Eksperimentinis tyrimas suteikia naujų įžvalgų apie paveldimų bruožų genetiką

USC ir Stanfordo universitetų tyrėjai, pasitelkę novatorišką eksperimentinį modelį, apimantį 240 000 alaus mielių atmainų, kilusių iš dviejų bendrų „tėvų“, paskelbė naują tyrimą, kuriame pateikiama įžvalga apie paveldimų savybių genetinį pagrindą. Šios išvados, paskelbtos kovo 18 d Gamtos komunikacijosgali būti svarbi nauja priemonė klinikiniams, biologiniams ir žemės ūkio reikmėms.

Tyrimo pagrindas yra ryšys tarp adityvių genetinių poveikių, kai du ar daugiau genetiniai žymenys dėl tos pačios savybės susijungus susidaro matomas bruožas, arba fenotipas – ir be priedų. Pastarieji genetiniai poveikiai, dominavimas ir epistazė, atitinkamai užmaskuoja arba modifikuoja kitų genetinių žymenų poveikį formuojant fenotipą. Kartu šie trys efektai lemia, kaip genotipas išreiškiamas kaip fenotipas.

Pagrindinis priedų modelis, kaip kelis genetiniai veiksniai sukelti paveldėtus bruožus nepasikeitė per šimtmetį. Tačiau mokslininkai dabar gali ištirti genetinių žymenų vaidmenį demonstruojant, mažinant ar modifikuojant fenotipus precedento neturinčiame gylyje, nes eksponentiškai didėja sekos nustatymo technologija ir skaičiavimo galia. Pasak USC biologijos mokslų docento ir tyrimo bendraautorio Ian Ehrenreich, šios naujos įžvalgos nebūtų įmanomos prieš dešimtmetį.

„Šis tyrimas ir kiti šiuo metu vykstantys tyrimai rodo, kad senasis priedų modelis veikė gerai, tačiau turi tam tikrų didelių problemų“, – sakė jis. “Tai nėra labai efektyvu, jei norite nuspėti, koks bus konkretaus individo fenotipas. Kodėl? biologines sistemas dažnai nesielgia kaip paprasti statistiniai modeliai.

“Biologinės sistemos yra sudarytos iš genų, kurie veikia kartu. Kai pakeičiate kelis genus, dažnai atrodo, kad poveikis nėra adityvus, kaip rodo senasis modelis. Mūsų darbas rodo, kad net ten, kur aleliai yra heterozigotiniai arba paveldėti genai t nesutampa tame pačiame individe – jie elgsis kitaip nei tikėtasi dėl polimorfizmų ar mutacijų, kurios yra kituose organizmo lokusuose.

Keletas didelio poveikio genetinių veiksnių daro didelę įtaką matomoms savybėms

Tyrime svarbiausia yra 240 000 atskirų diploidinių Saccharomyces cerevisiae arba alaus mielių padermių. Tyrėjai panaudojo chromosomų koduotą dvigubo brūkšninio kodo sistemą, kad sukurtų ir įvertintų padermių, sugrupuotų į šimtus šeimų, tinkamumą – tai daugiau nei ketverių metų darbo rezultatas.

Grupė rado tūkstančius genetinių žymenų arba lokusų, „įskaitant bent ženklą daugiau genetinės sąveikos, nei buvo atrasta ankstesnių mielių kryžminimo metu“. Rezultatai parodė, kad fenotipinius pokyčius daugiausia lemia keletas pagrindinių lokusų, turinčių didelį priedų ir dominavimo poveikį. Net ir esant esminiam jų vaidmeniui, genetinis fonas – visi kiti individe esantys lokusai – dėl genetinės sąveikos gali pakeisti arba net visiškai užmaskuoti jų poveikį. Autoriai pažymėjo, kad “mielių paveldimos savybės yra genetiškai sudėtingesnės, nei buvo vertinamos anksčiau”.

„Mūsų darbas patvirtina prielaidą, kad, kiek įmanoma, sutelkiant dėmesį į glaudžiau susijusių asmenų grupes, tokias kaip čia tiriamos šeimos, gali padidėti statistinė galia ir tikslumas, palyginti su didesnės įvairovės populiacijomis“, – rašė autoriai. “Genetinės įžvalgos, gautos iš šių glaudžiau susijusių grupių, gali būti panaudotos siekiant informuoti genetinę architektūrą apie įvairesnių populiacijų bruožus, kuriuose daugelis svarbių genetinių poveikių kitu atveju gali būti paslėpti.”

Autoriai pripažįsta, kad pagrindinis genetinio fono vaidmuo fenotipinei variacijai „greičiausiai trukdys pastangoms numatyti fenotipą pagal genotipą“. Tačiau atradimas, kad didelio poveikio lokusai labai paveikė vienas kitą ir gali lemti daugelį, jei ne daugumą, genetinių poveikių, gali būti pažadas kitų sričių tyrėjams.

Klinikiniai individualizuotos medicinos tyrimai priklauso nuo to, ar bus nuspėjama, kaip genomai sukuria bruožus. Žemės ūkyje augalų ir gyvulių, kurie yra produktyvūs įvairiose pasaulio dalyse, vystymas (kuris gali prastėti) yra neatidėliotinas poreikis klimato kaitos apimtame pasaulyje. Šis naujas tyrimas suteikia mokslininkams sudėtingesnį supratimą apie tai, kaip taikyti tikslią mediciną, sausrai atsparius augalus ir padidinti pasėlių produktyvumą.

„Žemės ūkis istoriškai veikė – imamasi skirtingų padermių, sujungiant jų polimorfizmus į naują atmainą ir bandant išsiaiškinti, ar tai geriau nei anksčiau“, – sakė Ehrenreichas. „Mūsų tyrimas suteikia įžvalgų apie taisykles, pagal kurias tai gali veikti.

„Natūrali atranka priklauso nuo genetinės populiacijos variacijos – kaip tai yra natūrali atranka veikia pagal variaciją? Poveikių tipai, kuriuos aprašome šiame tyrime, iš esmės slopina natūralios atrankos gebėjimą, nes jei kai kurių individų polimorfizmas nėra matomas arba kai kuriems jis sustiprėja, bet ne kitiems, tai pakeis tai, kaip natūrali atranka gali veikti tuos individus. variantai“.