質は、より強い選択下にある他の形質と遺伝的に相関している場合、それに直接作用する選択とは逆の方向に変化する可能性があります。