Di truyền đa gen

Di truyền đa gen là kiểu di truyền trong đó một tính trạng đơn lẻ chịu ảnh hưởng của các alen tại nhiều locus di truyền, mỗi locus thường đóng góp một tác động nhỏ, do đó sự kết hợp của chúng tạo ra sự biến đổi liên tục, có cấp độ thay vì các loại rời rạc như thấy ở các tính trạng Mendel đơn gen. Đây là nền tảng di truyền để hiểu các tính trạng như chiều cao và cho các mô hình đa gen được sử dụng trong di truyền học tính trạng phức tạp.

Definition

Di truyền đa gen là sự xác định kiểu hình bởi các hiệu ứng tích lũy, phần lớn là cộng gộp của các alen tại nhiều locus, mỗi locus có tác động nhỏ, tạo ra sự biến đổi liên tục trong tính trạng.

Scope

Mục này bao gồm mô hình đa gen cộng gộp (vô cùng nhỏ), cách nhiều locus có tác động nhỏ tạo ra các phân bố liên tục, mối quan hệ giữa di truyền đa gen và các mối tương quan được thấy giữa những người thân, và cách genomics hiện đại đã xác nhận cơ sở đa gen cao của nhiều tính trạng. Đây là một chủ đề di truyền học khái niệm, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào nhiều alen có tác động nhỏ kết hợp để tạo ra một phân bố liên tục?
• Điều gì phân biệt một tính trạng thuần túy đa gen với một tính trạng đa yếu tố cũng bao gồm các tác động môi trường?
• Thông thường có bao nhiêu locus nằm dưới một tính trạng phức tạp, và điều này được ước tính như thế nào?

Key concepts

• Hiệu ứng di truyền cộng gộp
• Locus có tác động nhỏ
• Phân bố liên tục (chuẩn)
• Điểm số đa gen
• Tính di truyền dựa trên SNP
• Mối tương quan giữa những người thân

Key theories

Mô hình vô cùng nhỏ (đa gen cộng gộp)

Fisher đã chỉ ra rằng nếu một tính trạng bị ảnh hưởng bởi một số lượng rất lớn các locus Mendel, mỗi locus có tác động cộng gộp nhỏ, thì kiểu hình kết quả được phân bố gần như chuẩn và các mối tương quan giữa những người thân tuân theo các mô hình có thể dự đoán được, hòa giải thuyết Mendel với biến đổi liên tục.

Mô hình toàn gen

Boyle, Li và Pritchard lập luận rằng tính đa gen của nhiều tính trạng rộng đến mức gần như tất cả các gen hoạt động trong các mô liên quan đều đóng góp, thông qua các mạng lưới điều hòa liên kết, vào sự biến đổi tính trạng.

Mechanisms

Theo mô hình đa gen, mỗi locus đóng góp phân ly theo kiểu Mendel thông thường, nhưng vì các tác động nhỏ và cộng gộp trên nhiều locus, giá trị kiểu gen tổng hợp trải rộng các kiểu hình dọc theo một chuỗi liên tục gần với phân bố chuẩn khi số lượng locus tăng lên. Mối quan hệ giữa hai cá thể càng gần, sự chia sẻ các alen này càng lớn, điều này tạo ra các mối tương quan có cấp độ giữa những người thân mà mô hình của Fisher dự đoán. Dữ liệu toàn bộ hệ gen đã làm cho điều này trở nên cụ thể: đối với chiều cao, các đa hình đơn nucleotide phổ biến khi kết hợp lại giải thích một phần lớn phương sai mặc dù các biến thể riêng lẻ có tác động rất nhỏ, hỗ trợ một kiến trúc đa gen cao.

Clinical relevance

Di truyền đa gen là cơ sở cho các điểm số đa gen tổng hợp nhiều biến thể tác động nhỏ thành một chỉ số duy nhất về khuynh hướng di truyền, và để giải thích tại sao hầu hết các tính trạng và rối loạn phổ biến không biểu hiện di truyền đơn giản. Nó được mô tả ở đây để hỗ trợ hiểu biết về bằng chứng di truyền ở cấp độ quần thể và không phải là cơ sở cho dự đoán hoặc chăm sóc cá nhân.

Epidemiology

Nhiều tính trạng có thể đo lường được ở người — tầm vóc, khối lượng cơ thể, huyết áp, mức lipid — hoạt động như các đặc điểm đa gen, phân bố liên tục, đó là lý do tại sao các mô hình đa gen thống trị di truyền học về biến đổi bình thường và trách nhiệm bệnh tật phổ biến.

History

Mô hình đa gen đã giải quyết tranh chấp đầu thế kỷ XX giữa những người theo Mendel và những người theo sinh trắc học: tổng hợp năm 1918 của Fisher đã chứng minh rằng biến đổi liên tục là kết quả mong đợi của nhiều locus Mendel. Falconer và Mackay sau đó đã hệ thống hóa khung di truyền định lượng, và từ năm 2010 trở đi, các phân tích toàn bộ hệ gen như đối với chiều cao của con người đã xác nhận thực nghiệm tính đa gen cực đoan, dẫn đến các quan điểm tinh chỉnh bao gồm mô hình toàn gen.

Debates

Các tính trạng phức tạp đa gen đến mức nào, và liệu quan điểm toàn gen có theo sau không?

Dữ liệu toàn bộ hệ gen cho thấy hàng ngàn biến thể đóng góp cho một số tính trạng; liệu điều này phản ánh một tập hợp tương đối nhỏ các gen trung tâm về mặt sinh học được khuếch đại thông qua các mạng lưới (toàn gen) hay một kiến trúc phân bố đồng đều hơn vẫn đang được thảo luận.

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

Sự khác biệt giữa di truyền đa gen và đa yếu tố là gì?

Di truyền đa gen nhấn mạnh rằng nhiều gen đóng góp vào một tính trạng; di truyền đa yếu tố mô tả các tính trạng bị ảnh hưởng bởi nhiều gen cùng với các yếu tố môi trường. Trong thực tế, hầu hết các tính trạng phức tạp ở người đều là cả đa gen và đa yếu tố.

Tại sao các tính trạng đa gen lại tạo thành phân bố hình chuông?

Khi nhiều locus độc lập mỗi locus đóng góp một lượng nhỏ vào một tính trạng, việc tổng hợp các hiệu ứng của chúng trên các cá thể có xu hướng gần với phân bố chuẩn (hình chuông), một hệ quả của việc kết hợp nhiều đóng góp cộng gộp nhỏ.