Systems genetics in action: from the laboratory to real-world benefits

Systems genetics technologies - QTL and eQTL analyses combined with omics data - are now being applied in medicine, agriculture and ecology to solve real-world problems.

Medicine: neutralise disease at the root

eQTL assays can identify regulators that control the expression of disease-related genes. In mouse studies, for example, thousands of eQTLs have helped identify key gene hotspots in immune and neurodegenerative diseases. These data are already being used to develop new approaches to therapies aimed at regulating precisely these hubs.

Agroinnovation: sustainable and productive crops

Integrating genomics and proteo-metabolomics is helping to create more productive crops. In cows with different diets, eQTL analysis has identified genes affecting feed efficiency and milk production. In plants such as maize, genetics systems have helped to recognise gene networks responsible for resistance to diseases such as grey spot, and in cotton, for yield through machine.

Ecology and host pathogen: understanding the struggle at the molecular level

The use of systems genetics in population models, like Collaborative Cross in mice, reveals genetic determinants of response to infections. This helps to understand the variability of resistance among individuals. Similarly, in plants (e.g. lentils, tomatoes) omics studies provide insights into the signalling chains activated when pathogens attack.

Assessing adaptation and positive selection

Systems genetics applies QTL and omics data to identify molecules altered by adaptation. For example, evolutionary studies have used eQTLs in conjunction with analyses of positive selection signals and interaction networks to uncover mechanisms of adaptation at the molecular level.

Principle of action

1. Experiment design: selection of population (model organisms or natural populations), conditions and data layers.

2. Data collection (sequencing, proteome - mass-spec, metabolomics).

3. QTL and eQTL analyses, construction of regulatory networks (transcriptome-protein-metabolite).

4. Statistical analysis (mixed models) to identify causal relationships.

5. Verification: genetically modified organisms or field/clinical validation.

Conclusion

Systems genetics is already providing practical benefits:

- In medicine - precise targets for therapy;

- in agribusiness - sustainable and efficient crops and animals;

- in ecology - understanding adaptation, pathogen control and biodiversity conservation.

It is a technology that works at the intersection of scale: from molecule to ecosystem, and from theory to action. Important: these are not future possibilities - they are now.

Source

---

Системная генетика в деле: от лаборатории к реальной пользе

Технологии системной генетики — QTL‑ и eQTL‑анализ в комбинации с омics‑данными — сегодня применяются в медицине, сельском хозяйстве и экологии для решения реальных задач.

Медицина: нейтрализовать болезнь на корню

eQTL‑анализы позволяют выявлять регуляторы, контролирующие экспрессию генов, связанных с заболеваниями. Так, в исследованиях на мышах тысячи eQTL помогли определить ключевые генные «горячие точки» при иммунных и нейродегенеративных заболеваниях. Эти данные уже используются для разработки новых подходов к терапии, направленных на регулировку именно этих узлов.

Агроинновации: устойчивые и продуктивные культуры

Интеграция геномики и протео‑метаболомики помогает создать более продуктивные культуры. В коровах с различным рационом eQTL‑анализ выявил гены, влияющие на эффективность кормления и производство молока. У растений, например кукурузы, системы генетики помогли распознать генные сети, ответственные за устойчивость к болезням, таким как серые пятна, а в хлопке — за урожайность через машинное.

Экология и патоген–хозяин: понимание борьбы на молекулярном уровне

Использование системной генетики в популяционных моделях, как Collaborative Cross у мышей, выявляет генетические детерминанты ответа на инфекции. Это помогает понять вариабельность устойчивости среди индивидуумов. Аналогично, в растениях (например, чечевице, томатах) omics-исследования дают представление о цепочках сигналов, активируемых при атаке патогенов.

Оценка адаптации и позитивного отбора

Системная генетика применяет QTL и омics‑данные, чтобы идентифицировать молекулы, измененные адаптацией. Так, в эволюционных исследованиях eQTL использовались совместно с анализом сигналов позитивного отбора и сетями взаимодействий, что позволило обнаружить механизмы адаптации на молекулярном уровне.

Принцип действия

1. Проектирование эксперимента: выбор популяции (модельных организмов или природных популяций), условия и слои омics‑данных.

2. Сбор данных (секвенирование, протеом — mass-spec, метаболомика).

3. QTL и eQTL‑анализ, построение сетей регуляции (transcriptome–protein–metabolite).

4. Статистический анализ (mixed models) для выявления причинных связей.

5. Верификация: генетически модифицированные организмы или валидация в полевых/клинических условиях.

Системная генетика уже приносит практическую пользу:

• в медицине — точные мишени для терапии;

• в агросекторе — устойчивые и эффективные культуры и животные;

• в экологии — понимание адаптации, борьбы с патогенами и сохранения биоразнообразия.

Это технология, которая работает на стыке масштаба: от молекулы до экосистем, и от теории — к делу. Важно: это не будущие возможности — это уже сейчас.

Источник