Məlumat

Fenotip xəritəsinə və G-matrisə genotip

Fenotip xəritəsinə və G-matrisə genotip


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Tutaq ki, $ mathbf {Z} $ matrisi ilə təyin olunan bir genotip-fenotip xəritəm var:

$ G, P $ skalarları müvafiq olaraq genotiplərin və xüsusiyyətlərin sayını ifadə edir. Xəritə, $ z_ {ij} $ $ i $ genotipinin bir fərdinin $ j $ xüsusiyyətinə görə kəmiyyət ölçüsü olduğu bir sıra genotiplərə (satırlara) bir sıra fenotipik əlamətlər (sütunlar) təyin edir. Mən kəmiyyət genetika nəzəriyyəsindən istifadə etməyi və tənliyi tərtib etməyi təklif edərək, fenotipik əlamətlərin hər birinin orta dəyərinin zamanla necə dəyişdiyini bilmək istəyirəm.

$ Delta bar { boldsymbol {z}} = mathbf {G} mathbf {P}^{-1} mathbf {s} $,

burada, $mathbf{G}$ əlavə genetik dispersiya kovariasiya matrisidir, $mathbf{P}$ fenotipik dispersiya kovariasiya matrisidir və $mathbf{s}$ uyğunluqla hər bir əlamətin kovariasiya vektorudur. Populyasiyada fərqli genotiplərin tezliklərini bildiyimi düşünün.

sual 1 Təkcə genotip-fenotip xəritəsindən (və pop tezliyindən) əlavə genetik variasiya-kovarians matrisini tərtib edə bilərəmmi? Diqqət edin, əsas genetik model haqqında heç bir şey bilmirəm - hər bir genotipi təmsil edən lokusların sayı, dominantlıq quruluşu, epistatik qarşılıqlı təsirlər və s.

Sual 2 Əgər genotiplərin haploid fərdləri təmsil etdiyini fərz etsəm, bu, hər şeyi dəyişirmi? Bir haploid modeldə əlavə genetik varyans həmişə fenotipik varyansa (ətraf mühitə heç bir təsir etmədən) bərabərdirmi? Başqa sözlə $ mathbf {G} mathbf {P}^{-1} = mathbf {I} $ edir? Düşündüyüm şey, epistatik varyansın şeylərə təsir edə biləcəyini, ancaq $ mathbf {G} mathbf {P}^{-1} $ olan bir haploid modeldə irsiyyətə təsir etməməlidir.


Feno-geno xəritəsindən və genotiplərin tezliyindən, əhalinizdə fenotiplərin bütün paylanmasına sahibsiniz. $ N $, $ P_n $ fenoype ortalamasıdır

$$ bar P_n = sum f_ {G_i} P_ {G_i} $$

burada $ f_ {G_i} $, $ G_i $ genotipinə sahib olan şəxslərin nisbətləridir və $ P_ {G_i} $, $ G_i $ genotipinə malik olan şəxslərin fenotipidir. Buna görə $ P_n $ -ın dispersiyasıdır

$$var(P_n) = sum f_{G_i} (P_{G_i} - ar P_n)^2$$.

$ N $ və $ m $ fenotipik xüsusiyyətlər arasındakı kovariansdır

$$ cov (P_n, P_m) = cəmi f_ {G_i} (P_ {G_i} - bar P_n) (P_ {G_i} - bar P_m) $$

Sizə lazım olan yeganə fərziyyə ətraf mühitin dəyişməsinin olmamasıdır. Yuxarıdakı hesablamaların başqa bir fərziyyə tələb etdiyini düşünmürəm. $ G $ haploid və ya diploid mərhələdə müəyyən edilə bilər, heç nəyi dəyişmir.

Yuxarıdakı hesablamalar sizə genetik varyans və kovaryans verir, lakin əlavə genetik varyans kovaryansını vermir. Düşünürəm ki, (amma səhv edə bilərəm) əlavə genetik variasiya bərabər olacaq

$$ sigma_D^2 = sum_i f_i^2 (1 -f_i)^2 (2 cdot P_ {n, i, 12} - P_ {n, i, 11} - P_ {n, i, 22}) ^2 $$

$$ sigma_A^2 = sum_i 2f_i (1-f_i) (f_iP_ {n, i, 11}+(1-2f_i) P_ {n, i, 12}-(1-f_i) P_ {n, i, 22})^2 $$

, burada $ f_i $, $ i $ lokalında $ A $ allelinin tezliyidir (bu məlumatları geno-feno xəritə matrisinizi yenidən formatlayaraq əldə etməlisiniz) və $ P_ {n, i, 11} $, $ P_ { n, i, 12} $ və

$$ P_ {n, i, 22} = frac {1} {l-1} sum_j P_ {n, i, j, 22} $$

$ 22^genotipi və $ i $ lokusu üçün $ n^{th} $ fenotipik xüsusiyyətidir və bütün digər genotiplər üzərində ortalamadır. Ümumilikdə $ l $ genotipi var. Əlbəttə ki, bu, yalnız biallelik lokuslar üçün işləyir. Daha çox allel üçün bunun necə görünəcəyini bilmirəm.


Genotip-fenotip xəritələrinin struktur xüsusiyyətləri

Genotip və fenotip arasındakı xəritə biologiya üçün əsasdır. Bioloji məlumatlar genotip şəklində saxlanılır və ötürülür və fenotip şəklində ifadə olunur. Getdikcə artan ədəbiyyatlar geniş spektrli genotip-fenotip (GP) xəritələrini araşdırdı və bir çox GP xəritələri tərəfindən paylaşılan bir sıra xüsusiyyətlər təyin etdi. Bu xassələr, genotiplərin nöqtə-mutasiya şəbəkəsi üzrə fenotiplərin paylanmasının xassələri olması mənasında “strukturdur”. Bunlara aşağıdakılar daxildir: genotiplərin çoxluğu, yəni bir çox genotiplərin eyni fenotiplərə uyğunluğu, hər bir fenotip üzrə genotiplərin sayının yüksək dərəcədə qeyri-bərabər paylanması, fenotiplərin yüksək möhkəmliyi və bir qrup daxilində çoxlu sayda yeni fenotiplərə çatmaq qabiliyyəti. az sayda mutasiya mərhələləri. Digər mühüm xüsusiyyət fenotiplərin möhkəmliyi və təkamül qabiliyyətinin müsbət əlaqədə olmasıdır. Bu araşdırmada, bu struktur xüsusiyyətlərinə xüsusi diqqət yetirərək GP xəritələrinin öyrənilməsinə ümumi bir baxış verirəm və bu xüsusiyyətlərin niyə yarandığını izah etməyə çalışan bir modeli və GP xəritələrinin quruluşunun bəzi əsas yollarını müzakirə edirəm. təkamül nəticələrinə təsir edə bilər.

Açar sözlər: RNT ikincil quruluş evolvability genotip neytral təkamül fenotip möhkəmlik.

Maraqların toqquşması bəyanatı

Rəqabət edən maraqlarım olmadığını bəyan edirəm.

Rəqəmlər

Üç GP -nin nümunəsi ...

Üç GP xəritəsinin təsviri. ( a ) RNT ikincil quruluşu [18,19],…

Üç əsas struktur xüsusiyyətləri...

Sadə bir şəbəkədə təsvir edilmiş GP xəritələrinin üç əsas struktur xüsusiyyətləri...

Əlaqələrin sxematik təsviri...

Fenotipik möhkəmlik və fenotipik tezlik arasındakı əlaqənin sxematik təsviri ...

Aralarındakı əlaqənin təsviri…

Sağlamlıq və təkamül qabiliyyəti arasındakı əlaqənin təsviri, hansılar üçün müəyyən edilə bilər ...


Mücərrəd

Dərman metabolizə edən fermentlərin sitokrom P450 (CYP450) superfamilyasındakı genetik dəyişikliklər, farmakokinetikada şəxsdən insana və əhali arasında əhəmiyyətli fərqlər və genişləndirici olaraq, dərmanların çox dəyişkən klinik təsirləri verir. Bu kontekstdə “fərdiləşdirilmiş tibb”, “dəqiq tibb” və “stratifikasiyalı tibb” sağlamlıq müdaxilələrinin təhlükəsizliyini və effektivliyini artırmağa yönəlmiş, mahiyyətcə hədəflənmiş terapevtik və müşayiətedici diaqnostikaya aid edilən əlaqəli anlayışlardır. Burada, bildiyimiz qədər, Ekvador əhalisi nümunəsində, dərman metabolizmasında iştirak edən beş əsas CYP450 -nin ilk müqayisəli klinik farmakogenomik tədqiqatını təqdim edirik: CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 və CYP3A4. 139 əlaqəsi olmayan, dərmansız və sağlam Ekvador subyektində biz CEIBA multipleksləşdirilmiş fenotipləşdirmə kokteylindən istifadə edərək bu dərman metabolizmi yollarının fenotipik aktivliyini ölçdük. Subyektlər hər bir CYP450 enzim geni üçün də genotiplənmişdir. Xüsusilə, genotip məlumatları ilə təxmin edilən CYP450 metabolik fenotiplərinə əsasən, subyektlərin müvafiq olaraq 0,75%-i və 3,10%-i CYP2C19 və CYP2D6 üçün genotipik zəif metabolizatorlar (gPM) olmuşdur. Əlavə olaraq, digər ekstremalda, genotiplə təxmin edilən ultra sürətli metabolizatorun (gUMs) fenotipi CYP2C19-un 15,79%-i və CYP2D6-nın 5,43%-i ilə təmsil olunub. Bununla belə, birbaşa ölçülən fenotiplər (mPMs və mUMs) ilə yuxarıdakı genotiplə təxmin edilən ferment fenotipləri arasında əhəmiyyətli uyğunsuzluq var idi. Məsələn, genotipik olaraq aktivlik allelləri (GUM) daşıyan fərdlər arasında, bir çoxları daha aşağı göstərdi faktiki narkotik maddələr mübadiləsi qabiliyyəti, genotipləri ilə gözlədiklərindən daha aşağı, hətta aktivliyi allelləri olan şəxslərdən daha aşağıdır. Yekun olaraq, Ekvador populyasiyasında fərdiləşdirilmiş tibb üçün biz tək CYP450 genotipik testləri deyil, CYP450 multipleksləşdirilmiş fenotipləşdirməni və ya tandemdə genotip və fenotipləşdirməni tövsiyə edirik. Əlavə olaraq, qlobal elmdə ədalətlilik, etik və inklüziv təmsilçiliyi nəzərə alaraq, dünya miqyasında diqqətdən kənarda qalmış və ya az öyrənilmiş populyasiyalara dəstək üçün daha dəqiq tibb tədqiqatları və maliyyələşdirməni tövsiyə edirik.


Hakimiyyət Qanunu

Homoziqot və heterozigot orqanizmlər haqqında müzakirəmiz bizi niyə hər iki alleli ifadə etməkdənsə, F1 heterozigot nəslinin valideynlərdən biri ilə eyni olduğuna gətirib çıxarır. Bütün yeddi peaplant xüsusiyyətlərində iki ziddiyyətli alleldən biri dominant, digəri isə resessiv idi. Mendel, dominant allelə ifadə olunan vahid faktorunu çağırdı, resesif allelə latent vahid faktoru deyilirdi. İndi bilirik ki, bu vahid faktorlar əslində homolog xromosomların genləridir. Dominant və resessiv formada ifadə olunan gen üçün homozigot dominant və heterozigot orqanizmlər eyni görünəcəklər (yəni fərqli genotiplərə malik olacaqlar, lakin eyni fenotipə malik olacaqlar) və resessiv allel yalnız homozigot resessiv fərdlərdə müşahidə olunacaq.Cədvəl 1).

Cədvəl 1: Dominant resessiv xarakteristikaya görə genotip və fenotip arasında uyğunluq.

Homozigot Heterozigot Homozigot
Genotip YY Yy yy
Fenotip sarı sarı yaşıl

Mendelin hökmranlıq qanunu bir heterozigotda bir xüsusiyyətin eyni xüsusiyyət üçün başqa bir xüsusiyyətin varlığını gizlədəcəyini bildirir. Məsələn, həqiqi damazlıq bənövşəyi çiçəkli bitkiləri həqiqi damazlıq ağ çiçəkli bitkilərlə kəsişdirərkən, bütün nəsillər bənövşəyi çiçəkli idi, baxmayaraq ki, onların hamısında bənövşə üçün bir allel və ağ üçün bir allel var idi. Fenotipə töhfə verən hər iki allel əvəzinə, dominant allel yalnız ifadə ediləcəkdir. Resessiv allel gizli qalacaq, ancaq dominant alelin ötürülməsi ilə eyni şəkildə nəsillərə ötürüləcəkdir. Resessiv xüsusiyyət yalnız bu allelin iki nüsxəsi olan nəsillər tərəfindən ifadə ediləcəkdir (Şəkil 6) və bu nəsillər öz-özünə çarpazlaşdıqda əsl yetişəcəklər.

Şəkil 6: Burada insanlarda ifadə olunan albinizm üçün allel resessivdir. Bu uşağın hər iki valideyni resessiv allel daşıyırdı.


Giriş seçimləri

1 il ərzində tam jurnal girişi əldə edin

Bütün qiymətlər NET qiymətləridir.
ƏDV sonradan hesaba əlavə olunacaq.
Vergi hesablanması ödəniş zamanı yekunlaşacaq.

ReadCube-da vaxt məhdud və ya tam məqaləyə giriş əldə edin.

Bütün qiymətlər NET qiymətləridir.


Müzakirə

Bu tədqiqatın əsas nəticələrini aşağıdakı kimi yekunlaşdırmaq olar: (i) Yüksək VA/VG F -də müşahidə olunan nisbətlər2 xaçlar bir allel-tezlik izahı ilə hesablanmır (ii) Təsadüfi bir GP xəritəsi ilə Hill tərəfindən istifadə olunan U şəkilli alel-tezlik paylanması və s. (2008) yüksək səviyyəli əlavə dispersiyanı təmin etmir (şək. 1) (iii) Çoxlokuslu təsadüfi GP xəritəsində yalnız bir neçə lokus üçün nizamın qorunmasının tətbiqi yüksək səviyyələri təmin etmək üçün kifayət qədər məhdudiyyətdir. VA/VG aralıq allel tezlikləri olan populyasiyalardakı nisbətlər (iv) Gen tənzimləmə sistemlərində və metabolik sistemlərdə hər zaman mövcud olan monotonik (yəni əmr qoruyan) doza-cavab əlaqələri, ən azından bəzi lokusların sifarişin qorunmasını göstərdiyi GP xəritələrinə gətirib çıxarır. Nəticələrimiz göstərir ki, GP xəritəsindəki məhdudiyyətlərin (sifarişin qorunması kimi) güclü əlavə qabiliyyətini artıran təsirləri yüksək alel tezliyinin izahına mühüm əlavədir. VA/VG nisbətlər.

Təsadüfi GP xəritələrinin empirik olaraq yüksək dərəcədə qeyri-real ssenarisindən bioloji fikir əldə etmək üçün bir strategiya kimi istifadə etmək bu tədqiqata xas deyil (Hallgrimsdottir & Yuster, 2008 Livnat). və s., 2008). Bu cür xəritələrdən istifadə etməyimiz, proqnozlaşdırıla bilən valideyn-övlad münasibətlərinin əsasını təşkil edən əsas prinsipin genotiplərdən fenotiplərə xəritəçəkmədə monotonluq olduğunu aşkar etmək üçün əsas idi. Ancaq vurğulamalıyıq ki, işimiz eyni zamanda çoxfokuslu GP xəritələrinin xüsusiyyətləri ətrafında yeni anlayışların inkişaf etdirilməsinə ehtiyac olduğunu göstərir. Diallelik bir lokus halı üçün vəziyyət sadədir, əlavələr və mümkün gen hərəkətlərinin bütün spektrini təsvir edən müxtəlif dominantlıq dərəcələri. İki lokus halı Mendel (məsələn, təkrar dominant genlər) və Fisherian (məsələn, aşqar ilə əlavə) məktəblərinin klassik konsepsiyaları ilə yaxşı təsvir edilmişdir, nəzərdən keçirmək üçün (Phillips, 1998) baxın. İki lokuslu GP xəritələrinin formalarının 69 simmetriya sinifini müəyyən etmək üçün həndəsi bir yanaşma (Hallgrimsdottir & Yuster, 2008) istifadə edərək bu ikisini birləşdirmək üçün son bir yenilikçi cəhd də var. Bununla birlikdə, lokusların sayı artdıqda, GP xəritəsinin əsas aspektlərini daha aşağı ölçülü deskriptorlar ilə izah etməyə ehtiyac artır. Burada biz qismən genotip sıraları ilə bağlı nizam-intizamın qorunub saxlanmasına diqqət yetirdik və göstərdik ki, bu təsadüfi GP xəritələrinin müəyyənedici xüsusiyyəti, eləcə də əsas determinantdır. VA/VG aralıq allel tezliyi olan populyasiyalarda. Bu ilkin konsepsiyalara əsaslanaraq, bioloji cəhətdən məhdud GP xəritələrini təsadüfi olanlardan ayıran deskriptorları tapmaq üçün funksiyalar nəzəriyyəsi və çoxdəyişənli analizdən mövcud vasitələrdən istifadə etməklə çox şey öyrənməli olduğumuzu düşünürük.

Nijhout (2008), kəmiyyət genetikasının uzunmüddətli təkamülü proqnozlaşdıra bilməməsinin vacib bir səbəbinin, genetik və fenotipik varyasyon arasındakı əlaqənin qeyri-xətti olmasıdır. Daha dəqiq desək, bu qeyri -xətalılığın ümumi səbəbinin səbəb və nəticə arasındakı əlaqələrin, məsələn, transkripsiya aktivatorunun konsentrasiyası və transkripsiya dərəcəsinin doymuş olması və hiperbolik və ya sigmoid formaya malik olmasıdır. Nəticələrimiz göstərir ki, monotonik və doymuş doza -cavab əyriləri əslində xətti GP xəritəsinin xüsusiyyətlərini, məsələn, unimodal doza -cavab əyrilərindən daha çox qoruduğunu göstərdiyinə görə, bu konsepsiyanın müəyyən dərəcədə ixtisaslı olması lazım ola bilər. Yəni qeyri -xətti tip vacib görünür.

Transkripsiya dozasına cavab formasına diqqət yetirməyimizin səbəbi, gen ifadəsini tənzimləmək üçün əsas addımın transkripsiyanın başlanğıcında olmasıdır (Carey & Smale, 2000) və GRF forması hüceyrə davranışının əsas xüsusiyyətlərini, o cümlədən mRNT və ya zülal səviyyələrinin davamlı salınımlarını nümayiş etdirən faj lambda və ya gen şəbəkələrində lizogeniya-lizis keçidi kimi tənzimləyici açarlar (Rozenfeld) və s., 2005). Ən çox istifadə olunan təsnifat cis-gücləndiricilərə və səsboğuculara (Davidson, 2006) daxil olan tənzimləyici elementlər, mövcud molekulyar biologiyanın əsas gen tənzimləmə funksiyalarının monotonik olduğu bir konseptual modelə üzv olduğunu göstərir. Daha rəsmi olaraq, sinergiya və kooperativlik (Veitia, 2003) kimi transkripsiya mexanizminin xüsusiyyətləri sigmoidal doza-cavab əlaqələri üçün arqumentlər kimi istifadə edilmişdir. Bundan əlavə, statistik mexanikadan istifadə edərək bir sıra promotor bölgələrin ətraflı modelləşdirilməsi (Buchler və s., 2003 Bintu və s., 2005a,b ) və reaksiya kinetikası (Verma və s., 2006) eksperimental məlumatlar ilə birlikdə (Kringstein və s., 1998 Hooshangi və s., 2005 Rosenfeld və s., 2005) eyni zamanda bir çox kompleks üçün sigmoidal transkripsiya cavablarını göstərir cis- tənzimləyici qurğular. İki transkripsiya faktoru eyni geni tənzimlədikdə cis-tənzimləyici giriş funksiyası hər iki girişi bir çıxışa birləşdirməlidir və həm nəzəri olaraq göstərilmişdir (Buchler və s., 2003) və eksperimental (Yuh və s., 2001 Setty və s., 2003 İstrail və Davidson, 2005 Mayo və s., 2006) tənzimləmə ardıcıllığında kiçik dəyişikliklərlə müxtəlif Boolean funksiyaları əldə etmək olar. Ədəbiyyatda, məsələn, bir nüvənin təbliğatçısı ilə üst -üstə düşən çoxlu gücləndirici ardıcıllıqla əldə edilə bilən qeyri -monoton gen tənzimləmə funksiyalarının bəzi nümunələri də var (Ptashne və s., 1976 Wang & Warner, 1998) və ya eukaryotlarda (Kaplan) olduqca yaygın olan uyğunsuz irəli hərəkət motivləri nəticəsində və s., 2008 ).

Monte-Karlo simulyasiyalarımız göstərir ki, həm bütün lokuslara (təsadüfi GP xəritələrində tapdığımız kimi), həm də bütün lokuslara münasibətdə nizam-intizamın pozulması (bu, interlokus əlavəliliyi və həddindən artıq üstünlüyü olmayan ənənəvi kəmiyyət genetik modelləri ilə nəzərdə tutulur) ) GP xəritələri yaradan çox sadə dinamik gen tənzimləyici modellərdə belə reallaşdırmaq çətindir. Monoton GRF (eqn 15) ilə gen tənzimləyici model bu nöqtəni göstərir. Cədvəl 1-in iki birinci cərgəsindən görürük ki, polimorfizmləri maksimum istehsal nisbətləri (və ya eşikləri) ilə məhdudlaşdırsaq, hər bir gen üçün yalnız bir polimorfik parametrə icazə versək, bu, bütün məkan boyu sifarişi qoruyan GP xəritələri yaradır. Bununla belə, hər bir gen üçün birdən çox parametrdə genetik variasiya təqdim etdikdə, bunun 1-ci lokusda nizamı pozan davranışa imkan verdiyini görürük. Müxtəlif abstraksiya səviyyələrində modellərin genotip-parametr xəritəsini xarakterizə etmək böyük və vacib tədqiqat proqramıdır. özü, lakin mövcud nəzəriyyə (Bintu və s., 2005a) və empirik məlumatlar (Rosenfeld və s., 2005 Mayo və s., 2006) bu xəritədə gen tənzimləmə funksiyaları, nöqtə mutasiyalarının birdən çox parametrə asanlıqla təsir edə biləcəyini göstərir. Bu, tipik gen tənzimləyici şəbəkələrində genetik variasiyadan yaranan GP xəritələrinin monotonik gen tənzimləmə funksiyaları nəticəsində yüksək dərəcədə nizam-intizamı göstərəcəyinə dair empirik sınaqdan keçirilə bilən proqnoza gətirib çıxarır, lakin bir neçə lokus üçün sifarişin pozulması hələ də hər yerdə rast gəlinən fenomen. Sonuncu xüsusiyyət, Hill tərəfindən öyrənilən xətti metabolik yollardan yaranan GP xəritələri seriyası ilə ziddiyyət təşkil edir və s. (2008, bax cədvəl 3). Bu modellər Kacser & Burns (1981) və Keightley (1989) əsərlərindən alınmışdır. Bu çərçivədə, lokusda genotip i ferment aktivliyi təyin olunur Ei və bu fəaliyyət üçün intralokus additivliyi güman edilir. Sabit vəziyyət axını J bir fenotip olaraq və enzim kinetikası haqqında fərziyyələrin sadələşdirilməsi altında istifadə olunur (bax Bagheri & Wagner, 2004). Kimi J funksiyası olaraq artır Ei bütün digər ferment fəaliyyətlərindən asılı olmayaraq, aydındır ki, bu sinif GP xəritələri bütün lokuslara münasibətdə nizamı qoruyur. Bu, sadə metabolik sistemlərin sadə gen ifadə şəbəkələrindən yarananlardan daha çox nizam qoruyan GP xəritələrinə səbəb olduğunu göstərir və həmçinin yüksək VA/VG nisbətlər bildirildi (Keightley, 1989 Hill və s., 2008) F-də metabolik modellər üçün2 populyasiyalar.

Nəticələrimiz göstərir ki, GP xəritələri cinsi reproduksiya edən orqanizmlərdə tənzimləmə prinsipləri və ya mexanizmlərinin hərəkəti ilə nizam-intizamı qoruyur. Bu, çox geniş təkamül şəraitlərində valideyn-övlad münasibətlərini daha proqnozlaşdırıla bilən edir. Bas Kooijman, on il əvvəl bu fenomeni zərif bir şəkildə işarə etdi: 'Nə hüceyrənin, nə də modelin, istehsal nisbətini orijinal substrat sıxlığı ilə əlaqələndirmək üçün aralıq addımların dəqiq sayını bilməsi lazım deyil, yalnız əgər sonrakı ara addımların funksional cavabları olarsa. hiperbolik tipə aiddir. Əgər təkamül zamanı bir metabolik yola əlavə bir addım atılarsa, bütün zəncirin performansı onun funksional formasını dəyişməz. ”(Kooijman, 2000, s. 75). Bu additivliyi artıran prinsiplərin əsas xüsusiyyətləri həyat tarixində çox erkən ortaya çıxmış olmalıdır və təbii ki, onların ortaya çıxmasının kompleks bioloji quruluşların necə qurulacağına dair bir növ sistem zəruriliyindən qaynaqlandığı və ya yarandığı vacib bir sualdır. təbii seçmə buna cavabdehdir. Təsadüfi GP xəritələri ilə başlayaraq, Livnat və s. (2008, 2010) cinsi çoxalmanın yüksək qarışıqlığa malik allellərə üstünlük verdiyini, yəni onların genetik fonda yaxşı performans göstərdiyini və cinsin epistaz effektləri meşəsindən yuxarı qalxan əlavə təsiri olan allellər üçün seçdiyini göstərir. Bir GP xəritəsi müəyyən bir lokusa görə nizamı qoruyursa, hər bir təyinata görə yüksək performanslı allel bütün genetik mənşələrdə yaxşı işləyir. Nəticələrimiz göstərir ki, əgər bioloji sistemlər sistemli zərurətdən çox monoton tənzimləyici davranışa malikdirsə, cinsi çoxalmanın yaranmasından çox əvvəl yüksək qarışıqlıq təmin edilə bilər və beləliklə, hətta onun yaranmasına kömək edə bilər.

Sadə gen tənzimləmə motivləri üzərində işimizin təbii bir uzantısı, gen tənzimlənməsi, siqnalizasiya və maddələr mübadiləsi ilə məşğul olan geniş miqyaslı bioloji şəbəkələrdə proqnozlaşdırıla bilən valideyn-övlad əlaqəsini təşviq edən dizayn prinsiplərini axtarmaqdır. Bu, həm analitik, həm də ədədi cəhətdən mövcud araşdırmadan daha çox tələb olunan bir məşq olsa da, mobil şəbəkələrdə yüksək dərəcədə monotonluğa işarə edən son tapıntılar bunu təşviq edir (Baldazzi və s., 2010 Iacono & Altafini, 2010).


Fenotip xəritəsinə və G matrisinə genotip - Biologiya

MDPI tərəfindən nəşr olunan bütün məqalələr dərhal açıq giriş lisenziyası altında bütün dünyada mövcuddur. Rəqəmlər və cədvəllər daxil olmaqla MDPI tərəfindən nəşr olunan məqalənin hamısını və ya bir hissəsini yenidən istifadə etmək üçün xüsusi icazə tələb olunmur. Açıq giriş Creative Common CC BY lisenziyası altında nəşr olunan məqalələr üçün, orijinal məqalənin açıq şəkildə göstərilməsi şərti ilə, məqalənin hər hansı bir hissəsi icazəsiz təkrar istifadə edilə bilər.

Feature Papers sahədə yüksək təsir üçün əhəmiyyətli potensiala malik ən qabaqcıl tədqiqatları təmsil edir. Xüsusi məqalələr elmi redaktorların fərdi dəvəti və ya tövsiyəsi əsasında təqdim edilir və nəşrdən əvvəl ekspertlər tərəfindən nəzərdən keçirilir.

Bədii məqalə ya orijinal tədqiqat məqaləsi, tez-tez bir neçə texnika və ya yanaşmanı əhatə edən əsaslı yeni tədqiqat araşdırması və ya elmi sahədə ən maraqlı nailiyyətləri sistematik şəkildə nəzərdən keçirən sahədəki ən son irəliləyişlərə dair qısa və dəqiq yenilikləri olan hərtərəfli icmal sənədi ola bilər. ədəbiyyat Bu cür sənəd gələcək tədqiqat istiqamətləri və ya mümkün tətbiqlər haqqında bir fikir verir.

Redaktorun Seçimi məqalələri dünyanın hər yerindən MDPI jurnallarının elmi redaktorlarının tövsiyələrinə əsaslanır. Redaktorlar bu yaxınlarda jurnalda nəşr olunan, müəlliflər üçün xüsusilə maraqlı olacağını və ya bu sahədə əhəmiyyətli olacağını düşündükləri az sayda məqalə seçirlər. Məqsəd, jurnalın müxtəlif araşdırma sahələrində nəşr olunan ən maraqlı əsərlərin bir hissəsini təqdim etməkdir.


BIO101 - Genlərdən Xasiyyətlərə: Genotip fenotipə necə təsir edir

Bu yazı ilk olaraq 2006-cı ildə yazılmış və bir neçə dəfə, o cümlədən 2010-cu ildə yenidən dərc edilmişdir. Zəhmət olmasa, şəkillərin mənbələrini tapmaqda mənə kömək edin - mən onların o vaxt istifadə etdiyim dərslikdən olduğunu güman edirəm, lakin tam əmin deyiləm.

Bildiyiniz kimi, mən artıq on iki ildir ki, böyüklər üçün təhsil proqramında qeyri-ənənəvi tələbələrə BIO101 (və həmçinin BIO102 Laboratoriyası) dərsi verirəm. Hərdən bu haqda bloqda açıq şəkildə fikirləşirəm (bu, bu, bu, bu, bu, bu və bunun müxtəlif aspektləri haqqında bir neçə qısa yazıya baxın - videolardan tutmuş sinif otağından istifadəyə qədər. blog, tələbələrin ilkin ədəbiyyatı oxuya bilməsi üçün Açıq Girişin əhəmiyyətinə). İllər keçdikcə bu proqramdakı şagirdlərin keyfiyyəti yüksəldi, amma hələ də zamanla çox sıxılıram: səkkiz həftə ərzində tələbələrlə 4 saatlıq səkkiz görüşüm var. Bu müddətdə onlara qeyri-elm sahələri üçün lazım olan bütün biologiyanı öyrətməliyəm, üstəlik hər bir tələbənin (ən sevimli bitki və heyvanın elmi haqqında) və iki imtahan üçün kifayət qədər vaxt buraxmalıyam. Beləliklə, mən mühazirələri çılpaq sümüklərə ayırmalı və ümid edirəm ki, bu çılpaq sümüklər qeyri-elm mütəxəssislərinin həqiqətən bilməli olduğu şeylərdir: faktoidlərdən çox anlayışlar, digər elmlərlə əlaqədən daha çox həyatlarının qalan hissəsi ilə əlaqə. Beləliklə, mühazirələrimi videolar və sinif müzakirələri ilə izləyirəm və onların ev tapşırığı sərin biologiya videoları və ya məqalələri tapmaqdan və hamının görməsi üçün sinif bloqunda linkləri yerləşdirməkdən ibarətdir. Bir neçə dəfə malyariyadan hüceyrə biologiyasından ekologiyaya, fiziologiyaya, təkamülə qədər bütün mövzuları birləşdirən bir mövzu olaraq istifadə etdim. Düşünürəm ki, bu yaxşı işlədi, amma bunu etmək çətindir. Fiziologiyanın bəzi aspektləri ilə bağlı son bir yazı da yazırlar.

Daha bir yenilik odur ki, rəhbərlik anladı ki, fakültənin əksəriyyəti uzun illərdir ki, məktəbdə çalışır. Təcrübəliik və yəqin nə etdiyimizi bilirik. Bu yaxınlarda, sinifin son məqsədləri eyni qaldığı müddətcə, əvvəlcədən təyin edilmiş bir proqramı yerinə yetirmək əvəzinə öz proqramımızı tərtib etməkdə bizə daha çox azadlıq verdilər. BIO101 mühazirələrini yenidən nə vaxt öyrədəcəyimə tam əmin deyiləm (payızın sonu, baharın?) lakin mən dərsimi yenidən nəzərdən keçirməyə erkən başlamaq istəyirəm. Laboratoriyada fəal şəkildə araşdırma aparmadığım üçün və ədəbiyyatı o qədər də yaxından izləmədiyim üçün öyrətdiyim bəzi şeylərin artıq köhnəlmiş olması məni də narahat edir. O deyil ki, hər kəs Biologiyanın bütün sahələrindəki bütün irəliləyişlərlə ayaqlaşa bilər ki, bu çox böyükdür, lakin ən azı giriş kurslarının tədrisinə təsir edən böyük yeniliklər mənim bilməli olduğum şeylərdir.

Mən mühazirə qeydlərimi tutmalı və təkmilləşdirməliyəm. Və izdiham mənbəyindən daha yaxşı yol! Beləliklə, yeni bir neçə həftə ərzində mən köhnə mühazirə qeydlərimi yenidən yerləşdirəcəyəm (qeyd edək ki, onlar sadəcə girişlərdir - müzakirələr və videolar və s. onları sinifdə izləyin) və sizdən məni faktlarla yoxlamağı xahiş edəcəyəm. Səhv bir şey almışamsa və ya bir şey köhnədirsə, mənə bildirin (amma bir sual hələ həll olunmamışdırsa, yalnız öz istədiyiniz fərziyyəni irəli sürməyin - bunun əvəzinə mənə bütün mübahisə izahını verin). Bir şey göz qabağındadırsa, mənə bildirin. Daha gözəl bir dildə bir şey söyləmək olarsa - cümlələrimi redaktə edin. Bu əsas anlayışları izah etmək üçün istifadə edilə bilən gözəl şəkillər, məqalələr, blog yazıları, videolar, podkastlar, vizualizasiyalar, animasiyalar, oyunlar və s. haqqında məlumatınız varsa, mənə bildirin. Və sonunda, bütün mühazirələrlə bunu etdikdən sonra, ümumi proqramı müzakirə edək - bu cür sürətli templi sinif üçün bütün bu materialı təşkil etməyin daha yaxşı bir yolu varmı?

Bu gün mən “gen üçün” fikrin niyə yanlış olduğunu və genlərin fenotipə necə təsir etdiyi barədə daha mürəkkəb bir şəkildə necə düşünməyi izah etmək kimi vacib, lakin çətin vəzifəni həll edirəm.

Genotip fenotipə necə təsir edir

Tez-tez "X geni" nin kəşfləri ilə bağlı xəbərlər eşidirik, məsələn, alkoqolizm, homoseksuallıq, döş xərçəngi və s. genlər və xüsusiyyətlər arasında bir xəritə.

Bu anlaşılmazlıq tarixi presedentlərdən qaynaqlanır. İlk genlər onilliklər əvvəl olduqca ibtidai texnologiya ilə kəşf edildi. Beləliklə, aşkar edilə bilən tək genlər, xüsusiyyətlərə böyük, dramatik təsir göstərənlər idi. Məsələn, hemoglobin zülalının dörd elementindən birini kodlayan RNT-ni kodlayan gendə kiçik mutasiya (nükleotidlərin ardıcıllığında dəyişiklik) oraq hüceyrəli anemiya ilə nəticələnir. Nəticədə qırmızı qan hüceyrələrinin forması pozulur və qırmızı qan hüceyrələrinin hüceyrələrə kifayət qədər oksigeni daşımaq qabiliyyəti azalır.

Kiçik mutasiyaların bu qədər dramatik təsirləri səbəbiylə, hər bir genin müəyyən bir xüsusiyyətə kod verdiyinə inanılırdı. Bu gün çoxlu genin kiçik təsirlərini ölçmək mümkündür və "bir gen/bir xüsusiyyət" paradiqmasının böyük ölçüdə yanlış olduğu yaxşı başa düşülür. Əksər xüsusiyyətlər bir çox gendən təsirlənir və əksər genlər çoxsaylı xüsusiyyətlərin inkişafında iştirak edirlər.

Genom fərdin bütün genetik məlumatıdır. Bədəndəki hər bir hüceyrə tam genomu ehtiva edir. Genomlar (yəni DNT ardıcıllığı) eyni növün fərdləri arasında bir az fərqlənir və bir -birindən yaxından əlaqəli növlərin genomları arasında, daha da uzaq qohum növlər arasında daha çox fərqlənir.

Bir fərdin dəqiq DNT ardıcıllığı onun genotipidir. Həmin şəxsin bütün müşahidə edilə bilən və ölçülə bilən əlamətlərinin toplusu fenotipdir.

Vücudumuzdakı hər bir hüceyrənin hər mövqeyi və hər bir funksiyası genetik olaraq təyin olunsaydı, bütün bu məlumatları dəqiqləşdirmək üçün trilyonlarla genə ehtiyacımız olardı. Halbuki, təxminən 26.000 genimiz var. Bütün genlərimiz şempanzelerin ekvivalent genlərinə çox oxşardır, lakin açıq şəkildə anatomiya, fiziologiya və davranış baxımından şempanzelerden çox fərqliyik. Bundan əlavə, biz balıqlar, həşəratlar və hətta bitkilərlə eyni genlərin çoxunu paylaşırıq, lakin fenotiplərdəki fərqlər çox böyükdür.

Beləliklə, məntiqi olaraq belə bir nəticəyə gəlir ki, genomun bədən qurmaq üçün bir plan kimi metaforası səhvdir. Sizi hansı genlərə sahib olmağınız deyil, eyni genlərin fərqli bir fərdindən və ya somon və ya kələmdən fərqləndirən bu genlərin inkişaf əsnasında bir -biri ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olmasıdır.

Bəs genlər bir -biri ilə necə qarşılıqlı əlaqə qurur? Genlər zülalları kodlayır. Bəzi zülallar digər zülallarla qarşılıqlı təsir göstərir. Bəzi zülallar DNT -nin transkripsiyasını və ya replikasiyasını tənzimləyir. Digər zülallar digər kimyəvi maddələri dəyişdirən fermentlərdir. Digər zülallar isə strukturdur, yəni membranların və digər strukturların hissələrinə çevrilirlər.

DNT ardıcıllığında cüzi bir fərq RNT-nin ardıcıllığına və nəticədə yaranan zülalın ardıcıllığına təsir göstərərək, həmin zülalın ilkin, ikincili və üçüncü strukturuna təsir göstərəcək. Zülalın 3D şəklindəki dəyişikliklər onun funksiyasını yerinə yetirməkdə səmərəliliyinə təsir edəcək.

Məsələn, iki zülal bir -biri ilə qarşılıqlı əlaqə qurarsa və bunun üçün bir -birinə bağlanması lazımdırsa və formaları kilid və açar kimi bir -birinə uyğun gəldiyindən bağlanarsa, bir zülalın formasının dəyişməsi ikisinin bağlanmasının səmərəliliyi. Hər iki zülalın şəklindəki dəyişikliklər reaksiyanı yavaşlata və ya sürətləndirə bilər. Hüceyrədəki bir reaksiyanın sürətinin dəyişməsi, hüceyrənin xaricdən gələn siqnallara reaksiya verməsi də daxil olmaqla, hüceyrədəki bəzi digər reaksiyalara təsir edəcək.

Beləliklə, genlər, zülallar, hüceyrə daxilindəki digər kimyəvi maddələr, hüceyrələrarası qarşılıqlı təsirlər və xarici mühit BÜTÜN xüsusiyyətə təsir göstərir. Ən əsası, xüsusiyyətlər inkişaf əsnasında qurulduğundan, orqanizmin son fenotipini təyin edən inkişaf zamanı bütün səviyyələrdə təşkilatların bütün bu oyunçuları arasındakı qarşılıqlı əlaqələrdir.

Ətraf mühitin əhəmiyyətini reaksiya norması fenomenindən görmək olar. Eyni genotip, fərqli mühitlərdə böyüdükdə fərqli fenotiplərlə nəticələnir. Üstəlik, fərqli genotiplər eyni ətraf mühit dəyişikliyinə bir -birindən fərqli reaksiya verir. Bir genotip yüksək hündürlükdə daha hündür bitki yarada bilər, bir qədər fərqli genotip isə tam əksinə cavab verə bilər: yüksək hündürlüklərdə daha qısa bitki istehsal edir.

Beləliklə, əgər genlər xüsusiyyətlər üçün kod yazmırsa və genom bir plan deyilsə, genom və genotip/fenotip xəritələşdirilməsi haqqında düşünməyin ən yaxşı yolu nədir? Sizə ən azı biri hər bir şagird üçün aydın və yaddaqalan hiss ediləcək dörd fərqli alternativ metafora ilə paylama materialları verdim (aşağıya baxın). İndi sizə özümdən olan beşinci belə bir metafora verəcəyəm:

Təsəvvür edin ki, hüceyrə bir təyyarə zavodudur. Xammal alır və bitmiş təyyarələr satır. Bunu necə edir? Zülallar fabrik işçiləridir. Bəziləri materialları idxal edir, digərləri təyyarə satışı ilə məşğul olur. Bəziləri fabriki oğrulardan qoruyur, bəziləri isə fabrikin bufetində yemək bişirib xidmət edir.

Ancaq bu hüceyrənin ən əhəmiyyətli zülalları təyyarələrin hissələrini birləşdirənlərdir. Bir hissəyə, məsələn, bir pervaneye ehtiyac duyulduqda, anbara (nüvəyə) gedirlər və Parçalar Kataloğunu (DNT) yoxlayırlar və müəyyən bir hissəyə sifariş vermək üçün düyməni basırlar. Digər zülallar (anbar müdirləri) içəri girib düzgün hissəni tapıb montaj zəmininə (endoplazmik retikulum) göndərirlər.

Ancaq zülal işçiləri özləri eyni fabrikdə hissələrdən yığılmış robotlardır və onların yığılması üçün təlimatlar da nüvədəki Parça Kataloğunda (DNT) var.


ADAPTASİYA VƏ KOMPLEKSİYA MALİYYƏTİ

Xülasə. Uyğunlaşma populyasiyanın çox xarakterli optimala doğru hərəkəti ilə xarakterizə olunur, bu, fiziki hazırlığın artması ilə nəticələnir. Burada mən uyğunlaşma zamanı fitnesin artma sürətini hesablayıram və Fişerin uyğunlaşma modelində populyasiya optimala yaxınlaşdıqca fitnesin vaxta nisbətini verən əyrini təsvir edirəm. Nəticələr uyğunlaşma sürətinə təsir edən bir neçə amili müəyyən edir. Ən vaciblərindən biri orqanizm kompleksliyidir - eyni fenotipik ölçülü mutasiyalardan istifadə edərkən kompleks orqanizmlər sadə orqanizmlərə nisbətən daha yavaş uyğunlaşırlar. Beləliklə, Fişerin qabaqcadan gördüyü kimi, orqanizmlər mürəkkəbliyin bir növ əvəzini ödəyirlər. Bununla birlikdə, bu xərcin böyüklüyü Fişerin təhlillərindən xeyli böyükdür. Həqiqətən də uyğunlaşma sürəti ən az olduğu qədər azalır n -1 , harada n bir orqanizmi əhatə edən müstəqil simvolların və ya ölçülərin sayıdır. Mövcud nəticələr, uyğunlaşan bir növü xarakterizə edən təsirli sayda ölçülərin müəyyən edilə biləcəyini də göstərir.


GENE-FORECAST® ürək-damar xəstəliklərinin (CVD) yükündəki irq-əcdad fərqlərinin afro-amerikalılara (AA) xas olan fərqli genomik variasiya ilə sosial determinantların ekspozisiyası və AA -da CVD patogenezinə təsir edən ətraf mühit amilləri.

Tədqiqatın konkret məqsədləri bunlardır:

  1. Afrikalı-Amerikalılarda (AA) ümumi və ya atalarla əlaqəli DNT variantları ilə KVH risk faktorları (məsələn, hipertoniya) və fenotiplər (məsələn, koronar arter kalsifikasiyası) arasındakı əlaqələri araşdırmaq.
  2. AA-da sağlamlıq davranışları ilə sosial-ekoloji faktorlar və ya KVH risk faktorları arasındakı əlaqələri araşdırmaq.

Tədqiqat təqribən 1800 özünü müəyyən edən, ABŞ-da doğulmuş, afro-amerikalı (AA) kişi və qadınların (21 yaş) hədəf ölçüsü olan icma əsaslı seçmə çərçivəsinə əsaslanaraq, daxili vəziyyətə nəzarət təhlillərinə uyğun kohort yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. -65) önümüzdəki 5-6 il ərzində böyük Vaşinqton DC bölgəsindən işə götürüləcək. İştirakçıların işə götürülmə strategiyası iki tamamlayıcı yanaşmanı əhatə edəcək: 1) NIH Klinikasında qiymətləndirmə ziyarətinə razılıq veriləcək və tədqiqata uyğun AA-nı hədəf alan təsadüfi rəqəmli bir telefon yoxlama sorğusu keçirmək üçün yaxşı qurulmuş bir sorğu qrupu ilə müqavilə bağlayacağıq. Mərkəz və 2) biz bölgədəki icma əsaslı liderlərin, təşkilatların və inanclara əsaslanan institutların cəlb edilməsindən istifadə etməklə iştirakçıları Klinik Mərkəzə cəlb etmək üçün icma ilə bağlı iş aparacağıq. AA arasında yüksək KVH yükü nəzərə alınmaqla, bu yanaşma normal fərdlərdən bir nümunə ilə yanaşı KVH -nin son klinik əlamətləri və simptomlarına (məsələn, infarkt) meyl edən piylənmə və hipertansiyon kimi KVH risk faktorları olan AA -nın yüksək nisbətini verəcəkdir. və vuruş).

Əvvəlki epidemioloji araşdırmalara əsasən, klinik təzahür edən KVH-nin (angina, infarkt və ya insult tarixi) nümunəsinin 10-15 faizindən az olacağı gözlənilir. Bütün iştirakçılar (təsadüfi telefon sorğusu və ya ictimaiyyətlə əlaqə vasitəsi ilə müəyyən edilir) Klinik Mərkəzdə aşağıdakıları əhatə edən geniş qiymətləndirmədən keçəcəklər: tibbi qiymətləndirmə (məsələn, antropometriya, qan təzyiqi), laboratoriya testləri (məsələn, lipid səviyyələri, böyrək funksiyası), sosial təyinedici profillər (məs. sosial-iqtisadi vəziyyət (SES), qəbul edilən stress, ayrı-seçkilik, depressiya, qəbul edilən qonşuluq xüsusiyyətləri), dərin ardıcıllığa əsaslanan omik analizlər üçün qan/sidik toplanması (bütün ekzom ardıcıllığı və RNT-Seq), həmçinin preklinik, biomarkerlər üçün test CVD və ya CVD fenotiplərinin patobioloji prosesləri (məsələn, koronar arteriyaların kalsifikasiyası, mikroalbuminuriya, leykosit telomerləri və ya damar disfunksiyası). Bu səylərin CVD ilə əlaqəli yeni əcdadlarla əlaqəli DNT variantlarını verəcəyi gözlənilir.

Müvafiq olaraq, protokolumuz, daha dərin fenotipləşdirmə üçün geri çağırış üçün genotipinə əsaslanan kohortun alt qruplarını (məsələn, APOL1 xroniki böyrək xəstəliyi riski allelləri) yenidən əlaqələndirən bir Genotip-Fenotip (G2P) komponentini də ehtiva edir. DNT variantının insan sistemləri biologiyasına potensial təsirinin xarakteristikası. Bəzi hallarda probandın ailə üzvləri də maraq doğuran bu ehtimal olunan funksional DNT variantlarının bioloji əhəmiyyətini daha da xarakterizə etmək üçün bu G2P tədqiqatlarında iştirak etməyə dəvət oluna bilər.

GENE-FORECAST®, ürək-damar xəstəliyi (KVH) yükündəki irq-ata fərqlərinin Afrikalı-Amerikalıların fərqli genomik dəyişkənliyi (AA) ilə sosial determinantların ifşa edilməsi arasındakı bənzərsiz bir qarşılıqlı təsirini əks etdirdiyi işçi hipotezini sınayacaq. AA-da CVD-nin patogenezinə təsir edən ətraf mühit amilləri.


Videoya baxın: مراجعة لبعض مكتسبات السنة الثانية الجزء الثاني: العلاقة بين النمط الظاهري والمورثي (Yanvar 2023).