유전 건축

Genetic architecture

유전자 구조는 표현형질의 근본적인 유전적 기초와 그 변이적 특성이다.[1] 양적 특성에 대한 표현 편차는 가장 기본적인 수준에서 양적 특성 로키(QTL)에서 알레르기를 분리하는 결과물이다.[2] 환경적 요인 및 기타 외부 영향도 표현 편차에서 역할을 할 수 있다. 유전자 구조는 유전자와 알레르기에 관한 정보, 알레르기와 돌연변이 효과의 분포, 플리오트로피, 지배력, 인식의 패턴에 근거하여 주어진 개인에 대해 설명할 수 있는 넓은 용어다.[1]

유전자 구조에 대한 몇 가지 다른 실험적인 관점이 있다. 일부 연구자들은 다양한 유전적 메커니즘의 상호작용이 믿을 수 없을 정도로 복잡하다는 것을 인정하지만, 이러한 메커니즘들이 평균화되고 통계적 소음처럼 다소 덜 치료될 수 있다고 믿는다.[3] 다른 연구자들은 각각의 모든 유전자의 상호작용이 중요하며 진화 유전자에 대한 이러한 개별적인 체계적 영향을 측정하고 모형화할 필요가 있다고 주장한다.[1]

적용들

Genotype-Phenotype Map
추가 플리오트로피 효과만 보여주는 매우 간단한 유전자형-문양 맵.

유전적 구조는 많은 다른 수준에서 연구되고 적용될 수 있다. 가장 기본적이고 개별적인 수준에서, 유전자 구조는 개인, 종, 그리고 개체군 사이의 차이에 대한 유전적 근거를 설명한다. 여기에는 다른 세부사항들 중에서도 특정 표현형식에 얼마나 많은 유전자가 관여하고 있는지와 인식과 같은 유전자 상호작용이 그 표현형에 어떤 영향을 미치는지 등이 포함될 수 있다.[1] 선 교차 분석과 QTL 분석을 사용하여 이러한 차이를 연구할 수 있다.[2] 이것은 아마도 유전적 구조가 연구되는 가장 흔한 방법일 것이며, 정보의 일부를 제공하는 데 유용하지만, 일반적으로 유전적 구조 전체의 완전한 그림을 제공하는 것은 아니다.

유전자 구조는 또한 인구의 진화를 논하는 데 사용될 수 있다.[1] R.A.에서 개발한 것과 같은 고전적인 정량적 유전학 모델. 피셔는 다른 유전자의 기여와 그들의 상호작용 측면에서 표현형의 분석에 기초한다.[3] 유전자형 구조는 유전자형과 표현형 사이의 관계를 그래픽으로 묘사하는 유전자형-문양형 지도를 사용하여 연구되기도 한다.[4]

유전적 구조는 진화론을 이해하는 데 매우 중요한데, 왜냐하면 그것은 그 기초적인 유전적 용어에 표현적 변동을 기술하고, 따라서 우리에게 이러한 변동의 진화적 잠재력에 대한 단서를 주기 때문이다. 그러므로 유전적 구조는 우리가 분화, 성별과 재조합의 진화, 소인구의 생존, 교배, 질병의 이해, 동물과 식물 번식 등에 관한 생물학적 질문에 대답하는 데 도움을 줄 수 있다.[1]

진화 가능성

진화의 가능성은 말 그대로 진화의 능력으로 정의된다. 유전학의 관점에서 진화 가능성은 잠재적으로 적응할 수 있는 유전적 변형을 생산하고 유지하는 유전적 시스템의 능력이다. 유전적 구조의 몇 가지 측면은 자율성, 돌연변이성, 조정성, 인식성, 플리트로피, 다생성, 강건성 등 시스템의 진화가능성에 강하게 기여하는 측면이 있다.[1][2]

  • 자율성: 진화적 자율성의 잠재력을 가진 준독립적 문자의 존재.[5]
  • 돌연변이 가능성: 유전적 돌연변이가 일어날 수 있는 가능성.
  • 조정: 발달과 같은 현상, 그 동안 많은 다른 유전적 과정과 변화가 한꺼번에 일어난다.
  • 인식현상(Epistasis)은 한 유전자가 하나 이상의 "수정기" 유전자의 존재에 의존하는 현상이다.
  • 다형성(多形性)은 여러 유전자가 특정한 표현형 성격에 기여하는 현상이다.
  • 플리오트로피(Pleiotropy)는 하나의 유전자가 하나 이상의 표현 특성에 영향을 미치는 현상이다.
  • 강건성: 유전적 돌연변이에도 불구하고 일정하게 유지되는 표현형의 능력.

예

다양한 유전자형에서 발견되는 유사성과 차이점에 근거한 인간의 피부 색소 침착의 현재 표현형 변동의 기초가 되는 진화 역사에 대한 추측적 프레임워크.[6]

2006년에 발표된 한 연구는 서로 다른 인간의 피부색을 가진 유전적 구조를 비교하기 위해 혈전생식을 이용했다. 이 연구에서, 연구원들은 유전자형에서 발견한 유사성과 차이점을 바탕으로 인간의 피부 색소 침착의 현재 표현형 변동에 바탕을 둔 진화 역사에 대한 추측적 틀을 제시할 수 있었다.[7] 진화 역사는 어떤 성질의 유전적 기초를 이해하는 데 있어서 중요한 고려사항이며, 이 연구는 표현형 성질의 기초 유전학에 대한 정보를 결정하기 위해 이러한 개념을 쌍으로 활용하는 첫 번째 연구 중 하나이다.

2013년 연구진은 다운증후군을 앓고 있는 환자의 선천성 심장 결함의 위험성을 파악하기 위해 게놈전역연관연구(GWAS)와 게놈전역연관연구(GWIS)를 활용했다.[8] 다운증후군은 인간 21번 염색체의 삼분해로 인한 유전적 질환이다. 다운증후군 개인의 선천성 심장결함 표현형식에 관한 현재의 가설은 21번 염색체의 기능 유전성 원소 3부와 21번 염색체와 21번 비염색체 로키 21번 유전적 변화로 인해 비정상적인 심장발달 환자가 발생한다는 것이다. 본 연구는 다운증후군 개인에서 몇 가지 선천성 심장 결함 위험 위치뿐만 아니라 다운증후군 개인에서 선천성 심장 결함의 원인이 될 수 있는 세 가지 복사 번호 변동(CNV) 영역을 확인했다.

2014년에 발표된 또 다른 연구는 정신 질환의 유전적 구조를 규명하기 위해 노력했다. 이 연구의 연구원들은 다양한 정신 질환과 관련된 기여 로키가 많이 있다고 제안했다.[9] 추가적으로, 그들은 다른 많은 사람들과 마찬가지로 정신 질환의 유전적 위험은 작은 효과를 가진 많은 일반적인 변종의 결합 효과와 관련이 있다고 제안했다. 다시 말해, 특정 로키에서 다양한 변종의 작은 영향이 합쳐져서 개인의 전체적인 표현 유형에 큰 결합 효과를 만들어 낸다. 표현형에도 큰 영향을 미치는 크고 희귀한 돌연변이가 존재한다는 점도 인정했다. 이 연구는 각각 다른 효과를 지닌 많은 다양한 SNP와 돌연변이가 함께 작용하여 주어진 표현형을 만들어 내는 예를 제공함으로써 유전적 구조의 복잡성을 보여준다.

유전자 구조에 관한 다른 연구들은 많고 다양하지만, 대부분의 연구들은 표현형 생성에 관여하는 loci에 관한 구체적인 정보를 제공하기 위해 유사한 유형의 분석을 사용한다. 2015년[10] 인체 면역체계에 대한 연구는 면역체계의 발달에 관여하는 여러 가지 로키를 확인하기 위해 동일한 일반 개념을 사용하지만, 여기서 설명한 다른 연구들과 마찬가지로 환경 영향과 같은 유전자 구조의 다른 측면들을 고려하지 못했다. 불행히도, 유전자 구조의 다른 많은 측면들은 수량화하기 어려운 상태로 남아있다.

유전 건축의 다른 측면을 탐구하려는 연구가 몇 가지 있지만, 모든 조각을 연결시켜 진정으로 포괄적인 유전 건축 모델을 구축하는 현재의 기술로는 거의 없다. 예를 들어 2003년에 유전자 구조와 환경에 대한 연구는 드로필라 멜라노가스터에서 신체 크기의 변화를 가진 사회적 환경의 연관성을 보여줄 수 있었다.[11] 그러나, 이 연구는 이러한 변동에 관련된 특정 유전자와 직접적인 연관성을 맺을 수 없었다.

참조

  1. ^ a b c d e f g Hansen, Thomas F. (2006-01-01). "The Evolution of Genetic Architecture". Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 37 (1): 123–157. doi:10.1146/annurev.ecolsys.37.091305.110224.
  2. ^ a b c Mackay, Trudy F. C. (2001-01-01). "The Genetic Architecture of Quantitative Traits". Annual Review of Genetics. 35 (1): 303–339. doi:10.1146/annurev.genet.35.102401.090633. PMID 11700286.
  3. ^ a b Fisher, R. A. (1930-01-01). The Genetical Theory Of Natural Selection. At The Clarendon Press.
  4. ^ Stadler, Peter F.; Stadler, Bärbel M. R. (2015-04-14). "Genotype-Phenotype Maps". Biological Theory. 1 (3): 268–279. CiteSeerX 10.1.1.7.2128. doi:10.1162/biot.2006.1.3.268. ISSN 1555-5542. S2CID 520209.
  5. ^ Lewontin, R. C. (1978-09-01). "Adaptation". Scientific American. 239 (3): 212–218, 220, 222 passim. Bibcode:1978SciAm.239c.212L. doi:10.1038/scientificamerican0978-212. ISSN 0036-8733. PMID 705323.
  6. ^ Deng, Lian; Xu, Shuhua (15 June 2017). "Adaptation of human skin color in various populations". Hereditas. 155 (1): 1. doi:10.1186/s41065-017-0036-2. ISSN 1601-5223.
  7. ^ McEvoy, Brian; Beleza, Sandra; Shriver, Mark D. (2006-10-15). "The genetic architecture of normal variation in human pigmentation: an evolutionary perspective and model". Human Molecular Genetics. 15 (suppl 2): R176–R181. doi:10.1093/hmg/ddl217. ISSN 0964-6906. PMID 16987881.
  8. ^ Sailani, M. Reza; Makrythanasis, Periklis; Valsesia, Armand; Santoni, Federico A.; Deutsch, Samuel; Popadin, Konstantin; Borel, Christelle; Migliavacca, Eugenia; Sharp, Andrew J. (2013-09-01). "The complex SNP and CNV genetic architecture of the increased risk of congenital heart defects in Down syndrome". Genome Research. 23 (9): 1410–1421. doi:10.1101/gr.147991.112. ISSN 1549-5469. PMC 3759718. PMID 23783273.
  9. ^ Gratten, Jacob; Wray, Naomi R.; Keller, Matthew C.; Visscher, Peter M. (2014-06-01). "Large-scale genomics unveils the genetic architecture of psychiatric disorders". Nature Neuroscience. 17 (6): 782–790. doi:10.1038/nn.3708. ISSN 1546-1726. PMC 4112149. PMID 24866044.
  10. ^ Roederer, Mario; Quaye, Lydia; Mangino, Massimo; Beddall, Margaret H.; Mahnke, Yolanda; Chattopadhyay, Pratip; Tosi, Isabella; Napolitano, Luca; Terranova Barberio, Manuela (2015-04-09). "The Genetic Architecture of the Human Immune System: A Bioresource for Autoimmunity and Disease Pathogenesis". Cell. 161 (2): 387–403. doi:10.1016/j.cell.2015.02.046. ISSN 0092-8674. PMC 4393780. PMID 25772697.
  11. ^ Wolf, Jason B. (2003-04-15). "Genetic architecture and evolutionary constraint when the environment contains genes". Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (8): 4655–4660. doi:10.1073/pnas.0635741100. ISSN 0027-8424. PMC 153611. PMID 12640144.

외부 링크