Tương tác gen và Epistasis

Epistasis là hiện tượng trong đó tác động của một biến thể tại một locus phụ thuộc vào kiểu gen tại một hoặc nhiều locus khác — tức là, các gen không phải lúc nào cũng hoạt động độc lập. Những tương tác như vậy có thể che giấu, điều chỉnh hoặc tạo ra kiểu hình, làm sai lệch các tỷ lệ đơn giản dự kiến theo phân ly Mendel độc lập và giúp giải thích tại sao các dự đoán về gen đơn thường không đầy đủ.

Definition

Epistasis là một tương tác di truyền trong đó hiệu ứng kiểu hình của một alen tại một locus bị thay đổi bởi kiểu gen tại một locus khác, sao cho hiệu ứng kết hợp của hai hoặc nhiều locus không đơn thuần là tổng của các hiệu ứng riêng lẻ của chúng.

Scope

Mục này bao gồm ý nghĩa cổ điển (Batesonian) của epistasis như một gen che giấu gen khác, ý nghĩa thống kê của tương tác không cộng gộp giữa các locus, các con đường phân tử mà các sản phẩm gen tương tác, và sự liên quan của tương tác đến các hiệu ứng điều chỉnh và độ thấm không hoàn toàn. Đây là một tài liệu tham khảo khái niệm, không phải là một công cụ dự đoán lâm sàng.

Core questions

• Điều gì phân biệt định nghĩa 'che giấu' cổ điển của epistasis với định nghĩa thống kê (không cộng gộp)?
• Thông qua những cơ chế phân tử nào mà một biến thể tại một locus có thể làm thay đổi tác động của một biến thể tại một locus khác?
• Tương tác gen đóng góp như thế nào vào các hiệu ứng điều chỉnh, biểu hiện biến đổi và các sai lệch so với tỷ lệ Mendel dự kiến?

Key concepts

• Sự che giấu của một locus bởi locus khác
• Tương tác không cộng gộp (thống kê)
• Tỷ lệ lai hai tính trạng Mendel bị thay đổi
• Gen điều chỉnh
• Tương tác trong gen so với tương tác giữa các gen
• Sự phụ thuộc vào con đường và phức hợp protein
• Hiệu ứng nền di truyền

Key theories

Epistasis cổ điển (Batesonian)

Ban đầu được định nghĩa là một gen che giấu hoặc lấn át sự biểu hiện kiểu hình của gen khác, quan điểm này xuất hiện từ việc quan sát các tỷ lệ lai hai tính trạng bị thay đổi trong đó các lớp tổ hợp dự kiến bị thay đổi vì một locus đã ngăn chặn tác động của locus kia.

Epistasis thống kê

Trong di truyền định lượng và quần thể, epistasis được định nghĩa là sự sai lệch của hiệu ứng chung của các locus so với tổng các hiệu ứng riêng lẻ (cộng gộp) của chúng, một định nghĩa khác biệt, mặc dù có liên quan, với khái niệm che giấu cổ điển.

Mechanisms

Các tương tác epistasis phát sinh bất cứ khi nào chức năng của một sản phẩm gen phụ thuộc vào sản phẩm gen khác. Trong một con đường sinh hóa, một biến thể ở phía hạ nguồn có thể che giấu tác động của một biến thể ở phía thượng nguồn vì bước giới hạn đã thay đổi; trong một phức hợp protein, một thay đổi trong một tiểu đơn vị có thể làm thay đổi cách một biến thể trong một tiểu đơn vị đối tác hoạt động; và các mối quan hệ điều hòa cho phép một gen kiểm soát sự biểu hiện của gen khác. Những phụ thuộc phân tử này chuyển thành quan sát ở cấp độ quần thể rằng tác động của một biến thể thay đổi theo nền di truyền, đây là một nguồn gốc của các hiệu ứng gen điều chỉnh và góp phần vào độ thấm không hoàn toàn và tính biểu hiện biến đổi. Các định nghĩa cổ điển và thống kê có thể trùng khớp nhưng không nhất thiết, bởi vì sự che giấu ở cấp độ kiểu hình không giống với tính không cộng gộp trên một thang đo cụ thể.

Clinical relevance

Tương tác gen giúp giải thích tại sao các cá thể có cùng biến thể chính lại khác nhau về kiểu hình, tại sao các locus điều chỉnh ảnh hưởng đến diễn biến của các rối loạn gen đơn, và tại sao các dự đoán biến thể đơn không hoàn hảo. Mục này mô tả khái niệm tương tác để tham khảo và không phải là một công cụ để dự đoán kiểu hình của một cá thể, điều này đòi hỏi đánh giá lâm sàng và di truyền chính thức.

History

William Bateson đã giới thiệu thuật ngữ epistasis vào đầu thế kỷ XX để mô tả một gen che giấu hiệu ứng kiểu hình của gen khác, được quan sát như những sai lệch so với tỷ lệ lai hai tính trạng dự kiến. R. A. Fisher sau đó đã chính thức hóa một khái niệm thống kê về tương tác trong di truyền định lượng, và các công trình phân tử và cấp độ hệ thống sau đó đã làm rõ các cơ chế mà các sản phẩm gen tương tác và cách các khái niệm cổ điển và thống kê liên quan đến nhau.

Debates

Các định nghĩa cổ điển và thống kê của epistasis có đề cập đến cùng một điều không?

Epistasis như một gen che giấu gen khác (sinh lý/cổ điển) và epistasis như sự sai lệch so với tính cộng gộp (thống kê) có liên quan nhưng khác biệt, và liệu một tương tác thống kê có được phát hiện hay không có thể phụ thuộc vào thang đo; việc nhầm lẫn hai khái niệm này đã gây ra sự nhầm lẫn kéo dài trong tài liệu.

Key figures

• William Bateson
• R. A. Fisher
• Patrick C. Phillips
• Ben Lehner

Seminal works

• bateson-1909
• phillips-2008
• lehner-2011

Frequently asked questions

Epistasis có nghĩa là gì một cách đơn giản?

Nó có nghĩa là các gen có thể tương tác: tác động của một biến thể tại một gen phụ thuộc vào những gì có mặt tại một gen khác, vì vậy một locus có thể che giấu, tăng cường hoặc định hình lại tác động của một locus khác thay vì mỗi locus hoạt động độc lập.

Epistasis liên quan như thế nào đến độ thấm không hoàn toàn và tính biểu hiện biến đổi?

Tương tác với các locus khác (gen điều chỉnh) là một lý do tại sao cùng một biến thể chính có thể tạo ra các kết quả khác nhau ở những người khác nhau, góp phần vào việc một đặc điểm có xuất hiện hay không (độ thấm) và mức độ nghiêm trọng của nó (tính biểu hiện).