Di truyền học định lượng của sự tiến hóa

Di truyền học định lượng nghiên cứu sự di truyền và tiến hóa của các tính trạng liên tục được kiểm soát bởi nhiều gen, dự đoán cách các tính trạng đó phản ứng với chọn lọc.

Definition

Di truyền học định lượng là một nhánh của di truyền học nghiên cứu các tính trạng biến đổi liên tục và bị ảnh hưởng bởi nhiều locus và môi trường. Nó mô hình hóa sự biến đổi kiểu hình bằng thống kê, phân chia nó thành các thành phần để dự đoán phản ứng của quần thể đối với chọn lọc.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc phân chia phương sai kiểu hình thành các thành phần di truyền và môi trường, các khái niệm về tính di truyền và phương sai di truyền cộng gộp, phương trình của nhà chọn giống để dự đoán phản ứng chọn lọc, các tương quan di truyền giữa các tính trạng, và khuôn khổ đa biến mô tả sự tiến hóa của các tập hợp tính trạng.

Core questions

• Phương sai kiểu hình được phân chia thành các thành phần di truyền cộng gộp, trội và môi trường như thế nào?
• Tính di truyền đo lường điều gì và được ước tính như thế nào?
• Phương trình của nhà chọn giống dự đoán phản ứng của một tính trạng đối với chọn lọc như thế nào?
• Các tương quan di truyền và sự đánh đổi định hình sự tiến hóa chung của nhiều tính trạng như thế nào?

Key theories

Phương trình của nhà chọn giống

Phản ứng chọn lọc của một tính trạng định lượng bằng tính di truyền theo nghĩa hẹp của nó nhân với chênh lệch chọn lọc, liên kết phương sai di truyền với tốc độ thay đổi tiến hóa.

Tiến hóa đa biến và ma trận G

Vì các tính trạng có tương quan di truyền, phản ứng chung của chúng đối với chọn lọc được điều chỉnh bởi ma trận hiệp phương sai di truyền cộng gộp, có thể làm lệch hướng tiến hóa khỏi hướng chọn lọc mạnh nhất.

Mechanisms

Phương sai kiểu hình được phân tách thành các phương sai di truyền cộng gộp, trội và tương tác cộng với phương sai môi trường. Tính di truyền theo nghĩa hẹp là tỷ lệ giữa phương sai di truyền cộng gộp và tổng phương sai kiểu hình, và xác định mức độ con cái giống cha mẹ. Phương trình của nhà chọn giống dự đoán sự thay đổi trung bình của một tính trạng qua mỗi thế hệ từ tính di truyền và chênh lệch chọn lọc. Đối với nhiều tính trạng, ma trận hiệp phương sai di truyền kết hợp với vectơ gradient chọn lọc dự đoán sự tiến hóa đa biến, do đó các tương quan di truyền và tính đa hiệu có thể hạn chế hoặc định hướng lại sự thích nghi.

Clinical relevance

Các phương pháp di truyền học định lượng ước tính tính di truyền của các tính trạng phức tạp ở người và nguy cơ mắc bệnh, làm nền tảng cho dự đoán bộ gen trong chăn nuôi và trồng trọt, và cung cấp thông tin cho việc giải thích các điểm số đa gen.

History

Bài báo năm 1918 của Fisher đã dung hòa sự biến đổi liên tục với di truyền Mendel, đặt nền móng cho di truyền học định lượng. Lĩnh vực này phát triển mạnh mẽ thông qua các công trình nghiên cứu về tính di truyền và phản ứng chọn lọc vào giữa thế kỷ, và được tổng hợp cho sinh học tiến hóa bởi khuôn khổ đa biến của Lande và Arnold vào những năm 1980.

Debates

Ma trận hiệp phương sai di truyền ổn định đến mức nào?

Việc ma trận G có đủ ổn định trong suốt thời gian tiến hóa để dự đoán sự tiến hóa tính trạng dài hạn, hay thay đổi khi tần số alen thay đổi, vẫn là một câu hỏi mở.

Key figures

• Ronald A. Fisher
• Sewall Wright
• Douglas Falconer

Seminal works

• falconerMackay1996
• futuyma2017
• saetreRavinet2019

Frequently asked questions

Tính di truyền là 0.5 có nghĩa là gì?

Nó có nghĩa là khoảng một nửa sự biến đổi kiểu hình đối với tính trạng đó trong quần thể và môi trường đó là do sự khác biệt di truyền cộng gộp giữa các cá thể; nó là một thống kê quần thể, không phải là một đặc tính của một cá thể.

Các tính trạng có thể tiến hóa ngược lại hướng chọn lọc không?

Có. Do các tương quan di truyền, một tính trạng có thể thay đổi theo hướng ngược lại với chọn lọc tác động trực tiếp lên nó khi nó có tương quan di truyền với các tính trạng khác chịu chọn lọc mạnh hơn.