Наш блог всегда старается быть информативным и доступным, и мы пишем его с целью сделать его простым и понятным для любого читателя. В этом случае мы позволили себе быть немного более техническими, чтобы объяснить некоторые основы генетического происхождения. Но вам не нужно понимать каждое слово или каждое утверждение в деталях. Мы уверены, что к концу чтения этого поста у вас будут основные концепции, которые позволят вам лучше понять, что стоит за созданием персонализированного исследования предков 24Genetics.
Что такое генетическое наследование?
Чтобы понять масштабы проверки родословной и понять стоящую за ней науку, необходимо объяснить, как организован генетический материал и как работает генетическое наследование.
Как устроен генетический материал?
Генетический материал — это химическая база, в которой хранится вся информация, необходимая для производства и регуляции белков, и он определяет судьбу наших клеток и информацию, определяющую нас как индивидуумов. Генетический материал практически всех известных организмов, за исключением некоторых вирусов, организован в виде ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты).
Полное содержание ДНК организма называется геномом. Геном человека можно разделить на ядерный геном и митохондриальный геном.
С одной стороны, ядерный геном состоит из 23 пар хромосом, которые вместе содержат информацию примерно о 20,000 3 генов, состоящих более чем из 3 миллиардов нуклеотидов. Стоит отметить, что из этих более чем 0.1 миллиардов нуклеотидов, составляющих геном человека, вариабельность между индивидуумами заключается лишь в 23% позиций. Эти 22 пары хромосом организованы в 1 пары аутосомных хромосом (или аутосом) и XNUMX пару половых хромосом, XX для биологических мужчин и XY для биологических женщин.
Митохондриальный геном, напротив, состоит из одной кольцевой цепи, наследование которой происходит исключительно по материнской линии.
Мы можем понимать геном как набор энциклопедий, содержащих всю информацию, необходимую человеку для роста и развития. Эта энциклопедия состоит из 23 томов, каждый из которых представляет каждую из пар хромосом, в которых мы можем прочитать гены, которые мы могли бы представить как слова этой энциклопедии. В свою очередь, эти слова состоят из букв, которые в случае генов соответствуют четырем типам нуклеотидов, составляющих ДНК: аденину, тимину, цитозину и гуанину. Для каждой из позиций будет две возможные буквы (два возможных нуклеотида), которые и будут аллелями.
Рисунок 1. Представление генетического материала человека.
Генетическое наследование можно определить как характеристики, которые наследуются от родителей к потомству. К трансмиссивным относятся признаки, закрепленные в генах, составляющие генотип, а проявление этих признаков и составляет фенотип. Важно иметь в виду, что во многих случаях фенотип определяется не только генотипом, но и влиянием факторов окружающей среды (1). Чтобы сделать простую аналогию для простоты понимания, мы могли бы сказать, что в картине генотип состоит из холста, типа пигмента, цветов, кисти, мазка и т. д., а фенотип — это образ, который мы видеть.
Термин «генетическая изменчивость» относится к различиям в последовательности ДНК между отдельными людьми или популяциями, которые, как упоминалось выше, составляют 0.1% генома человека. Основными источниками изменчивости являются мутации и генетическая рекомбинация.
Что такое мутации?
Мутации — это постоянные и наследуемые изменения в последовательности ДНК. Мутации de novo возникают, когда в репликации ДНК возникает ошибка, которая не исправляется ферментами репарации. Другими словами, это в основном ошибки, которые не имеют известной или обоснованной причины и ведут к генетической модификации. В зависимости от последствий для организма мутации классифицируют на следующие виды:
- Вредоносный: наносит вред организму, тем самым снижая репродуктивную эффективность, т.е. вероятность оставить потомство.
- Выгодно: дает адаптивное преимущество, повышающее репродуктивную эффективность.
- Нейтральный (2).
Большинство мутаций, возникающих в геноме и передающихся потомству, являются полезными или нейтральными, поскольку не влияют отрицательно на жизнеспособность организмов.
Что такое генетическая рекомбинация?
Генетическая рекомбинация — это процесс, при котором гомологичные хромосомы или сегменты хромосом разрываются и соединяются вместе, включая перестройку последовательностей ДНК. Этот процесс происходит во время мейоза, который представляет собой процесс деления клеток, происходящий при половом размножении для образования гамет или половых клеток, как мужских (сперматозоидов), так и женских (яйцеклеток).
Рисунок 2. Генетическая рекомбинация
Из 23 пар хромосом, которыми обладает каждый человек, каждая пара имеет одну хромосому, унаследованную от отца и одну от матери. Поэтому при образовании гамет (сперматозоида и яйцеклетки) особи происходит рекомбинация между двумя хромосомами 23 пар (гомологичными хромосомами), после чего 23 рекомбинировавшие отдельные хромосомы войдут в состав каждой из гамет. Следующее поколение унаследует по одной хромосоме от каждого родителя, таким образом, имея уникальную комбинацию собственного генетического материала. Это показано на рисунке ниже:
Существуют хромосомные позиции, технически называемые локусами, некоторые из которых представляют возможные варианты нуклеотидных последовательностей в гене (аллели). Эти варианты включают однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), которые представляют собой однонуклеотидные вариации, присутствующие по крайней мере у 1% популяции, и частоты аллелей этих вариаций были описаны в разных популяциях. Частота аллелей определяется как доля определенного аллеля из всех возможных аллелей в данной позиции в данной популяции (3).
Именно разница в частотах аллелей между популяциями позволяет производить расчеты предков.
Что такое родословная?
Родословная - очень широкий термин, который трудно определить, поскольку он может интерпретироваться по-разному. В широком смысле оно может иметь генетическую, географическую, историческую или культурную основу.
С точки зрения генетики родословную можно определить как изучение всей генетической информации, унаследованной от наших предков, с определенными мутациями и генетическими вариациями, которые позволяют нам определить наше происхождение.
Популяции демонстрируют генетическую изменчивость в результате демографических событий, в которых они участвовали на протяжении всей истории человечества, таких как миграции и смешение с другими популяциями, болезни с высоким уровнем смертности, географическая изоляция и т. д. (4). Таким образом, наша родословная является результатом сложного смешения популяций с течением времени, начиная с происхождения человеческого вида в Африке около 300,000 5 лет назад и до наших дней (6). Учитывая эти модели генетической изменчивости, можно провести анализ генетических различий и сходств, существующих между человеком и различными популяциями по всему миру, чтобы сделать вывод о происхождении (XNUMX).
Как выполняются расчеты родословной?
Существует три типа тестов на происхождение: аутосомный, митохондриальный и Y-хромосомный. Мы сосредоточимся на тестах аутосомного происхождения.
Тесты аутосомного происхождения выполняют анализ аутосомных хромосом, то есть пар хромосом с 1 по 22, не включая 23-ю пару, которая является половыми хромосомами (XX или XY). Эти 22 пары хромосом наследуются от обоих родителей, таким образом предоставляя совместную информацию о материнской и отцовской линиях (7).
Как упоминалось выше, анализ родословной основан на обнаружении сходства между выборкой конкретного человека и набором разнообразных выборок, составляющих справочную панель или базу данных, происхождение которых известно заранее. Чтобы сделать вывод о происхождении, SNP между ними сравниваются, так что чем больше совпадение между анализируемым образцом и эталонным образцом, тем выше вероятность наличия общего происхождения. Эти результаты в некотором роде отражают, с какими популяциями связана генетическая информация, которую мы унаследовали сегодня, и, следовательно, каково наше генетическое происхождение.
Родословная в 24Genetics
В 24Genetics мы предлагаем вам информацию о вашем генетическом происхождении на географическом уровне. То есть мы связываем ваше генетическое происхождение с географическими регионами, в которых жили ваши предки или с которыми они имели тесный контакт (6). Наш тест на родословную является одной из самых полных на рынке, с справочной базой данных, которая включает ДНК людей, представляющих более 1,500 регионов, поскольку их предки жили в регионе на протяжении поколений. Наша информация классифицируется по 175 странам, штатам, регионам и даже провинциям за период от 700 до 900 лет и может даже обнаруживать генетические сигналы более чем 2,000-летней давности.
Библиография
1. Фенотип | NHGRI [Интернет]. [цитировано 2022 июня 20 г.]. Доступно по адресу: https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Fenotipo.
2. Что такое генетическая изменчивость | Генетическая изменчивость человека [Интернет]. [цитировано 2022 июня 20 г.]. Доступно по адресу: https://www.ebi.ac.uk/training/online/courses/human-genetic-variation-introduction/what-is-genetic-variation/
3. Страчан Т., Рид А.П. Молекулярная генетика человека. Молекулярная генетика человека. Нью-Йорк: Гарланд Наука; 2018. 784 с.
4. Мэтисон И., Скалли А. Что такое родословная? Флинт Дж., редактор. PLOS Genetics [Интернет]. 2020 марта 9 г. [цитировано 2020 марта 23 г.]; 16 (3): e1008624. Доступно по адресу: https://dx.plos.org/10.1371/journal.pgen.1008624.
5. Джоблинг М., Холлокс Э., Херлс М., Кивисилд Т., Тайлер-смит С. Эволюционная генетика человека. Нью-Йорк (США): Garland Science; 2013. 650 с.
6. Royal CD, Novembre J, Fullerton SM, Goldstein DB, Long JC, Bamshad MJ, et al. Вывод генетического происхождения: возможности, проблемы и последствия. Американский журнал генетики человека [Интернет]. 2010 г., 5 мая [цитировано 2022 июня 17 г.]; 86 (5): 661. Доступно по адресу: /pmc/articles/PMC2869013/
7. Темплтон А.Р. Генетика и геномика человеческой популяции. Академическая пресса; 2019.
