Наследственная изменчивость групповая: Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия

Наследственная изменчивость А) мутационная Б) определенная В) групповая Г)…: Биология

Наследственная изменчивость
А) мутационная

Б) определенная

В) групповая

Г) модификационная

Употребление наркотиков оказывает вредное влияние на потомство, так как они вызывают
А) нарушение психики

Б) нарушение работы печени

В) изменение работы почек

Г) изменение генетического аппарата клетки

Мутационная изменчивость, в отличие от модификационной,
А) носит обратимый характер

Б) передаётся по наследству

В) характерна для всех особей вида

Г) является проявлением нормы реакции признака

Какие клетки называют полиплоидными
А) содержащие больше двух наборов гомологичных хромосом

Б) полученные в результате гибридизации

В) содержащие многоаллельные гены

Г) полученные от скрещивания нескольких чистых линий

Поворот участка хромосомы на 180 градусов относится к мутациям
А) геномным

Б) генным

В) хромосомным

Г) точковым

Соматические мутации передаются потомству у

А) растений при вегетативном размножении

Б) животных при половом размножении

В) животных, размножающихся партеногенетически

Г) растений с двойным оплодотворением

Роль рецессивных мутаций в эволюции состоит в том, что они
А) проявляются в первом поколении

Б) являются скрытым резервом наследственной изменчивости

В) как правило, вредны для организма

В каких клетках позвоночного животного мутации наиболее опасны для потомства
А) соматических

Б) эпителиальных

В) половых

Г) нервных

Причины генных мутаций — это нарушения, происходящие при
А) редупликации ДНК

Б) биосинтезе углеводов

В) образовании АТФ

Г) синтезе аминокислот

Воздействие рентгеновских лучей может вызвать в клетке
А) соотносительную изменчивость

Б) комбинативную изменчивость

В) генные мутации

Г) приспособленность к среде

К наследственной изменчивости не относится изменчивость

А) индивидуальная

Б) цитоплазматическая

В) модификационная

Г) комбинативная

Основу генных мутаций составляют изменения в строении молекул
А) ДНК

Б) АТФ

В) белка

Г) тРНК

Полиплоидные организмы возникают в результате
А) геномных мутаций

Б) модификационной изменчивости

В) генных мутаций

Г) комбинативной изменчивости

К какому виду мутаций относят изменение структуры ДНК в митохондриях
А) геномной

Б) хромосомной

В) цитоплазматической

Г) комбинативной

К какому типу изменчивости относят появление коротконогости у овец
А) цитоплазматической

Б) комбинативной

В) мутационной

Г) модификационной

Мутации могут быть обусловлены
А) новым сочетанием хромосом в результате слияния гамет

Б) перекрестом хромосом в ходе мейоза

В) новыми сочетаниями генов в результате оплодотворения

Г) изменениями генов и хромосом

Гемофилия у детей чаще проявляется от брака
А) неродственного

Б) близкородственного

В) людей разных национальностей

Г) людей разных рас

Животное, в потомстве которого может появиться признак, обусловленный соматической мутацией
А) гидра

Б) волк

В) еж

Г) выдра

Мутационная изменчивость передается по наследству, так как возникает в многоклеточном организме в
А) соединительной ткани

Б) половых клетках

В) плазме крови

Г) межклеточном веществе

Изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК — это мутация
А) генная

Б) геномная

В) хромосомная

Г) аутосомная

Комбинативная изменчивость признаков проявляется при размножении
А) половом

Б) вегетативном

В) с помощью спор

Г) бесполом

Комбинативная изменчивость — результат
А) увеличения числа генов

Б) уменьшения числа хромосом

В) новой комбинации генов в генотипе

Г) изменения наборов хромосом

Какая болезнь человека — результат генной мутации
А) синдром приобретенного иммунодефицита

Б) грипп

В) серповидноклеточная анемия

Г) гепатит

Болезнь Дауна связана с появлением лишней 21-й пары хромосом в генотипе человека, поэтому подобное изменение называют
А) соматической мутацией

Б) геномной мутацией

В) полиплоидией

Г) гетерозисом

ГРУППОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ — это… Что такое ГРУППОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ?

ГРУППОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

— различия между отдельными группами в пределах одного вида (напр., между биотипами, жорда-нонами и т. д.).

Словарь ботанических терминов. — Киев: Наукова Думка. Под общей редакцией д.б.н. И.А. Дудки. 1984.

• ГРУППА АССОЦИАЦИЙ
• ГУБОВИДНЫЕ СОРАЛИИ

Смотреть что такое «ГРУППОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ» в других словарях:

• ИЗМЕНЧИВОСТЬ — биологическая, степень способности к любым изменениям (морфологическим, функциональным и др.) особей, сообществ и т. п. Изменчивость одно из важнейших свойств живого организма; она проявляется (осуществляется) в результате взаимодействия… …   Экологический словарь

• Изменчивость — разнообразие признаков среди представителей данного вида, также свойство потомков отличаться от родительских форм. Классификация Различают несколько типов изменчивости: Наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую,… …   Википедия

• ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОПРЕДЕЛЁННАЯ — групповая изменчивость, форма изменчивости, под которой Ч. Дарвин (1859) понимал сходное изменение всех особей потомства в одном направлении вследствие влияния определенных условий (например, изменение роста при изменении количества и качества… …   Экологический словарь

• ИЗМЕНЧИВОСТЬ — ИЗМЕНЧИВОСТЬ. Выдвинутая в 19 веке проблема эволюции органического мира вплотную поставила перед биологией вопрос о природе тех изменений, которые служат основой для совершающегося в эволюционном процессе возникновения новых форм. Ламарк… …   Большая медицинская энциклопедия

• ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГРУППОВАЯ — см. Изменчивость определенная. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 …   Экологический словарь

• Изменчивость — * зменлівасць * variability or variation 1. Существование организмов в различных формах и вариантах, которые не могут быть описаны такими различиями, как возраст, пол, роль в жизненном цикле, одномоментное разнообразие генотипов и фенотипов (всех …   Генетика. Энциклопедический словарь

• Изменчивость — (биологическая)         разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. И. присуща всем живым организмам, поэтому в природе отсутствуют особи, идентичные по всем признакам и свойствам. Термин «И.» употребляется… …   Большая советская энциклопедия

• Изменчивость — (в биологии) 1) разнообразие генотипов и фенотипов у особей и их групп любой степени родства, как правило, в популяции и виде; 2) способность организмов реагировать на воздействия факторов среды морфологическими изменениями; 3) характеристика… …   Начала современного естествознания

• Модификационная изменчивость — Титульная страница «Происхождения видов», 1859 год Модификационная (фенотипическая) изменчивость изменения в организме, связанные с изменением …   Википедия

• РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН — процесс передачи эл. магн. колебаний радиодиапазона (см. РАДИОВОЛНЫ) в пространстве от одного места к другому, в частности от передатчика к приёмнику. В естеств. условиях Р. р. происходит в разл. средах, напр. в атмосфере, космической плазме, в… …   Физическая энциклопедия

Наследственная изменчивость а) мутационная б) определенная в) групповая г) модификационная употребление наркотиков оказывает вредное влияние на потомство, так как они вызывают а) нарушение психики б) нарушение работы печени в) изменение работы почек г) изменение генетического аппарата клетки мутационная изменчивость, в отличие от модификационной, а) носит обратимый характер б) передаётся по наследству в) характерна для всех особей вида г) является проявлением нормы реакции признака какие клетки называют полиплоидными а) содержащие больше двух наборов гомологичных хромосом б) полученные в результате гибридизации в) содержащие многоаллельные гены г) полученные от скрещивания нескольких чистых линий поворот участка хромосомы на 180 градусов относится к мутациям а) геномным б) генным в) хромосомным г) точковым соматические мутации передаются потомству у а) растений при вегетативном размножении б) животных при половом размножении в) животных, размножающихся партеногенетически г) растений с двойным оплодотворением роль рецессивных мутаций в эволюции состоит в том, что они а) проявляются в первом поколении б) являются скрытым резервом наследственной изменчивости в) как правило, вредны для организма в каких клетках позвоночного животного мутации наиболее опасны для потомства а) соматических б) эпителиальных в) половых г) нервных причины генных мутаций — это нарушения, происходящие при а) редупликации днк б) биосинтезе углеводов в) образовании атф г) синтезе аминокислот воздействие рентгеновских лучей может вызвать в клетке а) соотносительную изменчивость б) комбинативную изменчивость в) генные мутации г) приспособленность к среде к наследственной изменчивости не относится изменчивость а) индивидуальная б) цитоплазматическая в) модификационная г) комбинативная основу генных мутаций составляют изменения в строении молекул а) днк б) атф в) белка г) трнк полиплоидные организмы возникают в результате а) геномных мутаций б) модификационной изменчивости в) генных мутаций г) комбинативной изменчивости к какому виду мутаций относят изменение структуры днк в митохондриях а) геномной б) хромосомной в) цитоплазматической г) комбинативной к какому типу изменчивости относят появление коротконогости у овец а) цитоплазматической б) комбинативной в) мутационной г) модификационной мутации могут быть обусловлены а) новым сочетанием хромосом в результате слияния гамет б) перекрестом хромосом в ходе мейоза в) новыми сочетаниями генов в результате оплодотворения г) изменениями генов и хромосом гемофилия у детей чаще проявляется от брака а) неродственного б) близкородственного в) людей разных национальностей г) людей разных рас животное, в потомстве которого может появиться признак, обусловленный соматической мутацией а) гидра б) волк в) еж г) выдра мутационная изменчивость передается по наследству, так как возникает в многоклеточном организме в а) соединительной ткани б) половых клетках в) плазме крови г) межклеточном веществе изменение последовательности нуклеотидов в молекуле днк — это мутация а) генная б) геномная в) хромосомная г) аутосомная комбинативная изменчивость признаков проявляется при размножении а) половом б) вегетативном в) с помощью спор г) бесполом комбинативная изменчивость — результат а) увеличения числа генов б) уменьшения числа хромосом в) новой комбинации генов в генотипе г) изменения наборов хромосом какая болезнь человека

Б) определенная

В) групповая

Г) модификационная

Употребление наркотиков оказывает вредное влияние на потомство, так как они вызывают
А) нарушение психики

Б) нарушение работы печени

В) изменение работы почек

Г) изменение генетического аппарата клетки

Мутационная изменчивость, в отличие от модификационной,
А) носит обратимый характер

Б) передаётся по наследству

В) характерна для всех особей вида

Г) является проявлением нормы реакции признака

Какие клетки называют полиплоидными
А) содержащие больше двух наборов гомологичных хромосом

Б) полученные в результате гибридизации

В) содержащие многоаллельные гены

Г) полученные от скрещивания нескольких чистых линий

Поворот участка хромосомы на 180 градусов относится к мутациям
А) геномным

Б) генным

В) хромосомным

Г) точковым

Соматические мутации передаются потомству у
А) растений при вегетативном размножении

Б) животных при половом размножении

В) животных, размножающихся партеногенетически

Г) растений с двойным оплодотворением

Роль рецессивных мутаций в эволюции состоит в том, что они
А) проявляются в первом поколении

Б) являются скрытым резервом наследственной изменчивости

В) как правило, вредны для организма

В каких клетках позвоночного животного мутации наиболее опасны для потомства
А) соматических

Б) эпителиальных

В) половых

Г) нервных

Причины генных мутаций — это нарушения, происходящие при
А) редупликации ДНК

Б) биосинтезе углеводов

В) образовании АТФ

Г) синтезе аминокислот

Воздействие рентгеновских лучей может вызвать в клетке
А) соотносительную изменчивость

Б) комбинативную изменчивость

В) генные мутации

Г) приспособленность к среде

К наследственной изменчивости не относится изменчивость
А) индивидуальная

Б) цитоплазматическая

В) модификационная

Г) комбинативная

Основу генных мутаций составляют изменения в строении молекул
А) ДНК

Б) АТФ

В) белка

Г) тРНК

Полиплоидные организмы возникают в результате
А) геномных мутаций

Б) модификационной изменчивости

В) генных мутаций

Г) комбинативной изменчивости

К какому виду мутаций относят изменение структуры ДНК в митохондриях
А) геномной

Б) хромосомной

В) цитоплазматической

Г) комбинативной

К какому типу изменчивости относят появление коротконогости у овец
А) цитоплазматической

Б) комбинативной

В) мутационной

Г) модификационной

Мутации могут быть обусловлены
А) новым сочетанием хромосом в результате слияния гамет

Б) перекрестом хромосом в ходе мейоза

В) новыми сочетаниями генов в результате оплодотворения

Г) изменениями генов и хромосом

Гемофилия у детей чаще проявляется от брака
А) неродственного

Б) близкородственного

В) людей разных национальностей

Г) людей разных рас

Животное, в потомстве которого может появиться признак, обусловленный соматической мутацией
А) гидра

Б) волк

В) еж

Г) выдра

Мутационная изменчивость передается по наследству, так как возникает в многоклеточном организме в
А) соединительной ткани

Б) половых клетках

В) плазме крови

Г) межклеточном веществе

Изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК — это мутация
А) генная

Б) геномная

В) хромосомная

Г) аутосомная

Комбинативная изменчивость признаков проявляется при размножении
А) половом

Б) вегетативном

В) с помощью спор

Г) бесполом

Комбинативная изменчивость — результат
А) увеличения числа генов

Б) уменьшения числа хромосом

В) новой комбинации генов в генотипе

Г) изменения наборов хромосом

Какая болезнь человека — результат генной мутации
А) синдром приобретенного иммунодефицита

Б) грипп

В) серповидноклеточная анемия

Г) гепатит

Болезнь Дауна связана с появлением лишней 21-й пары хромосом в генотипе человека, поэтому подобное изменение называют
А) соматической мутацией

Б) геномной мутацией

В) полиплоидией

Г) гетерозисом

Учебные дисциплины

Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова
Биологический факультет
Кафедра биофизики
119991, Москва, ГСП-2, Ленинские горы. Телефон (495) 939-1116, факс 939-1115.

!	Это архивная версия сайта кафедры биофизики от 2020 года. Актуальный сайт доступен по адресу https://www.biophys.msu.ru/.

Теория эволюции

Программа

Теория эволюции – область биологии изучающая и описывающая механизм и закономерности исторического развития биологических систем. Основные черты биологической эволюции: адаптивность, поступательный характер. Эволюционизм и креационизм.

ФАКТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ. МИКРОЭВОЛЮЦИЯ

Генетические основы эволюции. Понятие наследственной и ненаследственной изменчивости. Индивидуальная и групповая изменчивость. Мутационный процесс. Генеративные и соматические мутации. Частота мутирования. Популяция, как элементарная единица эволюции. Правило Харди-Вайнберга. Генофонд популяции. Факторы, формирующие генофонд. Комбинативная изменчивость. Поток генов.

Генотип и фенотип. Фенотипическое проявление мутаций. Норма реакции. Морфозы. Адаптивные модификации.

Наследственная изменчивость, как материал эволюции.

Экологические основы эволюции. Понятие борьбы за существование. Биогеоценоз, как арена борьбы за. существование. Формы элиминации. Избирательная и неизбирательная элиминации. Индивидуальная, семейная, групповая элиминация. Элиминация и отбор. Формы борьбы за существование. Отношения в цепях питания. Типы конкуренции. Соотношение борьбы за существование и естественного отбора. Борьба за существование, как направляющий фактор эволюции.

Искусственный отбор. Формы искусственного отбора. Бессознательный отбор. Методический отбор. Групповой и индивидуальный отбор. Генетические основы селекции. Коэффициент отбора. Понятие о приспособленности и селективной ценности. Селекционный дифференциал и ответ на отбор. Асимметрия ответа на отбор. Накапливающий и творческий эффекты искусственного отбора.

Естественный отбор. Механизм естественного отбора. Отбор как дифференциальное переживание особей и как дифференциальное воспроизведение генотипов. Отбор, как причина эволюции онтогенеза. Факторы, влияющие на преобразование генофонда популяции под действием отбора. Системы скрещивания.

Формы естественного отбора. Стабилизирующий отбор, механизм действия, значение в эволюции. Балансирующий отбор и генетический груз. Движущий отбор, механизм действия, значение в эволюции. Формирование сбалансированного генетического полиморфизма и нормы реакции под действием отбора.

Эффекты естественного отбора: поддерживающий, распределяющий, накапливающий. Творческая роль естественного отбора. Адаптация, как результат эволюции.

Вид и видообразование. Популяция, как структурное подразделение вида. Иерархия популяций. Основные концепции вида: типологическая, политипическая, морфологическая, биологическая. Реальность вида. Критерии вида.

Основные модели видообразования. Изоляция. Формы репродуктивной изоляции. Прекопуляционные и посткопуляционные изолирующие барьеры. Теория аллопатрического видообразования. Теория симпатрического видообразования. Другие модели видообразования. Темпы видообразования. Вид, как этап эволюции и как уровень организации биологических систем.

Общее заключение по проблеме микроэволюции. Эволюция, как авторегуляторный процесс. Видообразование, как следствие действия факторов эволюции.

ПУТИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ. МАКРОЭВОЛЮЦИЯ

Соотношение микро- и макроэволюции. Микроэволюция и макроэволюция, определение понятий. Макроэволюция и филогенез. Принципы реконструкции филогенеза. Понятие гомологии. Исторические метод в биологии.

Соотношение индивидуального и исторического развития. Биогенетический закон. Понятие о рекапитуляции. Генетико-эволюционные причины рекапитуляции. Теория филэмбриогенеза. Модусы филэмбриогенеза органов, тканей и клеток. Педоморфоз и геронтоморфоз.

Корреляции индивидуального развития. Типы онтогенетических корреляций и их эволюция. Автономизация и рационализация процессов онтогенеза. Накопление корреляций общего значения. Рекапитуляция с точки зрения теории корреляций.

Дифференциация и интеграция в филогенезе. Дифференциация, как выражение прогрессивной эволюции. Мультифункциональность и множественное обеспечение биологически важных функций — как основа дифференциации. Основные типы преобразования мультифункциональных систем. Принцип блочной эволюции А.М.Уголева, как механизм преобразования олиго- и монофункциональных систем.

Координации – механизм интеграции в процессе филогенеза. Типы координации. Координации и онтогенетические корреляции.

Закономерности филогенеза. Понятие об адаптивной зоне эволюции. Принцип неспециализированности предков. Специализация как основа освоения новых адаптивных зон. Дивергенция. Параллелизм и конвергенция. Закон параллельных рядов в эволюции тканей. Принцип гетеробатмии.

Темпы филогенеза. Теории полифилии и монофилии происхождения таксонов надвидового ранга. Инадаптивная эволюция.

Главные направления эволюционного процесса. Теория биологического прогресса. Критерии прогресса. Основные пути достижения биологического прогресса: ароморфоз, алломорфоз, специализация. Основные формы специализации (теломорфоз, гипоморфоз, гиперморфоз, катаморфоз). Типичная смена фаз адаптациоморфоза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема эволюции экосистем. Экологические кризисы. Коадаптивная эволюция. Когерентная и некогерентная эволюция.

Основные не дарвиновские теории эволюции. Ламаркизм и неоламаркизм. Теория Лысенко. Мутационизм. Сальтационизм. Автогенез. Номогенез. Сопоставление селекционизма и антидарвинизма.

Данный теоретический курс включает лекции и семинары и не сопровождается практическими занятиями.

ЛИТЕРАТУРА

основная

• Северцов А.С. Основы теории эволюции. Изд. МГУ. 1987. Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. М., Наука. 1987.

дополнительная:

• Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. М., Наука. 1977.
• Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. Высшая школа. 1989.

Составитель проф. А.С.Северцов

Источник

!	Внимание! На сайте приведена приблизительная программа курса. Используйте этот материал при подготовке к экзаменам только по согласованию с преподавателем!

Движущие силы эволюции: наследственная изменчивость и естественный отбор

Как возникают новые виды животных и растений? Что такое эволюция? Из данного урока вы узнаете про две основные движущие силы эволюции по Ч. Дарвину: наследственную изменчивость и естественный отбор. Больше узнаете о формах изменчивости: определенной (модификационной или генотипической), неопределенной (фенотипической) и коррелятивной. Благодаря уроку выясните, какие изменения наследуются, а какие нет. Рассмотрите причины возникновения изменчивости, обратите внимание на борьбу за существование как основу естественного отбора и эволюции вида в целом.

1. Наглядные эволюционные примеры

М. М. Беляев поставил следующий эксперимент. Он привязывал ниткой к зеленой траве богомолов зеленой и коричневой окрасок. Через три недели из сорока коричневых богомолов осталось десять, а из двадцати зеленых богомолов все двадцать уцелели, затем уже к коричневой траве были привязаны двадцать пять коричневых богомолов и двадцать пять зеленых. На двенадцатый день оказалось, что все зеленые богомолы были истреблены, а все коричневые живы.

2. Типы изменчивости

Дарвин выделял следующие типы изменчивости:

1. Определенная или групповая изменчивость;

2. Неопределенная изменчивость

3. Коррелятивная изменчивость

2.1. Определенная изменчивость

Определенная (групповая) изменчивость – это изменчивость, которая возникает под влиянием какого-либо фактора среды, действующего строго закономерно и одинаково на всех особей данного вида.

В таком случае у всех особей признак изменяется сходным образом в определенном направлении.

Примерами такой изменчивости могут служить увеличение массы тела у представителей всех животных, при хорошем питании или уплотнение волосяного покрова и наращивание подкожно-жировой клетчатки у млекопитающих при похолодании.

Определенная изменчивость является массовой, охватывает все поколение и выражается у каждой особи сходным образом. Она не наследуется.

Таким образом, у потомков этих особей приобретенные признаки исчезают при прекращении воздействия фактора. Сейчас такую изменчивость называют модификационной или генотипической.

2.2. Неопределенная изменчивость

Второй тип изменчивости – неопределенная (или индивидуальная) – это проявление разных признаков у особей одного и того же вида в одинаковых условиях. Проявляется специфично у каждой особи.

Например, у одного сорта растения появляются экземпляры с разной окраской цветов, интенсивностью окраски лепестков. Причина этого феномена Дарвину была неизвестна.

Неопределенная (или индивидуальная) изменчивость имеет наследственный характер, т. е. передается потомству. В этом случае она важна для эволюции. Сейчас такую изменчивость называют фенотипической.

Она может проявляться вследствие мутации, тогда это будет мутационная изменчивость или вследствие перекомбинации генов родителей у потомков, что может быть обусловлено кроссинговером, случайным расхождением хромосом в мейозе или случайным сочетанием гамет при оплодотворении. Такая изменчивость называется комбинативной (Рис. 1).

Рис. 1. Неопределенная изменчивость

Слева – комбинативная изменчивость у мухи дрозофилы, справа – мутационная изменчивость у домовой мыши

Неопределенная изменчивость ведет к появлению большого разнообразия генотипов и фенотипов, то есть служит источником наследственного разнообразия и основой для естественного отбора.

2.3 Коррелятивная изменчивость

Ч. Дарвин понимал организм как целостную систему, отдельные части которой тесно связаны между собой. Поэтому он выделил еще соотносительную или коррелятивную изменчивость – когда изменение одного признака сопровождается изменением других признаков.

Например, у собаки с короткой шерстью обычно недоразвиты зубы, а голуби с оперёнными ногами имеют перепонки между пальцами, тогда как голуби с длинными клювами обычно имеют длинные ноги (смотри видео).

С позиций современной генетики, эти явления объясняют множественным действием генов, когда один ген определяет развитие нескольких признаков. Оно называется плейотропия.

Коррелятивная изменчивость играет важную роль в искусственном отборе.

Оценивая учение Дарвина о формах изменчивости, нужно отметить, что он предвосхитил ту классификацию, которая была создана на основе современных представлений генетики.

Движущая сила эволюции – только наследственная (по классификации Дарвина – неопределенная) изменчивость.

Именно неопределённая изменчивость предоставляет большую выборку вариантов для осуществления естественного отбора особей. Интенсивность естественного отбора подстегивается стремительно растущей численностью особей. Так, Дарвин отмечал, что одна пара слонов (одних из наиболее медленно размножающихся животных) за 750 лет существования может дать 19 млн. потомков. А одна самка дафнии за одно лето способна произвести потомство в  особей, масса которых превзошла бы массу Земли.

В некоторых случаях действительно удается наблюдать резкий рост численности популяции. Однако, как правило, это происходит на непродолжительных временных интервалах. За резким подъёмом наступает резкий спад, связанный с подрывом кормовой базы.

Таким образом, неограниченный рост численности организмов в природе никогда не возможен.

По Дарвину: несоответствие между способностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов, необходимых для их существования, есть главная причина борьбы за существование.

Большая часть особей гибнет на разных этапах развития, и не оставляет после себя потомков. Существует множество обстоятельств, ограничивающих их численность. Это и природно-климатические факторы, и борьба с особями других видов, и борьба с особями своего вида.

Иногда гибель особей носит случайный характер. Например, вследствие стихийного бедствия или вмешательства человека, но, как правило, это не так. Решающее следствие для эволюции имеет избирательная гибель особей, наименее приспособленных к изменяющимся условиям среды.

То есть с большей вероятностью выживает и размножается (оставляет потомство) тот организм, который имеет набор свойств, наиболее подходящий для данных условий среды.

Таким образом, естественный отбор – это результат борьбы за существование.

3. Плейотропия

Подобный эксперимент также провел Жан Тиссе. Он смешанную популяцию плодовой мушки, состоящую из бескрылых особей и крылатых, поместил на трассе биостанции, сильно продуваемой ветром. Пища там была в избытке. Бескрылых особей сначала было всего 12,5%, но уже через два месяца под действием ветра изменился фенотипический состав популяции. Бескрылые дрозофилы составляли уже 67%. Затем он поставил обратный эксперимент: эту же популяцию перенес в помещение, где не было ветра. Через несколько поколений большинство популяции составляли крылатые особи.

 

Домашнее задание

1. Какие виды изменчивости различал Ч. Дарвин? Как их объясняет современная наука?

2. Как Ч. Дарвин обосновал существование эволюционного процесса? Какие доказательства эволюции (или её отсутствия) есть сегодня?

3. Что такое генотип и фенотип?

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Danilevsky.net (Источник).

2. Charles-darwin.narod.ru (Источник).

3. Macroevolution.narod.ru (Источник).

4. Википедия (Источник).

5. Психологос – энциклопедия практической психологии (Источник).

 

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

 
Оставьте отзыв о качестве урока Движущие силы эволюции: наследственная изменчивость и естественный отбор в комментариях !!

[PDF] Тема: «Ненаследственная изменчивость» Задачи:

Download Тема: «Ненаследственная изменчивость» Задачи:…

ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Тема: «Ненаследственная изменчивость» Задачи: Дать характеристику ненаследственной изменчивости

Изменчивость Генетика изучает не только наследственность, но и изменчивость организмов. Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Благодаря изменчивости, организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания. Различают два типа изменчивости: Наследственная, или генотипическая, индивидуальная, неопределенная — изменения признаков организма, обусловленные изменением генотипа; она бывает: комбинативной — возникающей в результате перекомбинации хромосом в процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера; мутационной — возникающей в результате внезапного изменения состояния генов;

Ненаследственная, или фенотипическая, — изменчивость, при которой изменений генотипа не происходит. Ее также называют групповой, определенной.

Модификационная изменчивость Большую роль в формировании признаков организмов играет среда его обитания. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип. Классическим примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде, — стреловидные. Если же все растение оказывается полностью погруженным в воду, его листья только лентовидные.

Модификационная изменчивость Некоторые виды саламандр темнеют на темном грунте и светлеют на светлом. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) возникает загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна. Таким образом, изменения ряда признаков организмов вызывается действием факторов внешней среды. Причем эти изменения не наследуются. Так, если получить потомство от тритонов, выращенных на темном грунте, и поместить их на светлый, то все они будут иметь светлую окраску, а не темную, как их родители. То есть, данный вид изменчивости не затрагивает генотип и поэтому не передается потомкам.

Модификационная изменчивость Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной. Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет — все опять станут зелеными. Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует факторам, которые ее вызывают. Так, ультрафиолетовые лучи изменяют окраску кожи человека, усиленные физические нагрузки влияют на степень развития мышц.

Модификационная изменчивость Однако не следует забывать, что развитие любого признака определяется прежде всего генотипом. Вместе с тем, гены определяют возможность развития признака, а его появление и степень выраженности во многом определяется условиями среды.

Например, можно управлять доминированием признаков, если воздействовать разными условиями среды. У горностаевых кроликов при низкой температуре вырастает черная шерсть на выбритых участках, при высокой – белая.

Модификационная изменчивость Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Так, на поле пшеницы можно обнаружить растения с крупными колосьями (20 см и более) и очень мелкими (3-4 см). Это объясняется тем, что генотип определяет определенные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции.

Модификационная изменчивость Как правило, количественные признаки (высота растений, урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, то есть могут изменяться в широких пределах, нежели качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства Таким образом, модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами: ненаследуемость; групповой характер изменений; соответствие изменений действию фактора среды.

Модификационная изменчивость Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей (n). Степень выраженности изучаемого признака у членов выборочной совокупности различна. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

Модификационная изменчивость На основании вариационного ряда строится вариационная кривая — графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n) и подсчитать число колосков в колосе, то это количество будет от 14 до 20 — это численное значение вариант (v). Вариационный ряд: v = 14 15 16 17 18 19 20 Частота встречаемости каждой варианты p = 2 7 22 32 24 8 5 Среднее значение признака встречается чаще, а вариации, значительно отличающиеся от него, — значительно реже. Это называется нормальным распределением. Кривая на графике бывает, как правило, симметричной. Вариации, как большие, чем средние, так и меньшие, встречаются одинаково часто.

Модификационная изменчивость Легко посчитать и среднее значение данного признака. Для этого используют формулу:  (vּp) М= n где М — средняя величина признака, в числителе сумма произведений вариант на их частоту встречаемости, в знаменателе — количество вариант. Для данного признака среднее значение равно 17,13. Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

Повторение Изменчивость ненаследственная (?), или фенотипическая (?), групповая (?), определенная (?). — Норма реакции? — Вариационный ряд ? — Вариационная кривая? Закономерности?

Повторение Модификационная изменчивость 1. Можно ли ее считать определенной изменчивостью? 2. Можно ли ее считать групповой изменчивостью? 3. Когда происходит перекомбинация генетического материала родительских особей? 4. Влияние на генотип 5. Влияние на фенотип 6. Наследование полученных изменений 7. Значение организма 8. Значение для вида

Характеристика

Презентация — Наследственная изменчивость организмов

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Наследственная изменчивость организмов

Слайд 2

Изменчивость присуща всем организмам и наблюдается даже у генетически близкородственных особей, имеющих сходные или общие условия жизни и развития. например у близнецов, членов одной семьи, штаммов микроорганизмов и вегетативно размножающихся организмов.

Слайд 3

Изменчивости подвержены любые особенности организма, будь то морфологические, физиологические или биохимические признаки. Она может затрагивать как количественные (метрические) признаки (например, число пальцев, позвонков, массу и размеры тела), так и качественные (например, цвет глаз, окраску кожных покровов)

Слайд 4

Различают несколько типов изменчивости: - Наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую, паратипическую). Индивидуальную (различие между отдельными особями) и групповую (между группами особей, например, различными популяциями данного вида). - Качественную и количественную. - Направленную и ненаправленную.

Слайд 5

Наследственная и ненаследственная изменчивость
Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций в последующих скрещиваниях. В каждой достаточно длительно существующей совокупности особей спонтанно и ненаправленно возникают различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются более или менее случайно с разными уже имеющимися в совокупности наследственными свойствами.

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния гамет. Основные причины: независимое расхождение хромосом во время мейоза; случайная встреча половых гамет, а вследствие этого и сочетания хромосом во время оплодотворения; рекомбинация генов вследствие кроссинговера.
Мутационная изменчивость — изменчивость, вызванная действием на организм мутагенов, вследствие чего возникают мутации (реорганизация репродуктивных структур клетки). Мутагены бывают физические (радиационное излучение), химические (гербициды) и биологические (вирусы).

Слайд 9

Индивидуальная и групповая изменчивость
Индивидуальная изменчивость — изменчивость, свойственная данному индивиду (особи), проявляющаяся одномоментно (в разных тканях и т.п.) или в процессе индивидуального развития.
Групповая изменчивость — различия между отдельными группами в пределах одного вида (напр., между биотипами, жорда-нонами и т. д.).

Слайд 10

Качественная и количественная изменчивость
Качественная изменчивость — изменчивость, обусловленная варьированием качественных признаков (окраска и т.п.), кодируемых, как правило, одним или несколькими генами (олигогенами)

Слайд 11

Количественная изменчивость — изменчивость количественных (полигенных) признаков, характеризующаяся, как правило, непрерывным набором значений этих признаков.

Слайд 12

Ненаправленная, или неопределенная, изменчивость возникает независимо от природы вызвавшего ее фактора, причем изменяющийся признак может изменяться и в сторону усиления, и в сторону ослабления. При этом она не массовая, а единичная. Различают два типа неопределенной изменчивости комбинативную и мутационную.

Слайд 13

Спасибо за внимание!!!

Внутри группы и между группами ожидаются вариации поведенческих признаков человека

Аллен, Г. 1968. Генетические вариации в умственном развитии. В Недоедание, обучение и поведение , ред., Н. С. Скримшоу и Дж. Э. Гордон, Кембридж, Массачусетс: М. И. Т. Пресс, стр. 92–106.

Google ученый

Бродхерст П. Л. 1967. Введение в диаллельный крест. В Поведенческо-генетический анализ .изд. Дж. Хирш. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

Google ученый

Берт, К. 1958. Наследование умственных способностей. г. Psychol. 13: 1–15.

Google ученый

Кроу, Дж. Ф. и Манге, А. 1965. Измерение инбридинга по частоте браков между лицами с одинаковой фамилией. Евгений. Кварта. 12: 199–203.

Google ученый

Дарлингтон, К.Д. 1958. Эволюция генетических систем . Нью-Йорк: Основные книги.

Google ученый

Итон, Дж. У. и Майер, А. Дж. 1954. Способность человека воспроизводить . Гленко, Иллинойс: Свободная пресса.

Google ученый

Фалконер, Д. С. 1960. Введение в количественную генетику . Нью-Йорк: Рональд Пресс.

Google ученый

Фальконер, Д.С. 1966. Генетические последствия давления отбора. В Генетические факторы и факторы окружающей среды в человеческих способностях , ред. Дж. Э. Мид и А. С. Паркс. Эдинбург: Оливер и Бойд.

Google ученый

Гаррисон, Р. Дж., Андерсон, В. Э. и Рид, С. К. 1968. Ассортативный брак. Евгений. Кварта. 15: 113–27.

Google ученый

Готтерман, И.I. 1966. Генетическая изменчивость адаптивных черт личности. J. Детская психол. Психиатр. 7: 199–208.

Google ученый

Хонзик, Марджори. 1957. Исследования развития сходства между родителями и детьми в интеллекте. Развитие ребенка 28: 215–28.

Google ученый

Хантли Р. М. К. 1966. Наследование интеллекта. В Генетические факторы и факторы окружающей среды в человеческих способностях , ред.Дж. Э. Мид и А. С. Паркс, Нью-Йорк: Plenum Press, стр. 201–18.

Google ученый

Кимура М. и Кроу Дж. Ф. 1963. О максимальном предотвращении инбридинга. Genet. Res. 4: 399–415.

Google ученый

Кисер К. В. 1968. Ассортативное спаривание по уровню образования в зависимости от фертильности. Евгений. Кварта. 15: 98–112

Google ученый

Майр, Э.1942. Систематика и происхождение видов . Нью-Йорк: Columbia Univ. Нажмите.

Google ученый

Робертс Р. К. 1967. Некоторые эволюционные последствия поведения. банка. J. Genet. Цитол. 9: 419–35.

Google ученый

Робертсон, Ф. В. 1957. Исследования количественного наследования. XI. Генетическая и экологическая корреляция между размером тела и продуктивностью яиц у Drosophila melanogaster. J. Genet. 55: 428–43.

Google ученый

Шулл, У. Дж. И Нил, Дж. В. 1965. Влияние инбридинга на японских детей . Нью-Йорк: Харпер и Роу.

Google ученый

Шепс, М. С. 1965. Анализ репродуктивных моделей в американском изоляторе. Население. Stud. 19: 65–80.

Google ученый

Spuhler, J.Н. 1961. Возможности естественного отбора у человека. В Генетический отбор у человека . изд. W. J. Schull. Анн-Арбор: Univ. of Mich. Press, стр. 1–111.

Google ученый

Steinberg, A.C., Bleibtreu, H. K., Kurczynski, T. W., Martin, A. O. & Kurczynski, E. M. 1967. Генетические исследования инбредного изолята человека. В Труды 3-го Интер. Конг. Генет человека . Балтимор: Johns Hopkins Univ. Press, стр. 267–89.

Google ученый

Ванденберг, С. Г. 1967. Наследственные факторы в психологических переменных человека, с особым акцентом на познание. В Генетическое разнообразие и поведение человека , изд. J. N. Spuhler. Чикаго: Алдин.

Google ученый

Райт, С. 1961. Генетическая структура популяций. Ann. Евгений. 15: 323–54.

Google ученый

Ясуда, Н., & Мортон, Н. Э. 1967. Исследования структуры популяции человека. Материалы 3-го Интер. Конг. Генет человека . Балтимор: Johns Hopkins Univ. Press, стр. 249–65.

Google ученый

Генетическая изменчивость, классификация и «раса»

Немногие концепции имеют такую ​​запятнанную и спорную историю, как «раса» ¹ . Как среди ученых, так и среди мирян, идея о том, что люди могут быть сгруппированы по разным расам, была закреплена одними и отвергнута другими.Даже определение расы значительно различается в зависимости от контекста и критериев ^2,3 . Тем не менее, раса по-прежнему используется во множестве приложений. Судебные базы данных в США обычно организованы в соответствии с традиционными расовыми и этническими категориями (, например, , афроамериканцы, европейцы-американцы, латиноамериканцы). Исследователи, финансируемые Национальным институтом здравоохранения США, должны показать, что меньшинства адекватно представлены в биомедицинских исследованиях.Ответы на лечение, такое как лекарства, часто сравнивают между группами населения, разделенными по традиционному расовому признаку. Среди широкой публики обоснованность расовых категорий часто принимается как должное.

Неудивительно, что мнения ученых-биомедиков о расе разделились. Некоторые характеризуют его как «биологически бессмысленный» ⁴ или «не основанный на научных данных» ⁵ , в то время как другие выступают за использование расы при принятии решений о лечении или планировании научных исследований ^6,7,8 .На фоне этих противоречий современная генетика человека создала ошеломляющий массив новых данных. Впервые стало возможным изучать генетические вариации человека, используя не несколько десятков полиморфизмов, а сотни или даже тысячи. В дополнение к нейтральным полиморфизмам, которые информируют нас об истории популяции, обнаруживается все большее количество вариантов, способствующих заболеванию.

В этом обзоре мы даем общий обзор моделей человеческой изменчивости, сначала на уровне популяции, а затем на индивидуальном уровне.Мы также обсуждаем, поддерживают ли современные генетические данные традиционные концепции расы, и значение этих данных для медицинских исследований и практики.

Вариация на уровне популяции

Средняя доля нуклеотидных различий между случайно выбранной парой людей (, т. Е. , среднее нуклеотидное разнообразие, или π), по постоянным оценкам, находится между 1 из 1000 и 1 из 1500 (ссылки 9,10). Эта пропорция невысока по сравнению со многими другими видами, от плодовых мух до шимпанзе ^11,12 , что отражает недавнее происхождение нашего вида из небольшой популяции-основателя ¹³ .Значение π для Homo sapiens можно рассматривать в перспективе, учитывая, что люди отличаются от шимпанзе только 1 нуклеотидом из 100, в среднем ^14,15 . Поскольку в гаплоидном геноме человека имеется приблизительно три миллиарда пар нуклеотидных оснований, каждая пара людей отличается в среднем на два-три миллиона пар оснований.

Из 0,1% ДНК, различающейся у разных людей, какая доля варьируется в основных популяциях? Рассмотрим разделение населения Старого Света на три континента (Африка, Азия и Европа), группировка, которая соответствует общему мнению о трех «основных расах» ^16,17 .Приблизительно 85–90% генетической изменчивости обнаруживается внутри этих континентальных групп, и только дополнительные 10–15% вариации обнаруживаются между ними ^18,19,20 (Таблица 1). Другими словами, около 90% общей генетической изменчивости было бы обнаружено в коллекции особей с одного континента, и только на ~ 10% больше вариации было бы обнаружено, если бы коллекция состояла из европейцев, азиатов и африканцев. Доля общей генетической изменчивости, приписываемой различиям между континентальными популяциями, называемая F _ST , является постоянной, независимо от типа исследованных аутосомных локусов (Таблица 1).F _ST , однако, варьируется в зависимости от того, как делится человеческая популяция. Если исследовать четыре популяции Старого Света (европейский, африканский, восточноазиатский и индийский субконтинент) вместо трех, F _ST (оцениваемый для 100 полиморфизмов внедрения элементов Alu ) снижается с 14% до 10% (ссылка 21). Эти оценки F _{, ST} и π говорят нам о том, что люди лишь незначительно различаются на уровне ДНК и что лишь небольшая часть этой вариации разделяет континентальные популяции.

Таблица 1 Распределение генетической изменчивости в континентальных популяциях Старого Света

Частоты аллелей в популяциях можно сравнить, чтобы оценить степень, в которой популяции отличаются друг от друга. Общая картина этих генетических дистанций, резюмированная на сетевой диаграмме (рис. 1), показывает несколько важных тенденций. Во-первых, группы населения имеют тенденцию группироваться в зависимости от их географического расстояния друг от друга. Этого следовало ожидать, поскольку географически удаленные популяции с меньшей вероятностью обменивались мигрантами на протяжении всей эволюционной истории человечества.Во-вторых, африканские популяции более разнообразны, что согласуется со многими исследованиями, в которых сравнивали π в различных человеческих популяциях ^22,23,24 . В-третьих, наибольшая генетическая дистанция наблюдается между африканским и неафриканским населением. Наконец, поскольку эта сеть основана на полиморфизмах вставок Alu , можно однозначно обозначить аллельное состояние исконной человеческой популяции как такое, в котором никакие вставки не присутствовали бы. Это позволяет нам «укоренить» дерево и показывает, что корень находится ближе всего к африканским популяциям.Все эти результаты, которые согласуются со многими другими исследованиями, основанными на различных типах генетической изменчивости, оцененной в разных выборках людей ^25,26,27,28 , подтверждают эволюционный сценарий, согласно которому люди современного анатомического вида сначала эволюционировали в Африке, накопление генетического разнообразия. Небольшая часть африканского населения затем покинула континент, вероятно, испытала узкое место в популяции и основала анатомически современные человеческие популяции в остальном мире ²⁹ .Особое значение для обсуждения расы имеет то, что наш вид имеет недавнее общее происхождение.

Рис. 1. Сеть сходства популяций с присоединением соседей, основанная на частотах 100 вставочных полиморфизмов Alu .

Сеть укоренена с использованием гипотетической предковой группы, в которой отсутствуют вставки Alu в каждом локусе. Значения начальной загрузки показаны (в процентах) для основных внутренних ветвей. (Из-за относительно небольшого размера выборки некоторых отдельных популяций, значения начальной загрузки для конечных ветвей внутри основных групп обычно меньше, чем у основных ветвей, что указывает на меньшую статистическую поддержку конечных ветвей.) Группы населения и размеры их выборки следующие: африканцы (152): Алур, 12; Пигмей Биака, 5; Хема, 18 лет; Кориелл Мбути Пигми, 5; второй образец пигмеев мбути из Демократической Республики Конго, 33 года; Нанде, 17 лет; Нгуни, 14 лет; Сото / Тсвана, 22; Кунг (Сан), 15; Цонга, 14. Жители Восточной Азии (61): камбоджийцы, 12; Китайский, 17; Японский, 17; Малайский — 6; Вьетнамцы, 9. Европейцы (118): северные европейцы, 68; Французский, 20; Поляков, 10; Финны, 20. Южные индейцы (365): высшие касты браминов, кшатриев и высья, 81; средняя каста Капу и Ядава, 111; низшая каста Релли, Мала и Мадига — 74; племенные Ирула, Хонда Дора, Мария Гонд и Сантал, 99.Более подробная информация об образцах и методах представлена ​​в ссылке. 21.

Вариация на индивидуальном уровне

Сравнение популяций иногда критикуют, потому что разделение индивидов на группы накладывает уже существующую структуру и может повлиять на результат генетического исследования. Более того, совокупности определяются многими (часто произвольными) способами. Некоторые из этих возражений можно преодолеть, сравнивая людей, а не группы населения.

Общий подход к изучению индивидуальных генетических вариаций состоит в вычислении генетического сходства между всеми возможными парами особей в выборке и последующем поиске групп индивидуумов, наиболее похожих друг на друга. По крайней мере, два таких исследования пришли к выводу, что наблюдаемые модели кластеризации не соответствуют географическому происхождению или «этническим ярлыкам» субъектов ^30,31 . Эти исследования, однако, были основаны только на нескольких десятках или меньшем количестве локусов, и небольшая выборка невыбранных локусов обычно не обеспечивает достаточной мощности для определения структуры популяции при анализе людей ^6,32 .Напротив, исследования, основанные на большем количестве локусов ^32,33,34 , показывают, что люди склонны группироваться в соответствии с их родословной или географическим происхождением. На рисунке 2 показано дерево, в котором генетическое сходство, основанное на 190 локусах, изображено среди отдельных членов большинства популяций, показанных на рисунке 1. Самые длинные ветви на этом дереве разделяют людей в пределах одной континентальной популяции, как и ожидалось от F _{. Результаты ST} , рассмотренные выше (, т. Е. , большая часть изменений происходит внутри популяций).Самая длинная внутренняя ветвь отделяет африканцев от неафриканцев, что опять же согласуется с предыдущими результатами на уровне популяции. Следующий кластер полностью состоит из европейцев, а последний кластер включает всех восточноазиатских субъектов и одного европейца. Надежность и достоверность этих результатов подтверждается другими исследованиями, в которых, несмотря на использование разных локусов и разных выборок населения, были получены аналогичные паттерны ^34,35,36,37 .

Рисунок 2: Дерево соединения соседей индивидуальных сходств, основанное на 60 полиморфизмах STR ⁷² , 100 Alu инсерционных полиморфизмах ²¹ и 30 полиморфизмах сайтов рестрикции ⁷³ .

Процент общих аллелей был рассчитан для всех возможных пар индивидов, а дерево соединения соседей было составлено с использованием программного пакета PHYLIP ⁷⁴ . Африканские особи показаны синим, европейские — зеленым, азиатские — оранжевым.

Статистически более сложный подход к определению кластера предоставляется структурной программой ³⁸ , в которой индивидуумы сначала случайным образом распределяются в одну из k групп, независимо от принадлежности к населению.Затем индивидуумов перемещают между группами, чтобы минимизировать неравновесие Харди-Вайнберга и неравновесие межлокусных сцеплений внутри каждой группы (минимальное внутригрупповое неравновесие обеспечивает генетическую однородность внутри каждой группы). Затем оцениваются апостериорные вероятности членства в каждой из k групп для каждого человека. На рисунке 3a показаны результаты применения структурной программы к людям из популяций, показанных на рисунке 2. Когда использовались 100 вставочных полиморфизмов Alu и 60 полиморфизмов коротких тандемных повторов (STR), все европейцы, выходцы из Восточной Азии и африканцы были правильно размещены в соответствии с на соответствующие континенты происхождения ³² .

Рисунок 3: Структурный анализ.

( a ) Результаты применения структурной программы к 100 вставочным полиморфизмам Alu , типичным для 107 африканцев к югу от Сахары, 67 жителей Восточной Азии и 81 европейца. Люди показаны на диаграмме точками. На этой диаграмме появляются три кластера; апостериорная вероятность членства в кластере, равная 100%, поместит человека в крайний угол диаграммы. ( b ) Второе приложение структурной программы с использованием лиц, показанных в a , а также 263 членов кастовых популяций из Южной Индии.По материалам исх. 32.

Эти результаты могут показаться парадоксальными в свете небольшой доли генетической изменчивости, разделяющей континентальные популяции (F _ST ), но F _ST не следует путать с точностью классификации. Включение дополнительных локусов в популяционное исследование оказывает минимальное влияние на F _ST , но постоянно повышает точность классификации ³⁹ . Это потому, что F _ST рассматривает каждый локус изолированно от других; он не принимает во внимание корреляции между локусами.Чем больше локусов содержится в наборе данных, тем больше этих корреляций и тем больше информации игнорируется F _ST .

Учитывая результаты, показанные на рисунках 2 и 3a, может возникнуть соблазн сделать вывод, что генетические данные подтверждают традиционные представления о расах. Но люди, использованные в этом анализе, происходили из трех географически разрозненных регионов: Европы, Африки к югу от Сахары и Восточной Азии. Когда выборка южных индейцев, занимающих промежуточное географическое положение (см.также рис.1) добавлен к анализу (рис. 3b), наблюдается значительное совпадение между этими людьми и выборками как из Восточной Азии, так и из Европы, вероятно, в результате многочисленных миграций из разных частей Евразии в Индию в течение последних 10 000 лет ⁴⁰ . Таким образом, индивиды Южной Индии не попадают в одну из категорий, обычно рассматриваемых как «раса». Кроме того, изучение апостериорных вероятностей, оцененных по структуре, показывает, что большинство людей на Рисунке 3 не классифицируются со 100% вероятностью в один из основных кластеров ³² (аналогичные результаты были получены в исх.33). Другими словами, каждый человек в кластере разделяет большую часть, но не все, своего происхождения с другими членами кластера (, например, , член европейского кластера может иметь апостериорную вероятность 90% для отнесения к этому кластеру). кластер, с вероятностью 5% отнесения к каждому из двух других кластеров на рис. 3a). Таким образом, происхождение — это более тонкое и сложное описание генетической структуры человека, чем раса ⁴¹ . Отчасти это является следствием постоянного смешения и миграции человеческих популяций на протяжении всей истории.Из-за этой сложной и взаимосвязанной истории необходимо исследовать многие локусы, чтобы получить хотя бы приблизительное изображение индивидуальной родословной.

Картина, которая начинает вырисовываться из этого и других анализов генетических вариаций человека, заключается в том, что вариации имеют тенденцию быть географически структурированными, так что большинство людей из одного и того же географического региона будут больше похожи друг на друга, чем на людей из отдаленного региона. Однако из-за истории обширной миграции и потока генов генетическая изменчивость человека имеет тенденцию к непрерывному распределению и редко имеет заметные географические разрывы ^19,42 .Таким образом, популяции никогда не бывают «чистыми» в генетическом смысле, и определенные границы между людьми или популяциями (, например, , «расы») обязательно будут несколько неточными и произвольными.

Хотя теперь эта концепция поддерживается многими генетическими данными, она вряд ли нова. Блюменбах ⁴³ , писавший в 1700-х годах, признал обширное морфологическое совпадение между популяциями или расами. Чарльз Дарвин около 100 лет спустя написал: «Можно сомневаться, можно ли назвать какого-либо персонажа, который является отличительным от расы и постоянным. ⁴⁴ Ученые признали общие генетические вариации среди популяций более 50 лет назад, хотя их выводы были основаны на относительно небольшом количестве информативных локусов ⁴⁵ . Эта модель общей изменчивости имеет важное значение для нашего понимания различий и сходств популяций, а также имеет отношение к важнейшим биомедицинским вопросам.

Генетическая изменчивость, раса и медицина

Раса и этническая принадлежность уже давно включены в процессы принятия медицинских решений.Например, врачи обычно знают, что серповидно-клеточная анемия гораздо чаще встречается в африканских и средиземноморских популяциях, чем в северных европейских, тогда как обратное верно для муковисцидоза и гемохроматоза. Хотя такие различия часто наиболее очевидны для заболеваний с одним геном, предполагаемые популяционные различия также влияют на диагностику и лечение общих заболеваний. Есть данные, например, о популяционных различиях в ответах на лекарства, используемые для лечения гипертонии ⁴⁶ и депрессии ^47,48 .

Широкие категории населения можно выделить генетически, когда проанализировано достаточное количество полиморфизмов, как показано на рисунке 3, поэтому эти категории не лишены биологического значения. При исследовании нескольких тысяч или более полиморфизмов отдельные популяции, такие как японцы и китайцы, могут быть выделены ³⁴ , и члены «смешанных» американских популяций, такие как латиноамериканцы, афроамериканцы и европейцы-американцы, могут быть точно идентифицированы. ^34,49 . Аналогичные результаты получены независимо от того, используются ли кодирующие или некодирующие полиморфизмы ⁴⁹ .

На первый взгляд такие результаты можно интерпретировать как поддержку использования расы при оценке вариантов лечения. Но раса и происхождение не равнозначны. Для оценки происхождения человека требуется множество полиморфизмов, в то время как количество генов, участвующих в опосредовании конкретного ответа на лекарство, может быть относительно небольшим ⁵⁰ . Если ассоциированные с заболеванием аллели распространены (и, следовательно, имеют клиническое значение), они, вероятно, являются относительно древними и, следовательно, общими для нескольких популяций ^51,52 .Следовательно, принадлежность человека к популяции часто может быть ошибочным индикатором наличия или отсутствия аллеля, связанного с диагнозом или реакцией на лекарство.

Чтобы проиллюстрировать эти моменты, рассмотрим ген ангиотензиноген ( AGT ), который кодирует ключевой компонент пути регуляции артериального давления ренин-ангиотензин. Вариант AGT , 235T, ассоциирован (во многих популяциях) с повышением риска развития гипертонии на 10–20% ⁵³ .Этот вариант имеет частоту до 90% в некоторых африканских популяциях и всего 30% в европейских популяциях ⁵⁴ . Существует значительная популяционная изменчивость частоты этого аллеля, но она присутствует с заметной частотой во всех популяциях, исследованных на сегодняшний день. Если построить дерево с использованием аллельной вариации этого гена размером 14,4 т.п.н. (рис. 4), результаты заметно отличаются от результатов, показанных на рис. 2. Во многих случаях люди с разных континентов более похожи друг на друга в этом отношении. ген, чем особи с того же континента.

Рисунок 4: Дерево соединения соседей, составленное с использованием тех же методов, что и на рисунке 2, на основе полиморфизмов в гене AGT размером 14,4 т.п.н.

Всего было обнаружено 246 вариантов последовательности, включая 100 синглетонов. 368 человек из Европы, Азии и Африки описаны далее в ссылке. 54.

Другой пример — ген CYP2D6 , который кодирует члена семейства цитохрома P450, участвующего в метаболизме многих важных лекарственных средств ⁵⁵ .Нулевые аллели CYP2D6 делают генный продукт неактивным. Лица, гомозиготные по нулевым аллелям CYP2D6 , не могут, например, эффективно преобразовывать кодеин в его активную форму, морфин, и испытывать незначительный анальгетический эффект или не испытывать его вовсе. Средние частоты нулевых аллелей CYP2D6 варьируются от 6% в азиатских популяциях до 7% в африканских популяциях и 26% в европейских популяциях ⁵⁶ . Таким образом, существует значительная популяционная изменчивость, но эти варианты присутствуют во всех популяциях.Сама по себе принадлежность к популяции была бы в лучшем случае грубым и потенциально неточным индикатором реакции на кодеин и другие препараты, метаболизируемые CYP2D6.

Много дискуссий было посвящено недавним открытиям, что афроамериканцы с гипертонией в среднем меньше реагируют на ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), чем американцы европейского происхождения с гипертонией. ^46,57 . Недавний метаанализ показал, что средняя разница в снижении систолического артериального давления у афроамериканцев и американцев европейского происхождения составила всего 4 балла.6 мм рт. Ст., А стандартные отклонения изменения артериального давления у американцев европейского происхождения и афроамериканцев составили 12 и 14 мм рт. Ст. Соответственно ⁵⁸ . Очевидно, что многие афроамериканцы лучше отреагируют на ингибиторы АПФ, чем многие американцы европейского происхождения. В заключение, на основе средних показателей населения, то, что ингибиторы АПФ неэффективны для афроамериканцев, может лишить многих людей мощного и подходящего лекарственного лечения.

Подобные закономерности наблюдаются во многих генах, которые, как считается, лежат в основе восприимчивости к распространенным заболеваниям.Аллельные вариации, как правило, широко распространены среди населения, поэтому расовая принадлежность часто является неточным предиктором реакции на лекарства или другие виды лечения. Было бы намного предпочтительнее непосредственно тестировать ответственные аллели у пораженных людей ^50,59 . Такая оценка аллельной изменчивости — это надежда на будущее, потому что большинство генов, которые способствуют распространенным заболеваниям, еще предстоит идентифицировать. Кроме того, негенетические факторы почти всегда играют важную (а иногда и преобладающую ⁶⁰ ) роль в восприимчивости к болезням.Сама по себе генетическая оценка никогда не станет панацеей. Тем не менее, наблюдается прогресс в выявлении аллелей, лежащих в основе комплексной восприимчивости к болезням ^{61,62,63,64,65} , а быстрое развитие новых технологий, таких как микроматрицы, обещает обеспечить эффективные и далеко идущие генетические анализы ⁶⁶ .

Выводы

Данные из многих источников показали, что люди генетически однородны и что генетические вариации имеют тенденцию широко распространяться среди популяций.Генетическая изменчивость географически структурирована, как и следовало ожидать из-за частичной изоляции человеческих популяций на протяжении большей части их истории. Поскольку традиционные концепции расы, в свою очередь, коррелируют с географией, неверно утверждать, что раса «биологически бессмысленна». С другой стороны, поскольку они были изолированы лишь частично, человеческие популяции редко разграничиваются точными генетическими границами. Таким образом, между популяциями может происходить существенное совпадение, что делает неверным представление о том, что популяции (или расы) являются дискретными типами.

Когда оценивается большое количество локусов, часто возможно вывести индивидуальное происхождение, по крайней мере, приблизительно. Если сделано правильно и с соответствующими оговорками, вывод о предках может быть полезен в генеалогических исследованиях, в судебной медицине и при разработке исследований методом случай-контроль. Однако это не следует путать с использованием этнической или расовой принадлежности (генетически измеренной или самоидентифицированной) для принятия решений о лечении от наркозависимости или других медицинских методах лечения. Ответы на эти методы лечения часто будут включать негенетические факторы и множественные аллели, и разные группы населения часто будут иметь общие эти аллели.Когда это, наконец, станет возможным и доступным, индивидуальная генетическая оценка соответствующих генов, вероятно, окажется более полезной, чем расовая принадлежность при принятии медицинских решений.

Между тем, этническая или расовая принадлежность может в некоторых случаях предоставить полезную информацию в биомедицинском контексте, как и другие категории, такие как пол или возраст. Но потенциальная полезность расы должна быть сбалансирована с потенциальными опасностями. Незнание общей природы популяционной изменчивости может привести к диагностическим ошибкам ( e.грамм. , невозможность диагностировать серповидно-клеточную анемию у европейца или кистозный фиброз у азиатского человека) или ненадлежащее лечение или назначение лекарств. Широкая общественность, включая политиков, легко соблазняется типологическим мышлением, поэтому они должны быть осведомлены о генетических данных, которые помогают доказать, что это неверно.

Особую озабоченность вызывает генетика человеческого поведения. Поскольку гены, которые могут влиять на поведение, идентифицированы, частоты аллелей часто сравниваются в популяциях ^67,68 .Эти сравнения могут дать полезные эволюционные идеи, но могут также привести к упрощенным интерпретациям, которые могут усилить необоснованные стереотипы ⁶⁹ . При оценке роли генов в популяционных различиях в поведении (реальном или воображаемом) необходимо выделить несколько простых фактов. Человеческое поведение сложно, и на него сильно влияют негенетические факторы ⁷⁰ . Считается, что тысячи плейотропных генов влияют на поведение, и их продукты взаимодействуют сложным и непредсказуемым образом.Принимая во внимание эту необычайную сложность, идея о том, что вариация частоты одного аллеля может объяснить существенные различия в поведении популяций, была бы забавной, если бы не была такой опасной.

Раса остается серьезной проблемой как в социальном, так и в научном плане. К счастью, современная генетика человека может передать полезный сигнал о том, что человеческие популяции имеют большую часть своих генетических вариаций и что нет научной поддержки концепции, согласно которой человеческие популяции являются дискретными, неперекрывающимися объектами.Более того, предлагая средства для оценки вариабельности, связанной с заболеванием, на индивидуальном уровне, новые генетические технологии могут в конечном итоге сделать расу в значительной степени нерелевантной в клинических условиях. Таким образом, генетика может и должна быть важным инструментом, помогающим как осветить, так и разрядить расовую проблему.

Вариация — определение и примеры

---

Проверено: Мэри Энн Кларк, доктор философии

---

Определение
существительное, множественное число: варианты
Разница или отклонение (например,грамм. по структуре, форме, функции) от признанной нормы или стандарта
( генетика ) Генетические различия внутри и между видами или популяцией
( генетика ) Вариант или мутант
Дополнение
Под вариациями понимаются различия или отклонения от признанной нормы или стандарта. Это может быть модификация структуры, формы или функции в организме, отличающаяся от других организмов того же вида или группы.

В генетике вариация относится к особи, которая обладает характеристиками, отличными от других того же вида.Генетическая изменчивость обычно возникает как мутация в гене, кодирующем белок или РНК. Вариации могут быть отражены в фенотипе человека, например различие в размере, цвете или узоре, или может быть обнаружено только путем секвенирования ДНК или белка. Данный вариант может быть результатом изменений в одном гене или следствием взаимодействий между несколькими генами. Популяции одного и того же вида, живущие в разных частях света, могут характеризоваться определенными наборами вариаций.

Таким образом, вариацию можно измерить на индивидуальном уровне, т.е.е. различия между отдельными людьми в семье или популяции или на уровне популяции, то есть различия между популяциями, живущими в разных регионах.

Происхождение слова: Латинское вариантов — (s. вариантов ), экв. to varāt (us)
См. также:

Связанные термины:

Изучите структуру / функции ДНК, хромосомы, гены и особенности в этом видео и узнайте, как это относится к наследственности.Кредит:

Последнее обновление: 23 июля 2021 г.

Влияние генетической изменчивости на экспрессию генов

1. Rohan B.H. Вильямс1,2,3,4,
2. Ева К.Ф. Чан1,3,5,
3. Марк Дж. Коули1,4, и
4. Питер Ф.Р. Маленький1,6

1. ¹ Школа биотехнологии и биомолекулярных наук, Университет Нового Южного Уэльса, Рандвик, Новый Южный Уэльс 2052, Австралия;
2. ² Центр анализа функций генов Рамачотти, Университет Нового Южного Уэльса, Рандвик, Новый Южный Уэльс 2052, Австралия

1. №3 Эти авторы внесли равный вклад в эту работу.

Аннотация

Мнение о том, что изменения в контроле экспрессии генов, а не изменения в последовательности белков, являются центральными в эволюции Изучение организмов стало чем-то вроде трюизма в молекулярной биологии. На самом деле прямых доказательств этому мало, и только недавно у нас появилась возможность более глобально взглянуть на то, как генетические вариации влияют на экспрессию генов, уделяя особое внимание при межиндивидуальных вариациях экспрессии генов и использовании микроматриц для проверки различий в уровнях мРНК.Мы тут просмотрите объем этих экспериментальных анализов, то, что они призваны рассказать нам о генетической изменчивости, и каковы их ограничения как с технической, так и с концептуальной точки зрения. Мы пришли к выводу, что пока мы начинаем понимать влияние этого класса генетической изменчивости на стационарных уровнях мРНК, мы все еще далеки от идентификации потенциальных фенотипических и эволюционные результаты.

Концептуальная основа

Прямой анализ стационарных уровней мРНК у особей одного вида показывает, что количество мРНК может различаться. между людьми, предполагая, что генетические вариации могут влиять на количество мРНК в клетке.Расширяя эти наблюдения в попытке установить формальную генетическую основу для некоторых из этих вариаций является областью исследований, которая изначально была названный «генетической геномикой» Янсеном и Напом (2001) и теперь более разговорный термин «генетика экспрессии».

Учитывая давний теоретический интерес к вариациям в контроле экспрессии генов как движущей силе эволюции (King and Wilson 1975), прямых доказательств важности этого типа генетической изменчивости на удивление мало.Например, Bennett et al. (1995) предположили, что вариация ДНК, прилегающая к генам INS и IGF2 у людей, приводит к изменениям уровней мРНК, которые связаны с предрасположенностью к диабету 1 типа, и Theuns et al. (2000) предположили, что вариации в промоторной области гена PSEN1 способствуют повышенному риску раннего начала болезни Альцгеймера.

Важно понимать, что изменение количества мРНК не обязательно приравнивается к изменению транскрипции на se.На рисунке 1 схематично показаны множественные процессы, которые в конечном итоге вносят вклад в уровни мРНК в клетке, и ясно, что генетические вариации в любой части этого процесса могут, в принципе, привести к изменениям уровня мРНК в стационарном состоянии. Многие из этих процессов контролируются молекулярными машинами, которые содержат от 10 до сотен компонентов (Maniatis and Reed 2002; Maciag et al. 2006; Tsankov et al. 2006), но нам не известны какие-либо систематические исследования степени полиморфизма в компонентах этих компонентов. машины.Мы признаем что вариации в контроле альтернативного сплайсинга (например, см. Hull et al. 2007) могут влиять на попытки измерить стабильные уровни мРНК с помощью ген-специфичных ДНК-зондов, и мы не пытались расширить наш обзор в этой области.

Рисунок 1.

Вероятные сайты действия генетических детерминант уровней мРНК.Могут существовать генетические вариации, влияющие на экспрессию генов внутри регуляторных последовательностей, промоторов, энхансеров, сайтов сплайсинга и мотивов вторичной структуры целевого гена и так что будьте генетически в цис (красные звезды), или могут быть вариации в молекулярном механизме, которые взаимодействуют с цис -регулирующими последовательностями и, таким образом, действуют генетически в транс (синие звезды).

Признавая эту сложность, в этом обзоре мы будем ссылаться на все эти возможные влияния как на опосредованные «Регуляторы» без признания их биологической роли; мы подчеркиваем, регулятор не должен приравниваться к фактору транскрипции.Мы также описываем все гены, на которые влияет регулятор, как «регулируемые» или «подверженные влиянию», опять же, независимо от фактического задействованные механизмы.

На первый взгляд, фундаментальный вопрос, на который пытаются ответить все исследования, — это степень, в которой гены подвергаются влиянию или нет. генетической изменчивостью и природой этих влияний. К сожалению, наши знания об экспрессии генов предполагают, что это вопрос сам по себе несколько упрощен.Экспрессия генов во многих, возможно, в большинстве случаев чувствительна к внешним воздействиям. таким образом, на ген можно оказывать базовое влияние, то есть при всех условиях экспрессии, или на него можно влиять условно из-за генетические вариации в молекулярном механизме, который контролирует уровни мРНК во время развития или в ответ на экологические указанные изменения. В многоклеточных организмах эта проблема дополнительно усугубляется потенциальным дифференциальным контролем гены в разных клетках или тканях.Очень четкая цель некоторых из этих исследований — установить, в какой степени это тип генетической изменчивости зависит от ткани, но важно понимать, что это сам по себе только один из важных элементы управления, относящиеся к генам.

Экспрессионная генетика как область сфокусирована в первую очередь на картировании генетических детерминант вариации уровня мРНК, в основном рассмотрение уровней мРНК как непрерывно изменяющегося фенотипа; они поддаются анализу как количественный признак или «QT».Поскольку мРНК является результатом экспрессии гена, словосочетание «Локус количественного признака», или «eQTL», было придумано для описания этот анализ. Тем, кто не знаком с терминологией, важно понимать, что термин eQTL явно относится к на картированный локус, который влияет на уровень вариабельной мРНК, а не на сам признак экспрессии мРНК (QT).

Устойчивые уровни мРНК нескольких генов могут быть измерены либо с помощью микрочипов, либо, что реже, прямого секвенирования кДНК (например, см. Cowles et al.2002). Обнаружение на основе ПЦР (Singer-Sam et al. 1992) экспрессии двух аллелей гена, кодирующего молчащие замены, также использовалось (например, Yan et al. 2002) для обнаружения вариаций в относительных уровнях мРНК, полученных от отдельных аллелей. набора генов. Анализ микроматрицы был гораздо более широко используются и имеют преимущество перед другими методами в том, что они содержат почти глобальные генные комплементы; микрочип исследования будут в центре внимания нашего обзора.

Экспериментальный план всех исследований, которые мы здесь рассмотрим, концептуально идентичен. Количество устойчивой мРНК в одной или нескольких тканях или во всем организме измеряется в группе генетически типизированных индивидуумов; далее, разнообразие статистических подходов используются для определения того, как изменения относительного выхода мРНК на панели могут коррелировать, а могут и не коррелировать. с генетическими маркерами.Статистически значимая корреляция вариации уровня мРНК с конкретными маркерами предполагает, что что маркеры определяют приблизительное расположение варианта регулятора, влияющего на выход мРНК.

В этом обзоре мы сначала обсуждаем технические трудности, связанные с анализом микрочипов в генетическом контексте; мы затем просмотрите основные исследования, проведенные на системах млекопитающих, со ссылкой на ключевые исследования, проведенные на дрожжах, и, наконец, мы обсуждаем основные биологические интерпретации данных экспериментов экспрессионной генетики.Обращаем внимание на недавние обзоры из Rockman and Kruglyak (2006) и Gibson and Weir (2005), а также специальный выпуск журнала Mammalian Genome (июнь 2006 г.), который содержит несколько обзорных статей по более специализированным аспектам этой области.

Технический анализ экспериментов с микрочипами

Использование микрочипов для измерения уровней мРНК — мощный метод, связанный с многочисленными экспериментальными артефактами, а также наличие четких и воспроизводимых результатов (для обзора см. Microarray Quality Control Consortium 2006).С точки зрения генетики экспрессии, микроматрицы имеют особые недостатки как с экспериментальными, так и с аналитическими данными. процедуры, которые могут существенно повлиять на результаты анализа отображения экспрессии. Эти проблемы частично разделяют с любым анализом микрочипов, но помещенным в контекст картографических панелей, артефакт может быть формально неверно интерпретирован как eQTL, который изменяет уровень экспрессии гена, который на самом деле не является генетически изменчивым по своей экспрессии.Результат во многих случаях является ошибочной идентификацией, какие гены связаны и какие области генома несут eQTL.

Соответствующие исследования выявили следующее: Doss et al. (2005) и Alberts et al. (2005) продемонстрировали артефактную идентификацию cis -eQTL, возникающую из SNP в мРНК-мишени, которая должна быть опрошена коротким гибридизационным зондом, который, как следствие несоответствия между зондом и мишенью, приводит к снижению гибридизации в некоторых генетических фонах, но не другие, совершенно независимо от реальных уровней мРНК.Alberts et al. (2005) и Williams et al. (2006) определили, что артефакты из-за вариации партии между группами микрочипов могут привести к ложному основному регулятору. eQTL, которые представляют собой eQTL, которые, по-видимому, связаны / связаны с большим количеством генов (более подробное обсуждение см. ниже). Williams et al. (2006) также показали, что между eQTL, связанными с геном, может быть плохое соответствие после нормализации несколькими разными, но широко используемые процедуры обработки необработанных данных микрочипов.Наконец, Manly et al. (2005) показали, что некоторые наборы содержат несколько зондов, которые, в принципе, представляют один и тот же ген, но эти разные зонды идентифицированы разные eQTL.

Несмотря на эти осложнения, существует значительный объем исследований, сообщающих о результатах экспрессионного генетического анализа. и ключевые исследования обсуждаются непосредственно ниже.

Обзор ключевых исследований

В таблице 1 перечислены ключевые эксперименты в масштабе всего генома, которые, по нашему мнению, представляют собой основы экспрессионной генетики.Неизбежно, между этими исследованиями существуют большие экспериментальные различия, в том числе по организмам, количеству особей, их генетическая сложность (F ₂ , гаплоидный, инбредный, аутбредный), источники мРНК (ткани / типы клеток), платформы микрочипов, типы и количество генетических маркеров (SNP или более длинные повторы), критерии включения уровней мРНК, которые могли применяться до анализа, методы оценки eQTL-связывание / ассоциация, а также методы коррекции множественного тестирования и оценки значимости.В результате этих различий Возможно, неудивительно, что между их результатами есть существенные несоответствия.

Таблица 1.

Краткое изложение экспериментальной и аналитической методологии и результатов ключевых исследований генетики экспрессии

Принимая во внимание внутренние различия между этими исследованиями, мы теперь обсудим, как эти исследования eQTL-картирования способствовали в нашем понимании в четырех областях: количество обнаруживаемых генетических влияний, природа генетического влияния, основные регуляторы экспрессии генов и, наконец, множественные генетические регуляторы вариабельности экспрессии генов.

Количество обнаруживаемых генетических влияний

Одним из наименее согласованных результатов является доля признаков экспрессии, демонстрирующих связь или ассоциацию, по крайней мере с один eQTL, который варьируется от 0,8% до 59% от уровней мРНК генов (таблица 2). Нижний предел 0,8% взят из исследования ассоциации (Stranger et al.2005) из 374 генов, удовлетворяющих критериям включения, что общий уровень гибридизации и дисперсия высоки в 60 образцах неродственные люди. Из этих 374 транскриптов только 0,6% были связаны с eQTL, что определяется отсечкой по Бонферрони, равной 0,05. Напротив, верхний предел в 59% взят из исследования сцепления (Brem and Kruglyak 2005), которое выявило по крайней мере один eQTL для 2984 генов, что определяется пороговым значением коэффициента ложного обнаружения (FDR), равным 0,05. Многие из этих различия могут быть объяснены несходством экспериментальной методологии, но в среднем может быть обнаружен хотя бы один eQTL от 10% до 30% исследованных генов (см. Таблицу 2).

Таблица 2.

Краткое описание характера генетического влияния на экспрессию генов

Статистическая мощность также оказывает большое влияние на количество генов, для которых можно идентифицировать eQTL.Например, Brem et al. (2002) с использованием 40 образцов гаплоидных дрожжей идентифицировали eQTL для 9% генов при P <5 × 10 ^-5 , тогда как Yvert et al. (2003) с использованием почти идентичной методологии и 86 образцов гаплоидных дрожжей идентифицировали eQTL для 40% генов при P <3,4 × 10 ^-5 . Поскольку основное различие между этими двумя исследованиями заключается преимущественно в размере выборки, эти результаты предполагают, что удвоение в размере выборки потенциально может увеличить мощность обнаружения eQTL в четыре раза.Важное важное сообщение в выражении генетика заключается в том, что размер картографической панели является важным фактором успеха, урок, хорошо задокументированный в картографировании. сложных заболеваний человека.

Природа вариации:

цис — по сравнению с транс — действующая вариация

Генетические вариации, влияющие на экспрессию генов, могут находиться в регуляторных последовательностях, таких как промоторы, энхансеры, сплайсинг. сайтов или мотивов вторичной структуры гена-мишени, и поэтому они генетически присутствуют в цис , или они могут быть вариациями в белках и РНК, которые взаимодействуют с регуляторными последовательностями цис и, таким образом, генетически присутствуют в транс (рис.1). Поскольку ген, связанный с каждым признаком экспрессии мРНК, может быть физически отображен на геноме, механизм (действие цис, или действие транс ), с помощью которого eQTL влияет на признак экспрессии, может быть выведен из близости между физическим местоположением. родственного гена и eQTL. Этот процесс может быть затруднен влиянием транс , которые случайно отображаются в соответствующем окне, которое используется для определения цис (Ronald et al.2005). Чтобы преодолеть логическую трудность, представленную тесно связанным транс-регулятором , Rockman и Kruglyak (2006) различают локальную и дальнюю связь, а не цис или транс ; эта терминология отражает сложность использования исследований eQTL для анализа явного молекулярного механизма в этих особых случаи. Возможно, более тонко, степень неравновесия по сцеплению также будет определять точность, с которой местоположение может быть определенным; в генетических панелях, созданных с помощью скрещиваний, включающих небольшое количество рекомбинаций, или у близкородственных особей, длина генетически идентичной ДНК велика и может препятствовать разделению транс eQTL и его родственного гена, расположенных в одной и той же геномной области, даже на довольно больших расстояниях.

Таблица 2 показывает, что от 0,8% до 94% генов имеют eQTL в цис , и предсказуемо наблюдаемое число зависит как от размера окна цис, (геномное расстояние между генами и eQTL), используемый для определения cis -связи / ассоциации и уровня значимости, используемого для определения связи / ассоциации между признаком и eQTL. Место (а) Регуляторных элементов не очень хорошо определены для большинства генов, и, следовательно, выбор размеров цис--окон варьируется в исследованиях eQTL-картирования, начиная от 10 т.п.н. в дрожжах (Brem et al.2002) до 20 МБ у мыши (Быстрых и др., 2005). Мы отмечаем, что существуют задокументированные цис--действующих регуляторных элементов, которые расположены на расстоянии> 1 мб от гена, который они контролируют (Pfeifer et al. 1999), так что эти окна не являются неправдоподобными. Неудивительно, что чем больше окно cis , тем больше вероятность найти признак выражения, расположенный в окне cis соответствующего eQTL. Например, в наших исследованиях BXD с тремя тканями с использованием окна размером 5 Mb cis , ∼2.6% ссылок находятся в цис-, и эта доля увеличивается до ∼8,0% при 20 Мбит; в аналогичном исследовании на мышах Bystrykh et al. (2005) обнаружил 13,3% ссылок в cis , используя окно размером 20 Мб.

Hubner et al. (2005), Монкс и др. (2004) и Schadt et al. (2003) все сообщают, что доля eQTL, действующих на цис, , увеличивается с более высокими порогами сцепления или ассоциативной значимости, предполагая, что цис -действующих по сравнению с транс -действующих eQTL имеют более сильное и детектируемое влияние на экспрессию генов. .Петретто и др. (2006) проанализировали четыре ткани крысы и показали, что транс -eQTL обычно имеют меньшую величину эффекта и более высокую частоту ложных открытий, чем цис- -eQTL. В целом, общий вывод из этих исследований состоит в том, что в настоящее время предполагаемая регулирующая вариация цис- обнаруживается легче, чем транс .

Мастер-регуляторы экспрессии генов

Генетическая вариация в белке, таком как фактор транскрипции, который контролирует экспрессию нескольких генов, вероятно, имеют влияние на все или большую часть его генов-мишеней.Этот класс вариаций представляет особый биологический интерес, потому что: в принципе, его можно использовать для идентификации групп генов, имеющих общий контроль (формально «регулонов»). Коррелированная вариация в группах, а также в отдельных генах, может иметь значительные фенотипические последствия.

Такие генетические вариации были обнаружены как eQTL, которые показывают сцепление / ассоциацию с большим количеством генов, и они имеют были названы главными регуляторами (Morley et al.2004 г.). Правила определения «одного и того же» eQTL различны; некоторые исследования просто подсчитывают количество наиболее выраженных черт сопоставить с генетическим маркером независимо от того, является ли связь / ассоциация значимой на уровне всего генома или нет (Chesler et al. 2005), некоторые подсчитывают количество значимых связей всего генома на каждом маркере (Bystrykh et al. 2005; Hubner et al.2005; Cotsapas 2007), а некоторые сначала делят геном на бункеры, а затем подсчитывают количество значимых связей в каждом бункере (Brem et al.2002; Schadt et al. 2003; Yvert et al. 2003; Morley et al. 2004 г.). В этих исследованиях было показано, что до 50–55% всех картируемых признаков экспрессии отображают до 17 главных регуляторов. (Таблица 2).

В нескольких сообщениях было высказано предположение, что главные регуляторы могут быть вызваны систематическими артефактами микрочипов (Alberts et al. 2005; Li and Burmeister 2005; Williams et al. 2006). Реакции гибридизации микрочипов представляют собой сложные экспериментальные процессы, которые измеряют комбинацию биологического сигнала. и экспериментальный шум.Нормализация применяется к данным микрочипов, чтобы удалить любые источники небиологических вариаций, таких как как различия внутри массива в эффективности гибридизации, но может быть трудно отделить биологический сигнал от шум. Обычно, даже после нормализации, на некоторых массивах группы генов могут иметь более высокую или более низкую экспрессию относительно другие массивы. В контексте генетики экспрессии группы генов, которые координированно различаются в зависимости от группы людей. может показать свидетельство связи с одним eQTL, вызывая тем самым ложные главные регуляторы.

Несмотря на эти систематические артефакты, Monks et al. (2004) не удалось идентифицировать eQTL в линиях В-клеток человека, где количество картированных признаков экспрессии превышало случайное ожидание, предполагая, что главные регуляторы не являются универсальной функцией.

Множественные генетические регуляторы экспрессии генов

Как мы обсуждали выше, регуляция уровня мРНК одного гена, вероятно, зависит от многих факторов (см.рис.1), и поэтому потенциально может зависеть от более чем одного генетического варианта. В традиционной генетической связи и общегеномной ассоциации исследования, в которых рассматривается один или небольшое количество количественных признаков, идентификация нескольких генетических вариантов уже сложно из-за статистической сложности и больших вычислительных требований, предъявляемых комбинаторными вычислениями требуется для проверки нескольких ассоциаций. Эта сложность усугубляется исследованиями eQTL-отображения, где до десятков тысяч признаков экспрессии представляют интерес, и поэтому практически невозможно выполнить систематический поиск множественных генетических влияний.По этой причине во всех анализах eQTL-картирования, перечисленных в таблице 1, использовались методы одного локуса, где только один локус оценивается в любой момент времени на сцепление / ассоциацию с каждым признаком экспрессии.

Хотя эти анализы явно не предназначены для выявления множественных влияний, черты экспрессии, которые соответствуют более чем действительно был идентифицирован один eQTL (Brem et al. 2002; Schadt et al. 2003; Monks et al.2004; Morley et al. 2004; Брем и Кругляк 2005; Cheung et al. 2005; Hubner et al. 2005; Stranger et al. 2005; Котсапас 2007).

Идентификация множественных пиков сцепления не является простой задачей; симуляционные исследования в сочетании с эмпирическими данными было проведено, чтобы предсказать, вероятно ли влияние на экспрессию генов нескольких генетических локусов, и если да, то для оценки количество локусов, которые могут вносить вклад в вариацию экспрессии генов (Brem et al.2002; Брем, Кругляк 2005). Эти результаты показывают, что только 3% сильно наследуемых признаков будут подвержены влиянию одного локуса, в то время как> 50% признаков вероятно, будут находиться под влиянием более пяти eQTL. Стори и др. (2005) представили метод мультилокусного картирования, разработанный для большого количества признаков экспрессии, и, используя этот метод, Brem et al. (2005) продемонстрировали, что на уровни мРНК 65% генетически измененных генов влияют пары eQTL (пары локусов), в то время как только 13% пар локусов, идентифицированных с использованием метода картирования одного локуса, вероятно, будут иметь значительное взаимодействие.

Сводка

Анализ

eQTL-картирования можно использовать для анализа генетической регуляторной архитектуры экспрессии генов. Из исследований, которые были опубликованы до сих пор, мы узнали, что: (1) генетическое влияние на устойчивые уровни мРНК является обычным явлением; (2) цис--действующих вариантов обнаруживаются легче, чем транс--действующих вариантов; (3) на большинство генетически измененных транскриптов, вероятно, влияют несколько генетических вариантов, Таким образом, нам необходимо разработать дополнительную методологию, позволяющую выполнять мультилокусное картирование в этих условиях.В сочетании с прессованием Необходимость увеличения размера картографических панелей для увеличения статистической мощности представляет собой серьезную техническую задачу. Более неутешительным общим наблюдением является то, что способность сочетать независимые исследования, даже те, которые проводятся на один и тот же организм, серьезно скомпрометирован множеством картографических панелей, генетических маркеров, статистических методологий, гены на массивах и платформах массивов.

Биологическая интерпретация данных экспрессионной генетики

Техническая сложность экспрессионного генетического анализа привела к разработке дополнительных аналитических методов в попытка использовать более полезную и потенциально непосредственно интерпретируемую биологическую информацию из данных.Эти исследования можно в общих чертах разделить на пять основных классов: (1) исследования, которые коррелируют вариации экспрессии с вариациями физиологических черты; (2) исследования, посвященные регуляторным генам в eQTL; (3) исследования, посвященные регулируемым генам; (4) исследования, в которых о генетических детерминантах уровней мРНК в известных сигнальных и метаболических путях; (5) тканевая специфичность генетических влияет.

Связь с физиологическими признаками

Рассмотрение уровней мРНК как «промежуточного фенотипа», который может связывать вариации генетической информации с физиологическими признаками. был основным двигателем развития экспрессионной генетики, и Schadt et al.(2003), Быстрых и др. (2005), Chesler et al. (2005), Hubner et al. (2005) и Ли и др. (2006a) определили корреляцию между экспрессией, вызванной генетически, и множеством признаков. Логика этих анализов такова. что ген с переменным уровнем мРНК, обнаруженный под пиком сцепления, связанным с физиологическим QTL, является потенциальным причинный кандидат. Конечно, если сама вариация уровня мРНК напрямую коррелирует с физиологическим признаком, то это будет сильной поддержкой причинно-следственной связи.Быстрых и др. (2005) обнаружили восемь генов с цис--действующим генетическим влиянием, перекрывающих физиологический QTL, влияющий на оборот гемопоэтических стволовых клеток (HSC), независимо идентифицированных. Де Хаан и др. (2002) на мышах BXD. Три гена были идентифицированы как гены-кандидаты в первоначальном исследовании, и все восемь содержали последовательность полиморфизмы. Chesler et al. (2005) коррелировали уровни экспрессии гена Drd2 с опубликованными фенотипами из панели инбредных мышей BXD и выявили значимые корреляции для ряда фенотипов. включая предпочтение этанола и двигательную активность.

Идентификация генов-кандидатов-регуляторов в eQTL

Размер пиков связи eQTL означает, что существует несколько отчетов, которые идентифицируют причинную вариацию в eQTL: eQTL, определенные в штаммах RI, например, обычно содержат от 10 до 100 генов. Исключение составляют работы, о которых сообщает Zhu et al. al.(2004), Schadt et al. (2005) и Mehrabian et al. (2005), которые объединили данные последовательностей с картированием экспрессии и фенотипическими измерениями в сложном анализе с использованием условных моделирование независимости, которое позволяет сделать вывод о причинно-следственных связях между уровнями экспрессии мРНК и фенотипами. Эти подходы позволили Mehrabian et al. (2005), например, чтобы идентифицировать 5-липоксигеназу как ген восприимчивости к ожирению и костным особенностям в рамках eQTL, ранее идентифицированный Schadt et al.(2003) в скрещивании F ₂ C57BL / 6J и DBA / 2J.

Идентификация и проверка регулируемых генов или регулонов

В других исследованиях была предпринята попытка сосредоточить внимание на группах генов («регулонах»), на которые могут влиять генетические вариации: Ключевым понятием здесь является понятие идентификации генов, чей коррелированный паттерн экспрессии на разных уровнях подразумевает наличие общих регуляторов.Lan et al. (2006) далее продемонстрировали полезность этого подхода на данных экспрессии в печени мыши F ₂ , разделяющей на ожирение и диабет; первоначально они идентифицировали гены, уровни мРНК которых, вероятно, регулировались цис- — или транс-, а затем они рассматривали эти гены как «семена» и расширили состав этих наборов, идентифицировав эти гены. наиболее тесно с ними коррелирует. Анализ с использованием онтологии генов показал, что многие из наборов генов, определяемых «семенем» были функционально связаны и / или функционировали в одних и тех же путях, участвующих в метаболизме липидов.Используя связанный ген, Scd1 , который, как известно, участвует в метаболизме липидов и чувствительности к инсулину, в качестве затравки авторы определили и экспериментально продемонстрировали что ген 3110032G18Rik реципрокно регулируется известными липогенными генами в различных контекстах.

Аналогичный подход был использован Ghazalpour et al. (2006), которые создали сети на основе коррелированных уровней мРНК генов, экспрессируемых в печени группы самок мышей из F ₂ скрещивание C3H / HeJ и C57BL / 6J.Определяя группы потенциально корегулируемых генов (или «модулей») с помощью корреляции, а затем, идентифицировав eQTL, многократно связанные с генами в модуле, они определили модули, которые, вероятно, находятся под генетическим влияние: подход, который они описывают как «модуль-QTL» или mQTL. Их анализ выявил набор коэкспрессированных генов, которые вместе продемонстрировали связь с четырьмя eQTL и объяснили 70% дисперсии веса тела в популяции F ₂ .

Идентификация генов с коррелированной экспрессией на разных генетических основах даже при отсутствии идентифицируемых eQTL потенциально может выявить более широкий спектр влияний, чем тот, который можно найти с помощью анализа связей / ассоциаций, хотя и с некоторыми трудностями в оценке общей надежности с помощью ложноположительных и ложноотрицательных результатов (дальнейшее обсуждение см. в Lan et al. 2006). Ли и др.(2006) выделили два механистически различных генетических влияния регуляторов: те, которые опосредуются изменениями численности ( транс, — регуляторы экспрессии), и те, которые опосредуются структурными вариантами ( транс, — регуляторы генотипа). Чтобы развить эти концепции, Lee et al. (2006) разработали и использовали Geronemo , который вычисляет вероятность, основанную на корреляциях, что любая группа изменчивости генов может быть объяснена комбинациями регуляторов генотипа транс, -экспрессии и транс--генотипов; к ним относятся сигнальные молекулы, факторы, модифицирующие хроматин, факторы транскрипции и белки. участвует в процессинге, экспорте и посттранскрипционной модификации мРНК.Было продемонстрировано применение этого метода. в потомстве 112 дикого и лабораторного штамма Saccharomyces cerevisiae (данные Brem and Kruglyak 2005) и подчеркнули вероятную роль факторов ремоделирования хроматина, особенно комплекса SWI / SNF, в объяснении значительного доля наблюдаемой дисперсии экспрессии. Хотя методы, разработанные Lee et al. (2006), в принципе, применимы к регуляции высших эукариот, подход в настоящее время ограничен отсутствием специфических функциональная аннотация многих генов высших организмов.

На рисунке 2 мы выделяем другой возможный подход к раскрытию предполагаемой регуляторной архитектуры с использованием данных экспрессионной генетики из мозг, печень и почки на панели мышей BXD (Cotsapas 2007). Использование статистического подхода, называемого моделированием разреженных латентных факторов, для идентификации группы из 24 генов, которые демонстрируют доказательства для корегуляции посредством коррелированных изменений уровней мРНК в мозге, печени и почках 31 мыши RI; генетическое картирование идентифицировали транс- -eQTL на хромосоме (chr) 1 в мозге и chr 8 в печени: интересно, анализ с использованием базы данных связывания транскрипционных факторов (JASPAR) продемонстрировали, что 11/24 генов были обогащены мотивом IRF2, а ген Irf2 расположен в chr 8 eQTL и экспрессируется во всех трех тканях (M.Коули, К. Котсапас, Р. Уильямс, Э. Чан, Дж. Пулверс, М. Лю, О. Луо, Д. Нотт и П. Литтл, в стадии подготовки).

Фигура 2.

Регулон анализ генов. После анализа разреженных латентных факторов каждый ген представлен в виде пурпурной вершины, соединенной к другим генам серой линией, если апостериорная вероятность корреляции между тремя тканями ≥0.90. Связь отображается на хромосомы ниже (1–19, X, слева от до справа ), если P <10 ⁻⁴ : цвет линии указывает на соответствующую ткань (синий, мозг; зеленый, почка; красный, печень ). Обратите внимание на кластер генов справа (в кружке), на который влияет хромосома 1 в головном мозге, но хромосома 8 в печени. В этом кластере генов есть обогащение. для Irf2-связывающего мотива; который также расположен в области связывания на chr 8; и выражается во всех трех тканях.

Исследования известных путей и взаимодействия генов с окружающей средой

Последняя группа исследований пытается изучить генетическое влияние на транскрипцию генов в известных метаболических или сигнальных механизмах. пути.Хотя эти исследования по необходимости сосредоточены на относительно небольших наборах генов, о которых известно, что они участвуют в путях, у них есть явное преимущество, заключающееся в том, что лежащий в основе клеточный механизм, по крайней мере, четко идентифицируется, значительное преимущество при рассмотрении последующих функциональных проверок. Используя этот подход, Ghazalpour et al. (2005) изучили 4670 генов в печени мышей в результате интеркросса F ₂ BXD, о котором ранее сообщалось в Schadt et al.(2003), анализируя 378 наборов функционально связанных генов, определенных KEGG, Biocarta и другими источниками аннотации, с использованием раннего версия процедуры анализа обогащения набора генов (GSEA) (Subramanian et al. 2005) для идентификации генов, которые по-разному регулируются в пределах любого данного набора. Они идентифицировали 170 генов, содержащихся в 13 путях, из которых девять связаны с циклом трикарбоксиловой кислоты и три — с метаболизмом холестерина.

Один привлекательный аспект этого подхода с точки зрения понимания функциональной взаимосвязи генотип-фенотип, возможность прямого манипулирования фенотипами, например, путем прямой активации или ингибирования биохимического пути. и изучение влияния генетической изменчивости на реакцию (например,г., Montooth et al. 2003; Passador-Gurgel et al. 2007). Ли и др. (2006b) исследовали взаимодействие eQTL и изменения температуры в RI-скрещивании двух штаммов Caenorhabditis elegans : что интересно, почти 60% генов, которые регулировались трансмиссией , показали доказательства взаимодействия eQTL по температуре, но только 8% генов продемонстрировали регуляцию цис-, предполагая, что контроль пути в этом случае преимущественно контролируется посредством взаимодействий транс-.

Тканевая специфичность генетического влияния

В настоящее время степень, в которой генетическое влияние на уровни мРНК зависит от ткани или независимо, остается неясной (Chesler et al. 2005; Cotsapas et al. 2006; Petretto et al. 2006; Yang et al. 2006). Данные микрочипов в областях мозга от различных линий инбредных мышей ясно указывают на возможность регионально-специфической генетическое влияние экспрессии (Nadler et al.2006; Hovatta et al. 2007). Наш собственный анализ вариабельности экспрессии у инбредных линий мышей подтверждает идею о том, что влияние генетической вариабельности на мРНК, по существу, тканеспецифична (Cotsapas 2007; (M. Cowley, C. Cotsapas, R. Williams, E. Chan, J. Pulvers, M. Liu, O. Luo, D. Nott, and P. Little, in Prep .), и используя На панели мышей RI мы выполнили анализ eQTL-картирования с использованием мРНК, выделенных из трех тканей: мозга, почек и печени. Из из 6075 транскриптов, которые экспрессируются во всех трех тканях, только два картированы в одном и том же eQTL во всех трех тканях.В степень, в которой генетические влияния действительно тканеспецифичны, может оказать важное влияние на исследования на людях, где доступ к разным тканям одного и того же человека обязательно ограничен.

Выводы

Пожалуй, самое поразительное наблюдение, которое мы можем сделать, подводя этот обзор к заключению, — это степень двусмысленности. в позиционировании результатов экспрессионной генетики в биологическом контексте.Выше мы утверждали, что интерпретация данных сосредоточены на пяти областях; выявление прямых фенотипических последствий вариаций, изучение регуляторных генов в eQTL, исследования были сосредоточены на регулируемых генах, и, наконец, исследования были сосредоточены на известных путях и тканях. Ясно, что это логично разработки любого генетического анализа; вопрос, который не рассматривается, заключается в том, в какой степени генетический анализ нет, подходящий метод анализа.Частично ответ зависит от того, какая из областей рассматривается. Например, можно ли легко интегрировать исследования полиморфизма промоторов в проект ENCODE (Консорциум проекта ENCODE 2007)? Если да, нужна ли нам явная информация о связях / ассоциациях из генетического анализа экспрессии, или мы будем включать гаплотипов общих последовательностей ДНК в соответствующих экспериментальных анализах достаточно для определения цис- регуляторных вариантов? В общем, функциональные последствия вариаций последовательности в одном гене можно эффективно изучить. и чувствительно с помощью подходов, основанных на молекулярной биологии, таких как трансгенез и анализ связывания промоторного белка / ДНК.Этим Аргумент, идентифицирующий цис--действующих влияний, возможно, экспериментально наименее привлекательное использование экспрессионной генетики. Напротив, транс--действующих регуляторов, которые могут влиять на несколько генов, гораздо труднее идентифицировать с помощью молекулярно-биологических подходов, поэтому использование генетических подходов является привлекательным, потому что, хотя их технически труднее обнаружить, Генетический анализ может привести к идентификации регулонов генов, на которые действуют те же регуляторы, действующие на транс и .Открывается описание регуляторной архитектуры, контролирующей экспрессию генов в больших масштабах. существенное новое понимание, и будет большой проблемой интерпретировать фенотипические последствия, особенно с уважением к здоровью человека такого согласованного изменения уровней мРНК.

Ближе ли мы к пониманию того, как этот класс вариаций влияет на наше понимание эволюционных процессов? К сожалению, ответ должен быть однозначно отрицательным, и это отчасти потому, что у нас все еще есть чрезвычайно ограниченные экспериментальные данные по приравнивается ли изменение уровня мРНК к изменению уровня белка и имеет ли это, в свою очередь, фенотипические последствия.В протеомная литература не так сильна в этой области; в дрожжах, Ghaemmaghami et al. (2003) обнаружили сильную корреляцию между уровнями белка и мРНК, а Lu et al. (2007) показывают, что 73% различий в уровнях белка объясняется изобилием мРНК. Нам не известно о подобных исследованиях на людях, но для белков плазмы Андерсон и Андерсон (2002) пришли к выводу, основываясь на обзоре опубликованных исследований близнецов, что в среднем 62% количественных вариаций уровней определенных уровней белка в плазме между людьми имеет генетическое происхождение.Очевидная проблема заключается в том, как создать поле протеомной генетики?

Записка добавлена ​​в пруф

Мы с удовольствием читаем новую статью «Генетические основы протеомной изменчивости у дрожжей» (Foss et al. 2007), которая является первым исследованием, которое применяет методологию экспрессионной генетики к генетическому влиянию на уровни белка — несомненно Шаг в правильном направлении.

Благодарности

Мы благодарим нынешних и бывших коллег, Криса Котсапаса, Дэвида Нотта, Марка Уилкинса, Флориана Брайтвайзера, Джунхонга (Оскара) Луо, Майклу Лю и Джереми Пулверсу за их вклад и понимание. Работа поддержана грантом ARC Discovery Grant. (П.F.R.L), стипендия NHMRC Питера Доэрти (R.B.H.W), австралийские награды для аспирантов (E.K.F.C и M.J.C) и грант в помощь из Австралийского центра передовых вычислений и коммуникаций (P.F.R.L).

Сноски

• ↵4 Текущие адреса: Школа медицинских исследований Джона Кертина, Австралийский национальный университет, Канберра, ACT 2601, Австралия;

• №5 CSIRO Livestock Industries, Queensland Bioscience Precinct, 306 Carmody Road, St.Люсия, 4067 Квинсленд, Австралия.

• №6 Автор, ответственный за переписку.

  №6 Электронная почта p.little {at} unsw.edu.au; факс 61-2-9385-1483.

• Статья размещена на сайте http: //www.genome.org / cgi / doi / 10.1101 / gr.6981507

• Copyright © 2007, Лаборатория Колд-Спринг-Харбор Пресс

У

африканцев самая большая в мире генетическая изменчивость.

У

африканцев больше генетических вариаций, чем у кого-либо еще на Земле, согласно новому исследованию, которое помогает сузить область, где люди впервые эволюционировали, вероятно, недалеко от границы между Южной Африкой и Намибией.

Крупнейшее когда-либо проводившееся исследование африканской генетики также показало, что почти три четверти афроамериканцев могут проследить свою родословную до Западной Африки.Новый анализ опубликован в четверг в онлайн-выпуске журнала Science.

«Учитывая тот факт, что современные люди возникли в Африке, у них было время, чтобы накопить драматические изменения» в своих генах, — объяснила ведущий исследователь Сара Тишкофф, генетик из Университета Пенсильвании.

Люди приспосабливаются к очень разнообразным экологическим нишам в Африке, объяснила она на брифинге.

Более 10 лет Тишкофф и международная группа исследователей путешествовали по Африке, собирая образцы для сравнения генов разных народов.Тишкофф объяснил, что часто работая в примитивных условиях, исследователям приходилось прибегать к использованию автомобильного аккумулятора для питания своего оборудования.

Причина их работы? О генетической изменчивости африканцев было известно очень мало, знания, жизненно важные для понимания того, почему болезни оказывают большее влияние на одни группы, чем на другие, и для разработки способов борьбы с этими болезнями.

Скотт М. Уильямс из Университета Вандербильта отметил, что построение паттернов вариаций болезни может помочь определить, какие гены предрасполагают группу к определенному заболеванию.

Это исследование «представляет собой важную часть головоломки», — сказал он. Например, по словам Уильямса, существуют явные различия в распространенности таких заболеваний, как гипертония и рак простаты, в разных популяциях.

«Геном человека описывает сложность нашего вида», — добавил Мунтасер Ибрагим из отдела молекулярной биологии Хартумского университета, Судан. «Теперь у нас есть захватывающее представление об истории африканского населения … древнейшей истории человечества.

«История каждого человека является частью истории Африки, потому что все прибыли из Африки», — сказал Ибрагим.

Кристофер Эрет из исторического факультета Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сравнил генетические вариации среди людей с вариациями в языке.

По оценкам, в Африке существует 2000 различных языковых групп, разбитых на несколько широких категорий, часто, но не всегда, в соответствии с потоком генов.

Движение языка обычно связано с появлением новых людей, как заметил Эрет, со своими генами.Но иногда язык приносит небольшая группа «но преуспевающих», которая может навязать свой язык без значительного потока генов.

В целом исследователи смогли изучить и сравнить генетику 121 африканской группы, 60 неафриканских популяций и четырех афроамериканских групп.

Так называемое население Южной Африки «цвета мыса» имеет самый высокий уровень смешанного происхождения на земном шаре, смесь африканских, европейских, восточноазиатских и южно-индийских, — сказал Тишкофф.

«Это будет отличная популяция для изучения болезней», которые чаще встречаются в одной группе, чем в другой, — сказала она.

Исследование также показало, что около 71 процента афроамериканцев могут проследить свою родословную до западноафриканского происхождения. Они также имеют от 13 до 15 процентов европейского происхождения и меньшее количество других африканских корней. По словам Тишкофф, доказательств наличия генов американских индейцев среди афроамериканцев было «очень мало».

Эрет добавил, что только около 20 процентов африканцев, привезенных в Северную Америку, совершили путешествие напрямую, в то время как большая часть остальных отправилась сначала в Вест-Индию.

И, добавил он, некоторые местные афроамериканцы, например жители морских островов у Джорджии и Южной Каролины, могут проследить свое происхождение из определенных регионов, таких как Сьерра-Леоне и Гвинея.

Исследование финансировалось Национальным институтом рака, Национальными институтами здравоохранения, Исследовательским и образовательным центром передовых вычислений при Университете Вандербильта, L.S.B. Фонд Лики и Веннера Грена, Национальный научный фонд, фонды Дэвида и Люсиль Паккард и Берроуза Веллкома.

Генетические факторы метаболизма лекарств

1. Kalow W, Тан Б.К., Эндреньи Л. Гипотеза: сравнение межиндивидуальных и внутрииндивидуальных вариаций может заменить исследования с близнецами в исследованиях лекарственных средств. Фармакогенетика . 1998; 8 (4): 283–289 ….

2. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, Департамент здравоохранения и социальных служб США. Международная конференция по гармонизации: руководство по этническим факторам в приемлемости зарубежных клинических данных; доступность.Федеральный регистр 1998; 63 (111): 31790–31796. http://www.fda.gov/cder/guidance/2293fnl.pdf. По состоянию на 17 октября 2007 г.

3. Mizutani T. Частоты PM основных CYP у азиатов и европеоидов. Drug Metab Ред. . 2003. 35 (2–3): 99–106.

4. Кирххайнер Дж., Брокмеллер Дж. Клинические последствия полиморфизма цитохрома P450 2C9. Clin Pharmacol Ther . 2005; 77 (1): 1–16.

5. Одзава С., Сояма А, Саэки М, и другие.Этнические различия в генетических полиморфизмах CYP2D6, CYP2C19, CYP3As и MDR1 / ABCB1. Лекарство Метаб Фармакокинет . 2004. 19 (2): 83–95.

6. Дандара Ц, Масимирембва CM, Магимба А, и другие. Генетический полиморфизм CYP2D6 и CYP2C19 в популяциях восточной и южной Африки, включая психиатрических пациентов. евро J Clin Pharmacol . 2001. 57 (1): 11–17.

7. Луо HR, Польша RE, Линь К.М., Ван Ю.Дж.Генетический полиморфизм цитохрома P450 2C19 у мексиканских американцев: межэтническое сравнительное исследование. Clin Pharmacol Ther . 2006. 80 (1): 33–40.

8. Бернар С., Невилл К.А., Нгуен А.Т., Flockhart DA. Межэтнические различия в генетическом полиморфизме CYP2D6 в популяции США: клинические последствия. Онколог . 2006. 11 (2): 126–135.

9. Гаедигк А, Брэдфорд Л.Д., Маркучи К.А., Leeder JS.Уникальное распределение активности CYP2D6 и несоответствие генотипа фенотипу у чернокожих американцев. Clin Pharmacol Ther . 2002. 72 (1): 76–89.

10. Aquilante CL, Langaee TY, Лопес Л.М., и другие. Влияние фактора свертывания крови, субъединицы 1 комплекса эпоксидредуктазы витамина K и полиморфизма гена цитохрома P450 2C9 на дозу варфарина. Clin Pharmacol Ther . 2006. 79 (4): 291–302.

11. Хигаси М.К., Veenstra DL, Кондо Л.М., и другие.Связь между генетическими вариантами CYP2C9 и исходами, связанными с антикоагулянтами, во время терапии варфарином. JAMA . 2002. 287 (13): 1690–1698.

12. Сим СК, Райзингер C, Даль М.Л., и другие. Распространенный новый вариант гена CYP2C19 вызывает сверхбыстрый метаболизм лекарств, влияющий на лекарственный ответ на ингибиторы протонной помпы и антидепрессанты. Clin Pharmacol Ther . 2006. 79 (1): 103–113.

13. де Леон Дж., Динсмор Л, Ведлунд П.Неблагоприятные лекарственные реакции на оксикодон и гидрокодон у сверхбыстрых метаболизаторов CYP2D6. Дж. Клин Психофармакол . 2003. 23 (4): 420–421.

14. Чобанян А.В., Бакрис Г.Л., Черный HR, и другие., для Объединенного национального комитета Национального института сердца, легких и крови по профилактике, обнаружению, оценке и лечению высокого кровяного давления; Координационный комитет Национальной образовательной программы по высокому кровяному давлению. Седьмой отчет Объединенного национального комитета по профилактике, выявлению, оценке и лечению высокого кровяного давления: отчет JNC 7 [опубликованное исправление появляется в JAMA.2003; 290 (2): 197]. JAMA . 2003. 289 (19): 2560–2572.

15. Джонсон Дж. А., Тернер ST. Фармакогеномика гипертонии: текущее состояние и направления на будущее. Curr Opin Mol Ther . 2005. 7 (3): 218–225.

16. Ричардсон AD, Piepho RW. Влияние расы на гипертонию и гипотензивную терапию. Int J Clin Pharmacol Ther . 2000. 38 (2): 75–79.

17. Хингорани нашей эры, Цзя Х, Стивенс PA, Бункер R, Дикерсон Дж. Э., Браун MJ.Полиморфизм генов ренинангиотензиновой системы влияет на артериальное давление и реакцию на ингибирование ангиотензинпревращающего фермента. J Hypertens . 1995. 13 (12 pt 2): 1602–1609.

18. Псатый Б.М., Смит Н.Л., Хекберт С.Р., и другие. Диуретическая терапия, вариант гена альфа-аддуцина и риск инфаркта миокарда или инсульта у лиц с пролеченной артериальной гипертензией. JAMA . 2002. 287 (13): 1680–1689.

19.Курляндская Л, Мелхус Х, Карлссон Дж., и другие. Полиморфизм C / T альдостерон-синтазы (CYP11B2) -344 связан с антигипертензивным ответом: результат шведского исследования гипертрофии левого желудочка ирбесартана в сравнении с исследованием атенолола (SILVHIA). Am J Hypertens . 2002. 15 (5): 389–393.

20. Гердес Л.Ю., Гердес С, Кервинен К, и другие. Аллель аполипопротеина epsilon4 определяет прогноз и влияние симвастатина на прогноз у выживших после инфаркта миокарда: субисследование скандинавского исследования выживаемости симвастатина. Тираж . 2000. 101 (12): 1366–1371.

21. de Maat MP, Кастелейн JJ, Jukema JW, и другие. -455G / A-полиморфизм гена бета-фибриногена связан с прогрессированием коронарного атеросклероза у мужчин с симптомами: предполагаемая роль острой фазы реакции фибриногена. РЕГРЕСС группа. Артериосклер тромб Vasc Biol . 1998. 18 (2): 265–271.

22. Израиль E, Дражен Дж. М., Лиггетт С.Б., и другие., для сети клинических исследований астмы Национального института сердца, легких и крови. Влияние полиморфизма бета (2) -адренергических рецепторов на реакцию на регулярное использование альбутерола при астме. Int Arch Allergy Immunol . 2001. 124 (1–3): 183–186.

23. Брюссо, штат Мэн, О’Коннор Джей Джей младший, Ордовас Ю.М., и другие. Генотип TaqI B2B2 белка-переносчика сложного эфира холестерина связан с более высокими уровнями холестерина ЛПВП и более низким риском конечных точек ишемической болезни сердца у мужчин с дефицитом ЛПВП: исследование по вмешательству в отношении холестерина ЛПВП по делам ветеранов. Артериосклер тромб Vasc Biol . 2002. 22 (7): 1148–1154.

24. Cowburn AS, Сладек К, Соя Дж, и другие. Сверхэкспрессия лейкотриен-C4-синтазы в биоптатах бронхов пациентов с астмой, не переносящей аспирин. Дж. Клин Инвест . 1998. 101 (4): 834–846.

25. де Маат МП, Jukema JW, Да, и другие. Влияние промотора стромелизина-1 на эффективность правастатина при коронарном атеросклерозе и рестенозе. Ам Дж. Кардиол . 1999. 83 (6): 852–856.

26. Гиббс С.Р., Биверс Д.Г., Губа GY. Управление гипертонической болезнью у чернокожих пациентов. QJM . 1999. 92 (4): 187–192.

27. Купманс Р.П., Инсель П.А., Мишель MC. Фармакогенетика лечения гипертонии: структурированный обзор. Фармакогенетика . 2003. 13 (12): 705–713.

28. Trotta R, Донати МБ, Яковьелло Л. Тенденции фармакогеномики препаратов, действующих при артериальной гипертензии. Pharmacol Res . 2004. 49 (4): 351–356.

29. Амудха К., Вонг LP, Чой А.М., Lang CC. Этническая принадлежность и медикаментозная терапия гипертонии. Curr Pharm Des . 2003. 9 (21): 1691–1701.

30. Дуглас Дж. Г., Бакрис Г.Л., Эпштейн М, и другие., для Рабочей группы по гипертонии у афроамериканцев Международного общества по гипертонии у чернокожих. Управление высоким кровяным давлением у афроамериканцев: консенсусное заявление Рабочей группы по гипертонии у афроамериканцев Международного общества гипертонии у чернокожих. Arch Intern Med . 2003. 163 (5): 525–541.

31. Hebert PR, Foody JM, Hennekens CH. Ренин-ангиотензиновая система: роль ингибиторов, блокаторов и генетических полиморфизмов в лечении и профилактике сердечной недостаточности. Curr Vasc Pharmacol . 2003. 1 (1): 33–39.

32. Cascorbi I, Пол М, Kroemer HK. Фармакогеномика сердечной недостаточности — внимание к лекарственным средствам и их действию. Cardiovasc Res .2004. 64 (1): 32–39.

33. Коно М, Йококава К., Минами М, и другие. Связь между полиморфизмом генов ангиотензинпревращающего фермента и регрессом гипертрофии левого желудочка у пациентов, получавших ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента. Am J Med . 1999. 106 (5): 544–549.

34. McNamara DM, Голубков Р, Постава Л, и другие. Фармакогенетические взаимодействия между терапией ингибиторами ангиотензинпревращающего фермента и полиморфизмом делеции ангиотензинпревращающего фермента у пациентов с застойной сердечной недостаточностью. Джам Колл Кардиол . 2004; 44 (10): 2019–2026.

35. Forleo C, Реста Н, Соррентино S, и другие. Ассоциация полиморфизмов бета-адренорецепторов и прогрессирования сердечной недостаточности у пациентов с идиопатической дилатационной кардиомиопатией. Am J Med . 2004. 117 (7): 451–458.

36. Terra SG, Поли Д.Ф., Ли CR, и другие. Полиморфизм бета-адренергических рецепторов и ответы во время титрования контролируемого высвобождения / пролонгированного высвобождения метопролола при сердечной недостаточности. Clin Pharmacol Ther . 2005. 77 (3): 127–137.

37. Тейлор А.Л., Ziesche S, Янси С, и другие., для афроамериканских исследователей сердечной недостаточности. Комбинация изосорбида динитрата и гидралазина у чернокожих с сердечной недостаточностью [опубликованная поправка опубликована в N Engl J Med. 2005; 352 (12): 1276]. N Engl J Med . 2004. 351 (20): 2049–2057.

38. Münzel T, Харрисон Д.Г. Повышенный уровень супероксида при сердечной недостаточности: нарушился биохимический барорефлекс. Тираж . 1999. 100 (3): 216–218.

39. Busse W, Бэнкс-Шлегель С, Ноэль П., Ортега H, Таггарт V, Элиас Дж, для рабочей группы NHLBI. Будущие направления исследований астмы: отчет Рабочей группы NHLBI. Am J Respir Crit Care Med . 2004. 170 (6): 683–690.

40. Pignatti PF. Тенденции фармакогеномики лекарственных средств, применяемых при лечении астмы. Pharmacol Res .2004. 49 (4): 343–349.

41. Уоллес А.М., Sandford AJ. Терапевтический ответ на лекарства от астмы: предикторы генотипа. Лечить Респир Мед . 2004. 3 (3): 161–171.

42. Тантисира К.Г., Weiss ST. Фармакогенетика астмы: обновленная информация. Curr Opin Mol Ther . 2005. 7 (3): 209–217.

43. Sayers I, Зал ИП. Фармакогенетические подходы в лечении астмы. Curr Allergy Asthma Rep .2005. 5 (2): 101–108.

44. Лиггетт С.Б., Шах С.Д., Крайер PE. Характеристика бета-адренорецепторов скелетных мышц человека, полученных с помощью игольной биопсии. Am J Physiol . 1988; 254 (6 пт 1): E795 – E798.

45. Тан С, Зал ИП, Дьюар Дж, Доу E, Липуорт Б. Связь между полиморфизмом бета 2-адренорецепторов и восприимчивостью к десенсибилизации бронходилататорами у умеренно тяжелых стабильных астматиков. Ланцет . 1997; 350 (9083): 995–999.

46. Wechsler ME, Израиль Э. Как фармакогеномика будет играть роль в лечении астмы. Am J Respir Crit Care Med . 2005. 172 (1): 12–18.

47. Дражен Ю.М., Израиль E, О’Бирн П.М. Лечение астмы препаратами, модифицирующими лейкотриеновый путь [исправления опубликованы в N Engl J Med. 1999; 340 (8): 663 и N Engl J Med. 1999; 341 (21): 1632]. N Engl J Med .1999. 340 (3): 197–206.

48. Сэмпсон А.П. Генетика лейкотриенов и эффективность антагонистов лейкотриеновых рецепторов. RT J Respir Care Practitioners . 2004; 17: 30–32.

49. Асано К, Шиоми Т, Hasegawa N, и другие. Полиморфизм гена A (-444) C лейкотриен-C4-синтазы и клинический ответ на антагонист CYS-LT (1), пранлукаст, у японских пациентов с умеренной астмой. Фармакогенетика . 2002. 12 (7): 565–570.

50. Тантисира К.Г., Хван ES, Раби Б.А., и другие. TBX21: функциональный вариант предсказывает улучшение при астме при использовании ингаляционных кортикостероидов. Proc Natl Acad Sci U S A . 2004. 101 (52): 18099–18104.

51. Тантисира К.Г., Озеро S, Сильверман Э.С., и другие. Фармакогенетика кортикостероидов: ассоциация вариантов последовательности в CRHR1 с улучшением функции легких у астматиков, получавших ингаляционные кортикостероиды. Хум Мол Генет . 2004. 13 (13): 1353–1359.

52. Уилсон Дж. Ф., Уил МЕНЯ, Смит AC, и другие. Генетическая структура популяции с вариабельным ответом на лекарства. Нат Генет . 2001. 29 (3): 265–269.

53. Фармакогенетика: персонализирующая медицину сегодня! http://www.healthanddna.com/professional/pharmacogenetics.html. Проверено 17 октября 2007 г.

54. Лаборатории молекулярной диагностики. http://www.mdl-labs.com/testing/.По состоянию на 14 февраля 2008 г.

55. Консультативный комитет по фармацевтическим наукам Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. 14–15 ноября 2005 г. http://www.fda.gov/ohrms/dockets/ac/cder05.html#PharmScience. По состоянию на 17 октября 2007 г.

AP Психология: понимание наследственности | AP Central — Совет колледжа

Устранение путаницы

Наследственность — это термин, который появляется во вводных текстах колледжа и психологии уровня AP в главе об интеллекте. Иногда он также появляется в разделе, посвященном относительному влиянию природы и воспитания.В большинстве случаев обсуждение довольно краткое, и, честно говоря, некоторые учебники неправильно описывают концепцию. Однако крайне важно, чтобы учителя AP правильно понимали эту концепцию и точно относились к ней своим ученикам. Не расстраивайтесь: вы можете полностью понять концепцию наследуемости!

Наследственность — очень неуловимая и трудная для понимания концепция. Это корреляционный термин, который имеет только положительное значение от 0 до 1, но может быть выражен как процент от 0 до 100 процентов.Например, вы могли слышать, что наследуемость роста составляет 0,9 или наследуемость интеллекта 0,7. Но что это значит?

Чтобы проверить себя, решите, верны ли следующие утверждения или нет. К концу статьи вы узнаете, были ли вы правы.

1. Если у человека есть расстройство с наследуемостью 1, то он будет страдать от этого расстройства.
2. Наследственность наличия пальцев на каждой руке равна 1 или близка к 1.
3. Наследственность и унаследованный почти противоположны по смыслу.
4. В середине 1950-х годов в Америке наследственность сережек была очень высока.
5. Наследственность однояйцевых близнецов — 1.
6. По мере того, как окружающая среда становится более похожей для людей с очень разной наследственностью, наследственность возрастает.
7. Наследственность группы людей с относительно схожей наследственностью в очень разных средах относительно невысока.

Объяснение концепции

Сначала я объясню наследуемость, а затем вернусь к обсуждению этих примеров, чтобы прояснить концепцию.

Статистика наследуемости была получена в результате работы Фрэнсиса Гальтона, двоюродного брата Чарльза Дарвина. Наследственность — это групповая статистика, которая не имеет смысла применительно к одному человеку. Наследственность — это степень, в которой различия во внешнем виде признака у нескольких людей могут быть объяснены различиями в их генах.Наследственность не отражает степень, в которой признаки передаются от родителей к потомству.

Оценки наследуемости обычно получают с помощью исследований близнецов. Например, если у однояйцевых близнецов обычно одинаковый IQ, а у разнояйцевых близнецов иногда нет, различия между разнояйцевыми близнецами должны быть результатом того, что между ними различается, но не отличается у однояйцевых близнецов. Вполне разумно предположить, что разница генетическая. Итак, если IQ очень наследуется, это означает, что люди с одинаковыми генами имеют одинаковый IQ, а люди с разными генами имеют относительно разные IQ.

Проблемы возникают при рассмотрении того, что не означает наследственность. Обсуждая анализ роста однояйцевых и однояйцевых близнецов, поведенческий генетик Роберт Пломин обнаружил, что результаты показали, что наследуемость роста составляет 90 процентов. Это часто неверно истолковывают, поскольку это вовсе не означает, что рост людей на 90 процентов определяется генетикой, а на 10 процентов — окружающей средой.

Оценка наследуемости не является мерой важности генов в формировании признака или степени изменения признака под влиянием окружающей среды.Статистика наследуемости никоим образом не отражает относительную важность генов в объяснении признаков. Оценки наследуемости отражают только то, что вызывает вариацию признаков; они ничего не говорят о причинах самих черт.

Вариация и причинно-следственная связь

Если это кажется довольно запутанным — хорошо! Вы находитесь на пути к пониманию наследственности. Существует важное значимое различие между объяснением различий между чертами и объяснением причинной связи этих черт.Подумайте о снежинках и предположите, что для образования снежинок необходимы как высокая влажность, так и низкие температуры. Таким образом, если в определенный день влажность очень высокая на Северном полюсе и очень низкая на Южном полюсе, снег будет падать только на Северном полюсе. Это может полностью объяснить разницу в количестве снегопадов между Северным и Южным полюсами в тот день. Однако такой учет отклонений не следует рассматривать как означающий, что низкая температура не играет роли в возникновении снега; очевидно, что температура является очень важным фактором.Когда фактор не меняется в зависимости от ситуации, он не может объяснить различия в результатах в этих ситуациях, но это не означает, что этот постоянный фактор не важен в возникновении результата.

Итак, учет вариации мало что говорит нам о причинно-следственной связи. Возможно, это также верно при объяснении наших качеств. Очень возможно, что на генетические факторы приходится 90 процентов различий в росте людей, но это не означает, что генетические факторы обязательно более важны, чем факторы окружающей среды, в формировании роста людей.

Двадцать пять лет назад ученый Ричард Левонтин разработал информативную демонстрацию, чтобы продемонстрировать это. Представьте себе посадку обычных, генетически разнообразных семян в две совершенно разные среды, а затем позволить им вырасти на полную высоту. Одна среда очень бедна, в ней едва хватает света, питательных веществ и воды для выживания. Другая среда обогащена идеальным количеством света, воды и питательных веществ. Все различия в высоте внутри каждого лотка должны быть связаны с генетическим разнообразием семян, поскольку семена развивались в идентичных средах, и поэтому наблюдаемые различия в высоте растений в лотке не могут быть объяснены различными факторами окружающей среды.Таким образом, независимо от среды, в которой росли растения, наследуемость составляет 1 или 100 процентов в пределах каждого лотка. Тем не менее, очевидно, что факторы окружающей среды играют большую роль в каждом отдельном лотке, поэтому даже если наследуемость составляет 100 процентов, среда может иметь очень сильное влияние на появление признака.

Еще раз скажем: поскольку среда для семян в каждом лотке идентична, генетическое разнообразие семян должно учитывать наблюдаемые различия в высоте, поэтому наследуемость в каждом лотке очень высока, вероятно, близка к 1.Тем не менее, наследственность между лотками очень низкая, поскольку среды настолько разнородны, а генетический материал похож. Наблюдаемая большая разница в высоте между лотками связана с различиями в окружающей среде.

Понимание

Кривая колокола

Еще один пример, на этот раз от Стивена Джея Гулда, поучителен. Подумайте об относительном росте мужчин в бедной деревне в слаборазвитой стране 100 лет назад. Средний рост этих недоедающих мужчин может составлять 5 футов 2 дюйма.Наследственность наблюдаемых высот в этом конкретном обществе может быть довольно высокой; мужчины с высокими отцами в среднем значительно выше мужчин с низким отцом. Однако это не означает, что программа улучшения санитарии и питания не смогла значительно повысить средний рост этой группы за несколько поколений.

Это отражает одну из многих существенных ошибок, сделанных Хернштейном и Мюрреем в скандальной книге 1994 года The Bell Curve . Ошибка состоит в том, чтобы предположить, что генетическая изменчивость, которая может объяснить вариацию внутри группы, также является причиной вариации между группами.Обратное также верно. Даже если наследуемость признака равна 0, на нее все равно могут сильно повлиять генетические факторы.

Представьте, что вы взяли связку генетически идентичных семян (при необходимости клонированных) и рассыпали их по разным типам почвы. Все вариации в высоте растений могут быть объяснены окружающей средой (поскольку семена генетически идентичны), поэтому наследуемость высоты здесь равна 0. Тем не менее, никто не может разумно утверждать, что генетическая информация в семенах не имеет никакого эффекта. на высоте растений.(Сравните семена одуванчика и семена секвойи Калифорнии.)

Таким образом, на черту могут существенно повлиять генетические факторы, даже если она вообще не передается по наследству. Если как полностью наследуемые, так и полностью ненаследуемые признаки могут быть существенно затронуты экологическими и генетическими факторами, то чем они отличаются? С точки зрения того, в какой степени окружающая среда и гены могут влиять на черты характера, разницы нет. Оценки наследственности ничего не говорят нам о том, как генетические факторы и факторы окружающей среды влияют на черты.Поэтому помните, что когда кто-то может упомянуть или сообщить, что IQ в высшей степени наследуется; это не означает и не подразумевает, что ресурсы окружающей среды не должны использоваться для повышения показателей IQ. Сказать, что высокие оценки наследуемости IQ менее подвержены влиянию окружающей среды, неверно. Это неверно, потому что вмешательство окружающей среды может сильно повлиять даже на максимально наследуемые черты.

Полезность оценок наследуемости

Таким образом, вы можете спросить, в чем смысл оценок наследуемости.Ответ заключается в том, что они могут оценить источники различий между людьми, но только для определенной группы населения, в определенное время и в определенных обстоятельствах. Оценки наследуемости не могут быть обобщены, потому что по мере изменения ситуации оценки могут кардинально измениться.

Чтобы проиллюстрировать это, снова подумайте о снегопаде. При сравнении различий в снегопадах между Северным и Южным полюсами важна относительная влажность. Тем не менее, при сравнении снегопадов в различных местах влажной горной страны недалеко от экватора влажность теперь практически бессмысленна для объяснения различий.В этом случае разница температур объясняет изменение снежного покрова.

Обзор концепции

Теперь вернемся к утверждениям истина / ложь из начала этой статьи:

1. Если у человека есть расстройство с наследуемостью 1, то он будет страдать от этого расстройства. Это утверждение определенно неверно. Рассмотрим, например, болезнь фенилкетонурию (ФКУ), наследуемость которой равна 1. Это может привести к умственной отсталости, но ее можно предотвратить, если исключить фенилаланин из рациона человека при рождении и если человек соблюдает свою диету. очень осторожно.

2. Наследственность наличия пальцев на каждой руке равна 1 или близка к 1. Это утверждение также неверно. Наследственность наличия пяти пальцев на каждой руке очень низка, близка к 0. Это связано с тем, что источником вариации здесь обычно является экология на ранней стадии из-за тератогенов, а у взрослых — из-за несчастных случаев.

3. Наследственность и унаследованный почти противоположны по смыслу. Это утверждение верно.Хотя может показаться, что наследственность отражает то, насколько унаследована черта, это совсем не так. На самом деле это парадоксально. Чем более наследуемая черта, тем менее наследуема она. Так что, если либеральный истеблишмент когда-либо заставит школы стать относительно равными с точки зрения помещений, материалов и преподавательского состава, то наследуемость достижений учащихся возрастет. Хотя может показаться, что унаследованные события в значительной степени наследуются, это не так.

4. В Америке середины 1950-х годов наследственность сережек была очень высока.Это утверждение тоже верно. Вещи, которые кажутся очень ненаследуемыми, могут иметь высокие оценки наследуемости. Пятьдесят лет назад, когда серьги носили практически только женщины, наследственность сережек была очень высока. Это связано с тем, что определенные гены обычно обнаруживаются у тех, кто носит серьги, но не встречается у тех, кто носит серьги. Поскольку оценки наследуемости являются корреляционными, они ничего не говорят нам о том, что вызывает поведение. Ген, присутствие которого коррелирует с ношением сережек, не обязательно играет прямую роль в возникновении такого поведения.

5. Наследственность однояйцевых близнецов равна 1. Это утверждение неверно. Фактически, однояйцевые близнецы имеют наследуемость 0, поскольку любые вариации в их поведении не могут быть объяснены генетическими различиями. (Я знаю, что некоторые однояйцевые близнецы не полностью генетически идентичны, но это тема для другой статьи.)

6. По мере того, как окружающая среда становится более похожей для людей с очень разной наследственностью, наследственность возрастает.Это утверждение верно. Это потому, что по мере того, как окружающая среда становится более похожей, они становятся менее источником вариаций для людей.

7. Наследственность группы людей с относительно схожей наследственностью в очень разных средах относительно невысока. Это утверждение также верно. Это связано с тем, что по мере того, как наследственность становится более похожей, она становится все меньше источником вариаций для людей в группе. Подводя итог: всегда важно помнить, что понятие наследуемости и вопрос изменчивости совершенно не связаны.

Дополнительная литература

Гулд, Стивен Джей. «Curveball». New Yorker 28 (ноябрь 1994 г.): 139-149.

Гриффин, Г. А. Элмер, Дайан Халперн, Фрэнк Миле, Винсент М. Сарич, Майкл Шермер и Кэрол Таврис. Различные статьи в Skeptic 3 (1995) на тему «Раса и интеллект: что скрывается за колоколообразной кривой?»

Мур, Дэвид. Зависимый ген: ошибка природы против воспитания . Нью-Йорк: W.H. Freeman and Co., 2001.

Пломин, Роберт. Природа и воспитание: введение в поведенческую генетику человека . Стэмфорд, Коннектикут: Уодсворт, 1996.

Ридли, Мэтт. Гибкий ген: как природа меняет природу . (Первоначально опубликовано в твердом переплете как Nature via Nurture: Genes, Experience, and What Makes Us Human .) New York: Perennial, 2004.

Алан Фельдман преподает психологию AP в средней школе Perth Amboy High School в Перте Амбой, штат Нью-Джерси.Он ветеран многочисленных летних программ по психологии, читал экзамен AP Psychology Examination с момента его создания в 1992 году, является консультантом AP по психологии в Совете колледжа, а в настоящее время входит в состав Комитета по развитию психологии AP. Он также является дополнительным инструктором в Колледже округа Миддлсекс в Эдисоне, штат Нью-Джерси, где преподает вводные курсы, курсы развития ребенка, социальной и ненормальной психологии.