Введение

Генетическая архитектура представляет собой генетическую основу фенотипического признака и его вариационные свойства. Фенотипическая вариация количественных признаков, на самом базовом уровне, является результатом сегрегации аллелей в количественных локусах признаков (QTL). Факторы окружающей среды и другие внешние воздействия также могут играть роль в фенотипической вариации. Генетическая архитектура – это широкий термин, который можно описать для любого организма на основе информации о числе генов и аллелей, распределении аллельных и мутационных эффектов, а также закономерностях плейотропии, доминирования и эпистаза. Другие исследователи утверждают, что каждое взаимодействие генов значимо и что необходимо измерять и моделировать эти индивидуальные системные влияния на эволюционную генетику. Генетическая архитектура чрезвычайно важна для понимания эволюционной теории, поскольку она описывает фенотипическую вариацию в ее генетических терминах и, таким образом, дает нам представление об эволюционном потенциале этих вариаций. Следовательно, генетическая архитектура может помочь нам ответить на биологические вопросы о видообразовании, эволюции пола и рекомбинации, выживании малых популяций, инбридинге, понимании заболеваний, селекции животных и растений и многом другом. Мутабельность: возможность возникновения генетической мутации. Координация: явление, такое как развитие, в ходе которого одновременно происходят многочисленные генетические процессы и изменения. Эпистаз: явление, при котором экспрессия одного гена зависит от наличия одного или нескольких "модифицирующих" генов. Полигения: явление, при котором несколько генов вносят вклад в определенный фенотипический признак. Плейотропия: явление, при котором один ген влияет на один или несколько фенотипических признаков. Робастность: способность фенотипа оставаться стабильным, несмотря на генетические мутации.

Примеры

В исследовании, опубликованном в 2006 году, использовался филогенетический анализ для сравнения генетической архитектуры различных оттенков кожи человека. В этом исследовании исследователи смогли предложить гипотетическую модель эволюционной истории, лежащей в основе современной фенотипической изменчивости пигментации кожи человека, основываясь на сходствах и различиях, обнаруженных в генотипе. Эволюционная история – важный фактор в понимании генетической основы любого признака, и это исследование стало одним из первых, в котором эти концепции использовались совместно для получения информации о генетике фенотипического признака. В 2013 году группа исследователей использовала полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) и полногеномные исследования взаимодействия (GWIS) для определения риска врожденных пороков сердца у пациентов с синдромом Дауна. Синдром Дауна – это генетическое заболевание, вызванное трисомией по 21-й хромосоме человека. Современная гипотеза относительно фенотипов врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна заключается в том, что наличие трех копий функциональных геномных элементов на 21-й хромосоме, а также генетическая изменчивость 21-й хромосомы и локусов, не расположенных на ней, предрасполагают пациентов к аномальному развитию сердца. В этом исследовании были идентифицированы несколько локусов риска врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна, а также три области вариации числа копий (CNV), которые могут способствовать развитию врожденных пороков сердца у людей с синдромом Дауна. Другое исследование, опубликованное в 2014 году, было направлено на определение генетической архитектуры психических расстройств. Исследователи предположили, что существует большое количество локусов, связанных с различными психическими расстройствами. Кроме того, как и многие другие, они предположили, что генетический риск психических расстройств обусловлен комбинированным эффектом множества распространенных вариантов с небольшим эффектом – другими словами, небольшие эффекты большого числа вариантов в определенных локусах суммируются, создавая значительный комбинированный эффект на общий фенотип индивида. Они также признали наличие крупных, но редких мутаций, оказывающих существенное влияние на фенотип. Это исследование демонстрирует сложность генетической архитектуры, приводя в пример множество различных SNP и мутаций, работающих совместно, каждая со своим эффектом, для формирования определенного фенотипа. Другие исследования генетической архитектуры многочисленны и разнообразны, но большинство из них используют аналогичные типы анализа для получения конкретной информации о локусах, участвующих в формировании фенотипа. Исследование иммунной системы человека, проведенное в 2015 году, использует те же общие принципы для выявления нескольких локусов, участвующих в развитии иммунной системы, но, как и другие исследования, описанные здесь, не учитывало другие аспекты генетической архитектуры, такие как влияние окружающей среды. К сожалению, многие другие аспекты генетической архитектуры остаются сложными для количественной оценки. Хотя существует несколько исследований, направленных на изучение других аспектов генетической архитектуры, современные технологии не позволяют связать все элементы вместе для построения действительно всеобъемлющей модели генетической архитектуры. Например, исследование генетической архитектуры и окружающей среды, проведенное в 2003 году, показало связь социальной среды с изменчивостью размера тела у Drosophila melanogaster. Однако в этом исследовании не удалось установить прямую связь с конкретными генами, участвующими в этой изменчивости.