基因型的環(huán)境交互(genotype by environment interaction, GEI)對(duì)研究復(fù)雜的生物性狀是必不可少的。然而，對(duì)人類而言，由于環(huán)境數(shù)據(jù)采集的困難以及環(huán)境影響效果弱，難以鑒定GEI效應(yīng)相關(guān)的基因型。近日，來自昆士蘭大學(xué)的研究人員通過對(duì)大量樣本的分析推導(dǎo)出基因型和表型之間的聯(lián)系，從而繞過了采集環(huán)境因素的困難。作者通過對(duì)英國(guó)biobank數(shù)據(jù)庫中無親緣關(guān)系的348501人的5600萬個(gè)突變的基因組水平的變異數(shù)量性狀位點(diǎn)(variance quantitative trait locus, vQTL)進(jìn)行了分析，鑒定出了9個(gè)性狀的75個(gè)vQTLs，而且這些性狀與肥胖相關(guān)性大。隨后，對(duì)5個(gè)環(huán)境因素的GEI分析表明，GEI效應(yīng)與vQTLs的富集相關(guān)性強(qiáng)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素可以增強(qiáng)或減弱基因型對(duì)體重指數(shù)(body mass index, BMI) 的影響。相反，身高則主要由遺傳決定，受環(huán)境因素影響小。

這一發(fā)現(xiàn)有助于研究對(duì)于任何特定的性狀，不同的基因型是否也會(huì)受到環(huán)境因素的影響。

楊教授說：“對(duì)于大多數(shù)人類的性狀，比如身高或體重指數(shù)，都是很復(fù)雜的，因?yàn)樗鼈兪茉S多遺傳因素以及環(huán)境因素的共同影響?！?/p>

 “但是，這些性狀的不同基因型是否受環(huán)境因素的影響還不清楚——DNA的差異可能影響性狀，但在不同的環(huán)境中這種影響效果是否穩(wěn)定？”

“比如，前期的研究表明CHRNA5-A3-B4基因簇與吸煙和尼古丁依賴有關(guān)，然而近期的GWAS結(jié)果并不支持這個(gè)基因與肺功能的聯(lián)系。因此，我們假設(shè)CHRNA5-A3-B4基因簇通過對(duì)肺功能的影響由吸煙決定，并發(fā)現(xiàn)調(diào)整表型后這個(gè)基因位點(diǎn)的vQTL仍具有信號(hào)，而前期研究結(jié)果顯示這個(gè)基因位點(diǎn)影響QTL相關(guān)信號(hào)，說明這個(gè)基因位點(diǎn)具有GEI效應(yīng)?！?/p>

 “盡管大家都知道吸煙對(duì)肺功能的影響，但是，如果你不知道環(huán)境條件(比如吸煙)，如何發(fā)現(xiàn)基因型是否受到環(huán)境條件的影響？”

對(duì)于人類而言，測(cè)量一個(gè)人所接觸到的所有可能的環(huán)境因素是難以實(shí)現(xiàn)的，因此研究人員決定采取不同的方法。

研究人員從記錄有超過30萬人身高和體重指數(shù)等復(fù)雜性狀的數(shù)據(jù)庫中，尋找與這些性狀變異相關(guān)的基因型。

他們發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)于具有相同基因型的個(gè)體，體重指數(shù)(BMI)也可能存在顯著差異，但與身高相關(guān)的基因型并非如此。

表1：基因組分析顯示13個(gè)性狀相關(guān)的vQTLs和QTLs數(shù)量。其中肥胖相關(guān)性狀如體重指數(shù)(BMI)、腰圍(WC)、臀圍(HC)等形狀相關(guān)vQTLs數(shù)量較高。

圖1：與隨機(jī)QTLs組相比75個(gè)vQTLs中GEI效應(yīng)的富集。其中五個(gè)環(huán)境因素分別為：性別、年齡、身體活動(dòng)(PA)、久坐行為(SB)和吸煙。

(A) 75個(gè)vQTL SNPs的GEI測(cè)試統(tǒng)計(jì)量的熱圖?！?” 表示Bonferroni校正后GEI效果顯著。

(B) 75個(gè)QTL SNPs的顯著GEI效應(yīng)數(shù)量分布。紅線表示75個(gè)vQTL SNP的顯著GEI效應(yīng)的數(shù)量(即16)。

楊教授說：“我們發(fā)現(xiàn)了大量與身高相關(guān)的遺傳因素，但它們的影響似乎對(duì)環(huán)境條件不敏感，但對(duì)于體重指數(shù)和其它一些肥胖相關(guān)性狀的遺傳因素，似乎對(duì)環(huán)境條件更為敏感?！?/p>

“身高當(dāng)然會(huì)受到環(huán)境的影響，也會(huì)受到基因的影響，但這些因素似乎是獨(dú)立的?！?/p>

 “了解這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗茏屛覀冋业接绊懟蚬δ艿膹?fù)雜的環(huán)境因素?！?/p>

 “通過進(jìn)一步的研究來理解特定基因位點(diǎn)的遺傳效應(yīng)對(duì)環(huán)境敏感的原因是很有意義的，因?yàn)閷?duì)基因型和環(huán)境交互作用機(jī)制的理解能夠促進(jìn)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究。”

總之，這一發(fā)現(xiàn)為研究體重指數(shù)和身高等的基因環(huán)境交互作用提供了新的線索。同時(shí)，這項(xiàng)研究通過對(duì)常用的vQTL分析方法的調(diào)整，提供了一種更好的方法，可以在沒有環(huán)境數(shù)據(jù)條件下，更好的對(duì)大量樣本的分析來發(fā)現(xiàn)基因型與環(huán)境的聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

Huanwei Wang et al, Genotype-by-environment interactions inferred from genetic effects on phenotypic variability in the UK Biobank, Science Advances (2019).

DOI: 10.1126/sciadv.aaw3538

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