反応規範

生態学と遺伝学において、反応規範（反応規範とも呼ばれる）は、さまざまな環境における単一の遺伝子型の表現型発現パターンを記述する。反応規範の用途の 1 つは、異なる種、特に関連種がさまざまな環境に反応する方法を記述することである。しかし、単一の種内の異なる遺伝子型は、特定の表現型特性と環境変数に対して異なる反応規範を示すこともある。すべての遺伝子型、表現型特性、環境変数に対して、異なる反応規範が存在する可能性がある。言い換えれば、特性を決定する遺伝的要因と環境要因の相互関係には、非常に複雑なものが存在する可能性がある。この概念は、1909 年にリチャード・ウォルターレックによって導入された。 ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]

モノクローナルの例

自然集団における反応規範を科学的に分析することは非常に難しい場合があります。それは、有性生殖生物の自然集団は、通常、明確に分離された、または表面的に識別可能な遺伝的差異を持たないためです。しかし、人間が生産する種子作物は、特定の遺伝子を含むように操作されることが多く、場合によっては種子ストックがクローンで構成されています。したがって、明確な種子系統は、差別化された反応規範の理想的な例です。実際、農業会社は、まさにこれに基づいて、特定の環境での使用のための種子を販売しています。

種子系統 A にアレルa が含まれ、同じ作物種の種子系統 B に同じ遺伝子のアレル b が含まれているとします。これらの制御された遺伝子グループを使用して、さまざまな環境で各品種 (遺伝子型) を栽培することができます。この範囲は、環境の自然な変動または制御された変動のいずれかです。たとえば、個々の植物は成長サイクル中により多くの水またはより少ない水を受け取る可能性があります。また、植物がさらされる平均温度は、範囲全体で異なる場合があります。

反応規範を単純化すると、種子系統 A は「高水条件」に適し、種子系統 B は「低水条件」に適していると述べることができます。しかし、反応規範の完全な複雑さは、各遺伝子型について、環境要因を表現型特性に関連付ける関数です。モノクローナル種子が栽培される実際の環境を制御または測定することにより、反応規範を具体的に観察できます。たとえば、正規分布が一般的です。もちろん、分布はベル曲線である必要はありません。

近親交配集団からの反応規範

植物の利点の1つは、組換え近交系（RIL）などの同じ遺伝子型を複数の環境で繰り返し評価したり、マルチ環境試験（MET）を実行したりできることです。その後、地理的位置、各環境における全集団から要約された平均形質値、または関連する環境入力を捕捉する明示的なパフォーマンスフリー指標に基づいて、反応規範を調査できます。^[6]

遺伝と環境の相互作用の誤解

科学に詳しくない一般の聴衆や素人科学の聴衆は、反応の規範の存在を誤解したり、単に認識できなかったりすることが多い。各遺伝子型は、表現型の表現の可能な範囲を一定に定めるというのが、広く信じられている考え方である。一般的な考え方では、「遺伝的要素が強い」ものは範囲が狭く、「遺伝的要素が弱い（環境的要素が強い）」ものは表現型の可能性の範囲が広くなる。この限定された概念的枠組みは、IQ、性的指向、利他主義、統合失調症（「生まれか育ちか」を参照）などの人間の特性に関する議論で特によく見られる。

遺伝子型と表現型の相互作用に関する一般的な概念

                               特性スケール
<-----6----------5----------4----------3----------2-- --------1----------0-->
    ^ (遺伝子型A) ^ ^ (遺伝子型B) ^
    | | | |
 環境 <------> その他 環境 <------> その他  
 極端 極端 極端 極端

この一般的な単純化されたイメージの問題は、それが可能な反応基準を表していないということではありません。むしろ、図を 2 次元から 1 次元に縮小することで、個別の重複しない表現型の表現にのみ焦点が当てられ、表現型の表現における局所的な最小値と最大値、および遺伝子型間の表現型の表現の範囲が重複するという、より一般的なパターンが隠れてしまいます。

参照

参考文献

^ Lewontin R、Rose S、Kamin LJ (1984)。『私たちの遺伝子にはない：生物学、イデオロギー、そして人間の本性』。ISBN 0-394-72888-2。
^ Lewontin R、Levins R (1985)。弁証法的生物学者。ハーバード大学出版局。ISBN 0-674-20283-X。
^ Lewontin R (1991).イデオロギーとしての生物学: DNAの教義. ISBN 0-06-097519-9。
^ Lewontin R (2000).三重らせん: 遺伝子、生物、環境。ハーバード大学出版局。ISBN 0-674-00159-1。
^ Griffiths AJ、Miller JH、Suzuki DT、Lewontin RC、Gelbart WM (2000)。「反応の規範と表現型分布」。Griffiths AJ (編)。遺伝子解析入門(第 7 版)。
^ Li X、Guo T、Mu Q、Li X、Yu J (2018年6月)。「ゲノムと環境の決定要因と、表現型の可塑性の基礎となるそれらの相互作用」。米国科学アカデミー紀要。115 ( 26): 6679–6684。doi : 10.1073/ pnas.1718326115。PMC 6042117。PMID 29891664。

[1] Lewontin R、Rose S、Kamin LJ (1984)。『私たちの遺伝子にはない：生物学、イデオロギー、そして人間の本性』。ISBN 0-394-72888-2。

[2] ^ Lewontin R、Levins R (1985)。弁証法的生物学者。ハーバード大学出版局。ISBN 0-674-20283-X。

[3] Lewontin R (1991).イデオロギーとしての生物学: DNAの教義. ISBN 0-06-097519-9。

[4] Lewontin R (2000).三重らせん: 遺伝子、生物、環境。ハーバード大学出版局。ISBN 0-674-00159-1。

[5] Griffiths AJ、Miller JH、Suzuki DT、Lewontin RC、Gelbart WM (2000)。「反応の規範と表現型分布」。Griffiths AJ (編)。遺伝子解析入門(第 7 版)。

[6] Li X、Guo T、Mu Q、Li X、Yu J (2018年6月)。「ゲノムと環境の決定要因と、表現型の可塑性の基礎となるそれらの相互作用」。米国科学アカデミー紀要。115 ( 26): 6679–6684。doi : 10.1073/ pnas.1718326115。PMC 6042117。PMID 29891664。