Lokus kvantitativne osobine (QTL) je lokus (dio DNK) koji korelira s varijacijom kvantitativne osobine u fenotipu populacije organizama. QTL-ovi se mapiraju identificiranjem molekularnih markera (kao što su SNP ili polimorfizam dužine amplificiranog fragmenta (AFLP) koji koreliraju s uočenom osobinom. Ovo je često rani korak u identificiranju stvarnih gena koji uzrokuju varijaciju osobine.

Definicija Lokus kvantitativne osobine (QTL) je regija DNK koja je povezana s određenom fenotipskom osobinom, koja varira u stepenu i koja se može pripisati poligenskim efektima, tj. proizvod dva ili više gena i njihovog okruženja. . Ovi QTL-ovi se često nalaze na različitim hromosomima. Broj QTL-ova koji objašnjavaju varijacije u fenotipskoj osobini ukazuje na genetičku arhitekturu osobine. To može ukazivati ​​na to da visinu biljke kontroliraju mnogi geni malog efekta ili nekoliko gena velikog efekta.

Tipično, QTL-ovi su osnova kontinuiranih osobina (one osobine koje se kontinuirano mijenjaju, npr. visina) za razliku od diskretnih osobina (osobine koje imaju dvije ili više karakterističnih vrijednosti, npr. crvena kosa kod ljudi, recesivna osobina ili glatki naspram naboranog graška koje je Mendel koristio u svojim eksperimentima).

Štaviše, jedna fenotipska osobina obično je određena mnogim genima. Posljedično, mnogi QTL-ovi su povezani s jednom osobinom. Druga upotreba QTL-ova je identifikacija gena kandidata koji leže u osnovi osobine. DNK sekvenca bilo kojeg gena u ovoj regiji se zatim može uporediti sa bazom podataka DNK za gene čija je funkcija već poznata, što je fundamentalno za poboljšanje usjeva uz pomoć markera.

Historija Mendelovsko nasljeđivanje je ponovo otkriveno početkom 20. stoljeća. Kako su se ideje Mendela širile, genetičari su počeli povezivati ​​Mendelova pravila nasljeđivanja pojedinačnih faktora s Darvinskom evolucijom. Za rane genetičare nije bilo odmah jasno da je glatka varijacija u osobinama poput veličine tijela (tj. nepotpuna dominacija) uzrokovana nasljeđivanjem pojedinačnih genetičkih faktora. Iako je sam Darwin primijetio da se inbred osobine ukrasnih golubova nasljeđuju u skladu s Mendelovim zakonima (iako Darwin zapravo nije znao za Mendelove ideje kada je napravio to zapažanje), nije bilo očigledno da ove osobine koje su odabrali uzgajivači ukrasnih golubova mogu slično objasniti kvantitativne varijacije u prirodi.

Rani pokušaj Williama Ernesta Castlea da ujedini zakone Mendelovskog nasljeđivanja s Darwinovom teorijom specijacije pozvao se na ideju da vrste postaju različite jedna od druge kako jedna ili druga vrsta stiče novi Mendelovski faktor. Castleov zaključak zasnivao se na zapažanju da nove osobine koje se mogu proučavati u laboratoriji i koje pokazuju Mendelove obrasce nasljeđivanja odražavaju veliko odstupanje od divljeg tipa, a Castle je vjerovao da je sticanje takvih osobina osnova "diskontinuirane varijacije" koja karakterizira specijaciju. Darwin je raspravljao o nasljeđivanju sličnih mutantnih osobina, ali ih nije naveo kao uvjet za specijaciju. Umjesto toga, Darwin je koristio pojavu takvih osobina u populacijama koje se razmnožavaju kao dokaz da se mutacija može dogoditi nasumično unutar populacija koje se razmnožavaju, što je centralna premisa njegovog modela selekcije u prirodi. Kasnije u svojoj karijeri, Castle će usavršiti svoj model specijacije kako bi omogućio da male varijacije doprinesu specijaciji tokom vremena. Također je uspio demonstrirati ovu poentu selektivnim uzgojem laboratorijskih populacija pacova kako bi dobio fenotip kapuljača tokom nekoliko generacija. Castleov rad je možda bio prvi pokušaj u naučnoj literaturi da se usmjeri evolucija vještačkom selekcijom osobine sa kontinuiranom osnovnom varijacijom, međutim, ta praksa se prethodno široko koristila u razvoju poljoprivrede kako bi se dobila stoka ili biljke sa povoljnim karakteristikama iz populacija koje pokazuju kvantitativne varijacije u osobinama poput veličine tijela ili prinosa zrna.

Castleov rad je bio među prvima koji je pokušao da ujedini nedavno ponovo otkrivene zakone Mendelovskog nasljeđivanja sa Darvinovom teorijom evolucije. Ipak, prošlo je skoro trideset godina dok teorijski okvir za evoluciju složenih osobina nije bio široko formalizovan. U ranom sažetku teorije evolucije kontinuirane varijacije, Sewall Wright, postdiplomski student koji se školovao kod Castlea, sažeo je savremeno razmišljanje o genetičkoj osnovi kvantitativne prirodne varijacije: "Kako su se genetske studije nastavljale, otkrivene su sve manje razlike koje su se mendelizirale, a na svaki karakter, koji je dovoljno istražen, ispostavilo se da na njega utiču mnogi faktori." Wright i drugi formalizirali su teoriju populacijske genetike koja je razrađena tokom prethodnih 30 godina, objašnjavajući kako se takve osobine mogu nasljeđivati ​​i stvarati stabilno razmnožavajuće populacije s jedinstvenim karakteristikama. Kvantitativna genetika osobina danas koristi Wrightova zapažanja o statističkom odnosu između genotipa i fenotipa u porodicama i populacijama kako bi se razumjelo kako određene genetske karakteristike mogu utjecati na varijacije u prirodnim i izvedenim populacijama.

Kvantitativne osobine

Poligeno nasljeđivanje odnosi se na nasljeđivanje fenotipske karakteristike (osobine) koja se može pripisati dvama ili više gena i može se kvantitativno mjeriti. Multifaktorsko nasljeđivanje odnosi se na poligensko nasljeđivanje koje također uključuje interakcije s okolinom. Za razliku od monogenih osobina, poligenske osobine ne slijede obrasce Mendelovskog nasljeđivanja (diskretne kategorije). Umjesto toga, njihovi fenotipovi obično variraju duž kontinuiranog gradijenta prikazanog krivom zvona.. Primjer poligenske osobine je varijacija boje ljudske kože. Nekoliko gena utiče na određivanje prirodne boje kože osobe, tako da modifikacija samo jednog od tih gena može neznatno promijeniti boju kože ili u nekim slučajevima, kao što je slučaj sa SLC24A5, umjereno. Mnogi poremećaji sa genetsičkim komponentama su poligeni, uključujući autizam, rak, dijabetes i brojne druge. Većina fenotipskih karakteristika rezultat je interakcije više gena iokolinskih faktora.

Kaže se da multifaktorski naslijeđene bolesti čine većinu genetičkih poremećaja koji pogađaju ljude, što će rezultirati hospitalizacijom ili nekom vrstom posebne njege.

Multifaktorske osobine općenito Osobine koje kontroliraju i okolina i genetički faktori nazivaju se multifaktorskim. Obično, multifaktorske osobine izvan bolesti rezultiraju onim što vidimo kao kontinuirane karakteristike ili kontinuirana varijacija u organizmima, posebno ljudskim, kao što su: tjelesna visina, boja kože i tjelesna masa. Svi ovi fenotipovi su komplicirani velikim udjelom interakcije između gena i utjecajima okoline. Kontinuirana distribucija osobina poput visine i boje kože opisanih gore odražava djelovanje gena koji ne manifestiraju tipične obrasce dominacije i recesivnosti. Umjesto toga, smatra se da su doprinosi svakog uključenog lokusa aditivni. Autori su ovaj tip nasljeđivanja razlikovali kao poligensko ili kvantitativno nasljeđivanje.

Dakle, zbog prirode poligenskih osobina, nasljeđivanje neće slijediti isti obrazac kao jednostavno monohibridno ili dihibridno ukrštanje. Poligensko nasljeđivanje može se objasniti kao Mendelovo nasljeđivanje na mnogim lokusima, što rezultira osobinom koja je normalno distribuirana. Ako je n broj uključenih lokusa, tada će koeficijenti binomne ekspanzije od (a + b)2n dati frekvenciju distribucije svih n alelnih kombinacija. Za dovoljno visoke vrijednosti n, ova binomna distribucija će početi ličiti na normalnu distribuciju. Sa ove tačke gledišta, bolesno stanje će postati očigledno na jednom od repova distribucije, nakon neke granične vrijednosti. Što se više prelazi prag i udaljava od srednje vrijednosti.

Nasljedne bolesti i multifaktorsko nasljeđivanje Mutacija koja rezultira bolesnim stanjem često je recesivna, tako da oba alela moraju biti mutantna da bi se bolest fenotipski ispoljila. Bolest ili sindrom također mogu biti rezultat ekspresije mutiranih alela na više od jednog lokusa. Kada je uključeno više od jednog gena, sa ili bez prisustva faktora iz okoline, kažemo da je bolest rezultat multifaktorskog nasljeđivanja.

Što je više gena uključeno u ukrštanje, to će distribucija genotipova više podsjećati na normalnu distribuciju. Ovo pokazuje da je multifaktorsko nasljeđivanje poligensko, a genetske frekvencije se mogu predvidjeti putem polihibridnog Mendelovog ukrštanja. Fenotipske frekvencije su druga stvar, posebno ako su komplicirane faktorima okoline.

Paradigma poligenskog nasljeđivanja koja se koristi za definiranje multifaktorske bolesti naišla je na mnogo neslaganja. Turnpenny (2004) raspravlja o tome kako jednostavno poligensko nasljeđivanje ne može objasniti neke bolesti poput pojave dijabetesa melitusa tipa I, te da se u takvim slučajevima ne smatra da svi geni daju jednak doprinos.

Pretpostavka poligenskog nasljeđivanja je da svi uključeni lokusi daju jednak doprinos simptomima bolesti. To bi trebalo rezultirati normalnom (Gaussovom) distribucijom genotipova. Kada to ne uspije, ideja poligenskog nasljeđivanja ne može se podržati za tu bolest.

Primjeri Gore navedeni su dobro poznati primjeri bolesti koje imaju i genetičke i okolišne komponente. Drugi primjeri uključuju atopijske bolesti poput ekcem ili dermatitis, spina bifida (otvorena kičma) i anencefalija (otvorena lobanja).

Iako se od strane biopsihijatara široko vjeruje da je shizofrenija multifaktorski genetski uzrokovana, nijedan karakteristični genetski marker nije sa sigurnošću utvrđen.

Ako se pokaže da braća i sestre pacijenta imaju bolest, onda postoji velika vjerovatnoća da je bolest genetička i da će pacijent također biti genetički nositelj (genetika)|nositelj]]. To nije sasvim dovoljno jer je potrebno dokazati i da obrazac nasljeđivanja nije Mendelovski. To bi zahtijevalo proučavanje desetina, čak i stotina različitih porodičnih rodoslovlja prije nego što se donese zaključak o multifaktorskom nasljeđivanju. Ovo često traje nekoliko godina.

Ako je zaista slučaj multifaktorskog nasljeđivanja, onda se šansa da pacijent oboli od bolesti smanjuje samo ako rođaci i dalji srodnici imaju bolest. Iako se multifaktorsko nasljeđene bolesti obično javljaju u porodicama, nasljeđivanje neće slijediti isti obrazac kao jednostavno monohibridno ili dihibridno ukrštanje.

Ako se sumnja na genetiki uzrok i malo se drugog zna o bolesti, onda ostaje da se vidi koliko je tačno gena uključeno u fenotipsku ekspresiju bolesti. Nakon što se to utvrdi, mora se odgovoriti na pitanje: ako dvije osobe imaju potrebne gene, zašto postoje razlike u ekspresiji između njih? Općenito, ono što čini dvije osobe različitima vjerovatno su faktori okoline. Zbog složene prirode genetičkih istraživanja potrebnih za određivanje takvih obrazaca nasljeđivanja, ovo obično nije prvi put istraživanja koji bi se odabralo za određivanje etiologije.

thumb|right| QTL za osteoporozu na ljudskom hromosomu 20.

Mapiranje QTL-a thumb|right|Primjer skeniranja cijelog genoma za QTL osteoporoze

Za organizme čiji su genomi poznati, sada bi se moglo pokušati isključiti gene u identificiranoj regiji čija se funkcija sa sigurnošću zna da nije povezana s dotičnom osobinom. Ako genom nije dostupan, može postojati opcija sekvenciranja identificirane regije i određivanja pretpostavljenih funkcija gena na osnovu njihove sličnosti s genima s poznatom funkcijom, obično u drugim genomima. To se može učiniti korištenjem BLASTa, online alata koji korisnicima omogućava unos primarne sekvence i pretraživanje sličnih sekvenci unutar BLAST-ovih baza podataka gena iz različitih organizama. Često to nije stvarni gen koji leži u osnovi fenotipske osobine, već regija DNK koja je usko povezana s genom.