Multifaktoriálně podmíněné znaky u člověka
Polygenní a multifaktoriální dědičnost
Polygenní a multifaktoriální dědičnost je charakteristická tím, že konkrétní fenotypový znak vzniká na podkladě více faktorů (genů, prostředí..) a ne pouze jedním genem.
Zvláštním případem nealelních interakcí je polygenní dědičnost. Ve zjednodušeném modelu se stále uvažuje velký počet genů, které podmiňují určitý fenotypový znak. Každý z genů sám o sobě má malý vliv na fenotyp. Proto tyto geny označujeme jako minor geny. Fenotypové znaky polygenně determinované bývají obvykle měřitelné. Jsou to často kvantitativní znaky jako je výška. Z tohoto důvodu se pro polygenní dědičnost 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. Ta je založena na interakci genů velkého účinku (major geny) s polygenním systémem (tzv. genetické pozadí). Jako genetické pozadí je vnímáno sociální a přírodní prostředí, kde se jedinec nachází, a další faktory ovlivňující život člověka. Tato multifaktoriální dědičnost je navíc modulována různě intenzivním působením faktorů vnějšího prostředí.
Zjednodušený model polygenní dědičnosti
Zjednodušený model polygenní dědičnost předpokládá alelní interakci typu semidominance. Při semidominanci hodnota fenotypu heterozygota odpovídá průměru hodnot fenotypu parentální generace. Předpokládá také nealelní interakci označovanou jako aditivita (kumulativnost). Při kumulaci se účinky jednotlivých alel sčítají. Konvenčně se alely zvyšující hodnoty daného fenotypu označují jako aktivní a značíme je velkými písmeny.
Geny jednoho polygenního systému se obvykle znázorňují písmenem ze začátku abecedy a jednotlivé geny se odlišují číselným sufixem. Z fenogenetického hlediska nelze většinou na základě pozorované fenotypové hodnot' usuzovat na genotyp. Lze však 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, negenetickými faktory. V kvantitativní genetice se metodicky používá řada specializovaných postupů genetické statistiky. Sledují se relativní podíly dědičné složky a faktorů prostředí na rozptylu (varianci) fenotypových hodnot znaku. Relativní podíl genetických faktorů na celkové varianci znaku pak označujeme jako 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 (xi – 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
VP = VG + VE + VGE
VP …. fenotypový rozptyl
VG …. rozptyl fenotypu vyvolaný genetickými faktory – rozdíly v genotypu jedinců dané skupiny/populace
VE …. rozptyl fenotypu daný faktory vnějšího prostředí (teplota, kalorický příjem, expozice
slunečnímu záření, sociálně ekonomické postavení + prakticky všechny nedědičné vlivy)
VGE … rozptyl fenotypu závislý na interakci genotypu a prostředí
- rozptyl fenotypu vyvolaný genetickými faktory zahrnuje ještě další vlivy
VG = VA + VD + VI
VA … aditivní účinek genu, kdy výsledný efekt odpovídá součtu působení jednotlivých aktivních alel
VD … rozptyl fenotypu vyvolaný působením dominance – není aditivní a účinek dané alely závisí na typu alely na homologním chromosomu
VI … složka genetických nealelních interakcí (epistáze)
- v polygenním systému se tedy variance vyjadřuje jako
VP = VA + VD + VI + VE + VGE
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.
