オムニジェニックモデル

オムニジェニックモデルは、エヴァン・A・ボイル、ヤン・I・リー、ジョナサン・K・プリチャードによって初めて提唱され、複雑な形質の遺伝率に関する仮説を説明しています。^[1]ポリジーンを超えて、著者らは細胞内で発現するすべての遺伝子が特定の形質の発現に影響を与えることを提案しています。さらに、このモデルでは、発現に直接影響を与えない周辺遺伝子は、発現に直接影響を与えるコア遺伝子よりも形質の遺伝率を説明すると述べています。著者らが提案するこの効果を促進するプロセスは「ネットワーク多面的発現」と呼ばれ、周辺遺伝子は直接的な影響を与えるのではなく、同じ細胞内で媒介されることによってコア遺伝子に影響を与えることができます。^[2]

提案されたオムニジェニックモデルは、多遺伝子モデルとフィッシャーの無限小モデルに関する以前の研究を基にした非メンデル遺伝の一種です。多遺伝子モデルでは、身長などの形質が集団内で連続的であるためには、その形質をコードする遺伝子が多数存在する必要があります。そうでない場合、形質の発現は対立遺伝子の可能な組み合わせの数によって制限されます。連続的な形質をコードする多くの遺伝子は、環境条件によってさらに変更されます。^[3]

フィッシャーの無限小モデルと同様に、オムニジェニックモデルは、形質をコードする遺伝子の数が増えるにつれて、各遺伝子が説明する遺伝率の総量は減少することを提案しています。^[4]しかし、オムニジェニックモデルの場合、遺伝子はコア遺伝子と周辺遺伝子の2つのグループに分類されます。コア遺伝子は、形質の発現に直接影響を与える比較的少数の遺伝子であり、周辺遺伝子はコア遺伝子に直接影響を及ぼしません。コア遺伝子は形質の遺伝率に大きな検出可能な影響を与える可能性がありますが、コア遺伝子の小さな影響がコア遺伝子よりもはるかに多いため、コア遺伝子は周辺遺伝子よりも遺伝率をあまり説明しません。コア遺伝子と周辺遺伝子の識別と区別はまだ調査中です。^[5]

オムニジェニック仮説は遺伝学の分野に幅広い影響を及ぼし、特に疾患を予測する遺伝子変異の検出におけるゲノムワイド関連研究(GWAS) の有効性に関して影響が大きい。 ^[6] GWAS は疾患の発生を予測する遺伝子変異を検出する。例えば、GWAS は II 型糖尿病の遺伝率の 10% に関与する遺伝子変異を特定した。^[7]オムニジェニックモデルでは、これらの検出された変異は他の周辺遺伝子効果ほど重要ではない可能性がある。^[8]オムニジェニック仮説は、GWAS によって検出された重要な遺伝子変異が集団間で異なる理由も説明できる可能性があり、これが臨床現場での GWAS の有用性を複雑にしている。^[9]コア遺伝子の特定は、生物学的洞察を提供するために依然として重要であると考えられている。^[5]

1999年、自閉症スペクトラム障害（ASD）は、その発現に関連する15以上の形質を持つ高度に多遺伝子性の形質であると判定されました。^[10]この結論は、オムニジェニックモデルの形成に照らして再検討され、異議が唱えられました。^[11]この疾患に関する現在の理解では、ASDの発現と重症度に影響を与える可能性のある遺伝子が何千も特定されていますが、これらの遺伝子は、幼少期の神経発達の欠陥など、同様の経路を通じて作用します。^[12]

オムニジェニックモデルを支持するために提案された最初の証拠は、ゲノム全体にわたる形質の広範な影響と、細胞特異的な疾患経路が遺伝性を完全に説明できないという2つの主な要素から来ています。^[1]連続的な形質をコードする遺伝子はゲノム全体に広く見られ、形質発現に重要な影響を与える遺伝子は10,000〜100,000塩基対ごとに発生します。ゲノム内のこれらの重要な影響間の距離は、これらの重要な遺伝子が同様の制御経路に結び付けられていないことを示唆しています。同様に、一部の疾患では、すべての細胞に広く見られる遺伝子は、細胞特異的な疾患経路内で発現する遺伝子よりも遺伝性に強い影響を与えるのが一般的です。

この最初の証拠以来、遺伝子発現におけるトランス調節要素の文書化により、オムニジェニックモデルへの支持は高まっています。 ^[8]トランス調節要素は、多くの遠方の遺伝子の発現を変更および制御するDNA配列です。トランス調節要素が遺伝率に大きく影響するという証拠は、末梢遺伝子が形質発現と遺伝率に影響を与えるメカニズムに対する支持を構築します。

人間以外にも、動物や植物全体でオムニジェニックな形質の証拠が見つかっています。^{[13] [14]}例えば、ユーラシアのポプラ（Populus tremula）は、生息域全体で葉の形に大きなばらつきがありますが、葉の形を決定するコア遺伝子はゲノムワイド関連研究を使用して特定することができず、これは葉の形が統計的に有意でない小さな効果サイズを持つ多くの遺伝子によって決定されていることを示唆しています。

オムニジェニックモデルは、適応の原因となる形質を特定しようとする進化生物学における現代の取り組みに異議を唱えるものである。^[15]オムニジェニックモデルでは、1個から数個の遺伝子の変化の結果としての形質適応はまれであり、形質適応の大部分はゲノム全体にわたる対立遺伝子頻度の小さな変化によって引き起こされる可能性がある。ゲノム全体にわたるこれらの小さな変化は、形質発現に大きな影響を与えることになる。広範囲にわたる遺伝子発現適応を検出する方法が開発されており、多くの適応が高度に多遺伝子性であるという証拠を提供している。^{[16] [17] [18]}