พันธุศาสตร์เชิงปริมาณของการวิวัฒนาการ

พันธุศาสตร์เชิงปริมาณศึกษาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและการวิวัฒนาการของลักษณะต่อเนื่องที่ควบคุมโดยยีนหลายยีน โดยทำนายว่าลักษณะดังกล่าวตอบสนองต่อการคัดเลือกอย่างไร

Definition

พันธุศาสตร์เชิงปริมาณเป็นสาขาหนึ่งของพันธุศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะที่แปรผันอย่างต่อเนื่องและได้รับอิทธิพลจากตำแหน่งยีนหลายตำแหน่งและสิ่งแวดล้อม โดยสร้างแบบจำลองความแปรปรวนของฟีโนไทป์ทางสถิติ แบ่งส่วนออกเป็นองค์ประกอบต่างๆ เพื่อทำนายการตอบสนองของประชากรต่อการคัดเลือก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแบ่งส่วนความแปรปรวนของฟีโนไทป์ออกเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม แนวคิดเรื่องความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวนทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่า สมการของนักปรับปรุงพันธุ์สำหรับการทำนายการตอบสนองต่อการคัดเลือก ความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมระหว่างลักษณะต่างๆ และกรอบการทำงานแบบหลายตัวแปรที่อธิบายวิวัฒนาการของชุดลักษณะ

Core questions

• ความแปรปรวนของฟีโนไทป์ถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่า แบบเด่น และสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร?
• ความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมวัดอะไร และประมาณค่าได้อย่างไร?
• สมการของนักปรับปรุงพันธุ์ทำนายการตอบสนองของลักษณะต่อการคัดเลือกได้อย่างไร?
• ความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมและการแลกเปลี่ยนมีผลต่อวิวัฒนาการร่วมของลักษณะหลายอย่างอย่างไร?

Key theories

สมการของนักปรับปรุงพันธุ์

การตอบสนองต่อการคัดเลือกของลักษณะเชิงปริมาณเท่ากับความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในความหมายแคบ คูณด้วยส่วนต่างของการคัดเลือก ซึ่งเชื่อมโยงความแปรปรวนที่ถ่ายทอดได้กับอัตราการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการ

วิวัฒนาการแบบหลายตัวแปรและเมทริกซ์ G

เนื่องจากลักษณะต่างๆ มีความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม การตอบสนองร่วมกันต่อการคัดเลือกจึงถูกควบคุมโดยเมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่า ซึ่งสามารถเบี่ยงเบนวิวัฒนาการออกจากทิศทางของการคัดเลือกที่รุนแรงที่สุดได้

Mechanisms

ความแปรปรวนของฟีโนไทป์ถูกแยกออกเป็นความแปรปรวนทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่า แบบเด่น และแบบปฏิสัมพันธ์ บวกกับความแปรปรวนทางสิ่งแวดล้อม ความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในความหมายแคบคืออัตราส่วนของความแปรปรวนทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่าต่อความแปรปรวนของฟีโนไทป์ทั้งหมด และเป็นตัวกำหนดว่าลูกหลานมีความคล้ายคลึงกับพ่อแม่มากน้อยเพียงใด สมการของนักปรับปรุงพันธุ์ทำนายการเปลี่ยนแปลงค่าเฉลี่ยของลักษณะต่อรุ่นจากความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและส่วนต่างของการคัดเลือก สำหรับลักษณะหลายอย่าง เมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมทางพันธุกรรมรวมกับเวกเตอร์ของความชันของการคัดเลือกจะทำนายวิวัฒนาการแบบหลายตัวแปร ดังนั้นความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมและภาวะพลีโอโทรปีอาจจำกัดหรือเปลี่ยนทิศทางการปรับตัวได้

Clinical relevance

วิธีการทางพันธุศาสตร์เชิงปริมาณใช้ประมาณค่าความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของลักษณะที่ซับซ้อนในมนุษย์และความเสี่ยงของโรค เป็นพื้นฐานของการทำนายทางจีโนมในการปรับปรุงพันธุ์สัตว์และพืช และให้ข้อมูลสำหรับการตีความคะแนนโพลีจีนิก

History

บทความของฟิชเชอร์ในปี 1918 ได้ประนีประนอมความแปรผันต่อเนื่องกับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบเมนเดล ซึ่งเป็นรากฐานของพันธุศาสตร์เชิงปริมาณ สาขาวิชานี้พัฒนาขึ้นในช่วงกลางศตวรรษด้วยงานวิจัยเกี่ยวกับความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและการตอบสนองต่อการคัดเลือก และได้รับการสังเคราะห์สำหรับชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการโดยกรอบการทำงานแบบหลายตัวแปรของ Lande และ Arnold ในทศวรรษ 1980

Debates

เมทริกซ์ความแปรปรวนร่วมทางพันธุกรรมมีความเสถียรเพียงใด?

คำถามที่ว่าเมทริกซ์ G ยังคงที่เพียงพอตลอดช่วงเวลาวิวัฒนาการเพื่อทำนายวิวัฒนาการของลักษณะในระยะยาว หรือมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อความถี่ของอัลลีลเปลี่ยนไป ยังคงเป็นคำถามที่เปิดกว้าง

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer

Seminal works

• falconerMackay1996
• futuyma2017
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

ความสามารถในการถ่ายทอดทางพันธุกรรม 0.5 หมายความว่าอย่างไร?

หมายความว่าประมาณครึ่งหนึ่งของความแปรปรวนของฟีโนไทป์สำหรับลักษณะนั้นในประชากรและสิ่งแวดล้อมนั้นเกิดจากความแตกต่างทางพันธุกรรมแบบเพิ่มค่าระหว่างแต่ละบุคคล ซึ่งเป็นสถิติของประชากร ไม่ใช่คุณสมบัติของแต่ละบุคคล

ลักษณะต่างๆ สามารถวิวัฒนาการสวนทางกับทิศทางการคัดเลือกได้หรือไม่?

ได้ เนื่องจากความสัมพันธ์ทางพันธุกรรม ลักษณะหนึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการคัดเลือกที่กระทำโดยตรงต่อลักษณะนั้น เมื่อลักษณะนั้นมีความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมกับลักษณะอื่นภายใต้การคัดเลือกที่รุนแรงกว่า