遗传相互作用是理解复杂性状的关键

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  遗传相互作用是理解复杂性状的关键

  2009年1月23日

  近年来,基因研究揭示了数百种与常见疾病(如癌症或糖尿病)相关的DNA变异,从而提高了科学家根据个体基因组信息判断疾病风险的前景。

  

  但迄今为止发现的变异只占所有常见疾病总体遗传风险的一小部分 - 通常为1%至3%。

  令人失望的是,圣路易斯华盛顿大学医学院的遗传学家Barak Cohen博士建议,科学家需要更好地处理基因相互作用以影响疾病风险的方式。

  “对于主要健康问题的疾病,许多不同的遗传变异结合起来影响个体的风险,”科恩说,“问题在于我们作为科学家在预测这些变异如何相互作用以确定个体是否可能时非常糟糕发展一种常见疾病或对特定药物做出反应。“

  这个现实引出了一个问题:是否有可能将复杂的遗传特性分开,以揭示产生它的精确遗传变异?是的,科恩和他的小组在1月23日的“科学”杂志上报道。如果研究可以复制,它表明科学家需要更好的统计模型和其他工具来理解遗传相互作用。

  研究人员转向一种简单的生物体,酵母酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),从北美橡树和葡萄园中挑选出来,在那里自然生长,以找到答案。

  “这是一个测试案例,”科恩解释说。 “如果我们不能剖析酵母中天然存在的复杂基因特征,并展示多个基因如何相互作用以产生特定的特性,那么人类就没有希望这样做。”

  研究人员探测酵母的基因组,以找到决定酵母经历有性繁殖的效率的DNA变异,这一过程称为孢子形成。科恩承认它并不是一个特别迷人的特性,但它可以轻松准确地测量。

  “我们对孢子形成没有特别的喜爱,”他说,“我们只是将它作为模型来理解多个基因如何相互作用以影响生物过程中的变异。我们希望在酵母中以与人类相似的方式将复杂的特性组合在一起。“

  当涉及孢子形成时,来自橡树样品的酵母产生效率为99%的孢子;葡萄园的效率远低于7%。

  科学家们发现,三种酵母基因中只有四种变异体或单核苷酸多态性(SNPs)占遗传对孢子形成效率贡献的近90%。通过将四种变体中的每一种从一种酵母菌株移动到另一种酵母菌株,它们产生的橡木菌株像葡萄园菌株一样形成孢子,反之亦然。

  相关StoriesNewly设计的分子可以与弗里德里希的AtaxiaGenetic测试造福人民改善异常的诊断在发展挂钩识别小儿肝病babiesGenetic缺陷“要把它放到上下文中,有酵母的两个菌株之间约85,000 SNP差别,并通过移动短短四年其中,我们有效地逆转了这两种菌株的表型,“科恩说。

  研究人员还交换了酵母菌株之间四种SNP的每种组合,以确定遗传变异如何相互作用。有趣的是,来自橡树树株的任何两种或更多种变体的孢子形成效率远远超过基于每种SNP的个体贡献所预期的。

  “这些变化像疯了一样互动,”科恩说。 “变体的综合影响总是大于它们各自影响的总和。”

  了解这些相互作用对于科学家准确预测菌株基于其基因组携带的变异的行为方式至关重要。只有通过考虑变体之间的相互作用,他们才能预测特定变体如何组合以增加或减少孢子形成。

  研究人员也惊讶地发现,四个SNP发生在称为转录因子的基因中,这些基因具有打开其他基因的能力。他说,这一发现为新兴理论提供了重要依据,即转录因子可能是有意义的遗传变异的丰富来源。

  “它是一个具有许多不同类型基因的大基因组,”科恩说。“所有四个SNP在转录因子基因中的概率非常非常低。这表明转录因子可能比其他类别的基因具有显着的变异。“

  科恩承认,由于人类基因组中存在大量的SNP,因此在人类中解剖复杂的遗传特性要困难得多。但是他的研究指出需要更好地理解遗传相互作用,以便人类基因组中的信息有朝一日可以准确预测个体易感的疾病,以及对该个体最有效的药物清单。换句话说,个性化医疗的新时代。

  出处:http://www.medicine.wustl.edu/