Multifaktoriálně podmíněné znaky u člověka

Polygenní & multifaktoriální dědičnost

• zvláštním případem nealelních interakcí je polygenní dědičnost
• ve zjednodušeném modelu se stále uvažuje velký počet genů, které podmiňují určitý fenotypový znak
• každý z nich sám o sobě má malý vliv na fenotyp – minor geny
• fenotypové znaky polygenně determinované bývají obvykle měřitelné (kvantitativní, např. výška) – pro polygenní dědičnost se někdy používá také termínu kvantitativní genetika
• v patogenezi většiny běžných chorob (hypertenze, obezita, onkologická, neurologická a psychiatrická onemocnění) se ale oproti zjednodušenému modelu polygenní dědičnosti předpokládá tzv. multifaktoriální dědičnost, která je založena na interakci genů velkého účinku (major geny) s polygenním systémem (tzv. genetické pozadí)
• tato multifaktoriální dědičnost je navíc modulována různě intenzivním působením faktorů vnějšího prostředí

Zjednodušený model polygenní dědičnosti

Předpokládají:

• alelní interakci typu semidominance (hodnota fenotypu heterozygota odpovídá průměru hodnot fenotypu parentální generace)
• nealelní interakci označovanou jako aditivita (kumulativnost), tedy že účinky jednotlivých alel se sčítají (konvenčně se označují alely zvyšující hodnoty daného fenotypu jako aktivní – velká písmena)

Obvykle geny jednoho polygenního systému znázorňujeme písmenem ze začátku abecedy a jednotlivé geny odlišujeme číselným suffixem. Z fenogenetického hlediska nelze většinou na základě pozorované fenotypové hodnoty usuzovat na genotyp, lze ale do jisté míry odhadnout počet aktivních alel (např. A₁A₁a₂a₂, A₁a₁A₂a₂ a a₁a₁A₂A₂ mají stejnou fenotypovou hodnotu, protože tu vždy jsou dvě aktivní alely)

• hodnota polygenně determinovaných fenotypových znaků bývá obvykle ovlivněna do určité míry faktory vnějšího prostředí – faktory negenetické
• metodicky se v kvantitativní genetice používá řada specializovaných postupů genetické statistiky
  • zajímá nás, jaké jsou relativní podíly dědičné složky a faktorů prostředí na rozptylu (varianci) fenotypových hodnot znaku
  • relativní podíl genetických faktorů na celkové varianci znaku pak označujeme jako heritabilitu (dědivost)

Hypotetický příklad dědičnosti výšky

• parentální generace je tvořena dvěma čistými liniemi o výšce 200 a 100 cm
• průměrná výška F1 generace odpovídá průměru – 150 cm a neliší se příliš ani variační šíří (statistická veličina rozptyl – variance)
• u F2 generace nacházíme též jedince o výšce 150 cm, ale variance je značně větší – způsobeno segregací a následným ustavením jedinečné kombinace aktivních i neaktivních parentálních alel v genomu jedinců F2 generace

• rozptyl vypočítáme podle vzorce

V = (N-1)^-1 Σ (x_i – X)²

N….. počet pozorování

xi …. hodnota pozorování i-tého jedince

X….. aritmetický průměr všech pozorování

-       jedná se tedy o průměr součtu čtverců odchylek jednotlivých pozorování od jejich aritmetického průměru

• v kvantitativní genetice je rozptyl fenotypových hodnot dán

V_P = V_G + V_E + V_GE

V_P …. fenotypový rozptyl

V_G …. rozptyl fenotypu vyvolaný genetickými faktory – rozdíly v genotypu jedinců dané skupiny/populace

V_E …. rozptyl fenotypu daný faktory vnějšího prostředí (teplota, kalorický příjem, expozice

           slunečnímu záření, sociálně ekonomické postavení + prakticky všechny nedědičné vlivy)

V_GE … rozptyl fenotypu závislý na interakci genotypu a prostředí

• rozptyl fenotypu vyvolaný genetickými faktory zahrnuje ještě další vlivy

V_G = V_A + V_D + V_I

V_A … aditivní účinek genu, kdy výsledný efekt odpovídá součtu působení jednotlivých aktivních alel

V_D … rozptyl fenotypu vyvolaný působením dominance – není aditivní a účinek dané alely závisí na typu alely na homologním chromosomu

V_I … složka genetických nealelních interakcí (epistáze)

• v polygenním systému se tedy variance vyjadřuje jako

V_P = V_A + V_D + V_I + V_E + V_GE

Polygenní dědičnost s prahovým efektem

vzhledem k tomu, že zvláště v klinické genetice se objevuje řada kvantitativních znaků (přítomnost choroby nebo vývojové vady nebo její nepřítomnost), které se jeví jako dědičné, ale typ přenosu neodpovídá žádnému typu monogenní dědičnosti, zavedl Falconer model polygenní dědičnosti s prahovým efektem

dědí se tu disposice k dané chorobě a to polygenně

tato dispozice má v populaci normální rozložení četností a dosáhne-li množství aktivních alel v genotypu jedince určitého počtu – prahu, choroba (vrozená vada) se objeví (manifestuje) ve fenotypu

poloha prahu je ovlivňována faktory prostředí – zvyšují ji i snižují

Odkazy

Související články

• Multifaktoriální dědičnost
• Polygenní dědičnost