Przekazywanie cech z pokolenia na pokolenie wynika z interakcji między różnymi genami. Co to jest gen i jakie są rodzaje interakcji między nimi?
Co to jest gen?
Pod genem w chwili obecnej mają na myśli jednostkę przekazywania informacji dziedzicznych. Geny znajdują się w DNA i tworzą jego sekcje strukturalne. Każdy gen odpowiada za syntezę określonej cząsteczki białka, która determinuje manifestację określonej cechy u ludzi.
Każdy gen ma kilka podgatunków lub alleli, które powodują różne cechy (na przykład brązowe oczy są spowodowane dominującym allelem genu, podczas gdy niebieskie to cecha recesywna). Allele znajdują się w tych samych regionach chromosomów homologicznych, a przeniesienie jednego lub drugiego chromosomu powoduje manifestację tej lub innej cechy.
Wszystkie geny oddziałują ze sobą. Istnieje kilka rodzajów ich interakcji - alleliczna i niealleliczna. W związku z tym interakcjageny alleliczne i niealleliczne. Czym różnią się od siebie i jak się manifestują?
Historia odkryć
Zanim odkryto rodzaje interakcji genów nie allelicznych, powszechnie przyjmowano, że możliwa jest tylko całkowita dominacja (jeśli istnieje gen dominujący, wówczas cecha się pojawi; jeśli jej nie ma, nie być cechą). Dominowała doktryna interakcji allelicznych, która przez długi czas była głównym dogmatem genetyki. Dominacja została szeroko zbadana i odkryto takie typy, jak całkowita i niepełna dominacja, współdominacja i naddominacja.
Wszystkie te zasady podlegały pierwszemu prawu Mendla, które określało jednolitość hybryd pierwszej generacji.
Po dalszych obserwacjach i badaniach zauważono, że nie wszystkie znaki dostosowały się do teorii dominacji. Dzięki głębszym badaniom udowodniono, że nie tylko te same geny wpływają na manifestację cechy lub grupy właściwości. W ten sposób odkryto formy interakcji genów nie allelicznych.
Reakcje między genami
Jak już powiedziano, przez długi czas dominowała doktryna dominującego dziedziczenia. W tym przypadku doszło do interakcji allelicznej, w której cecha przejawiała się tylko w stanie heterozygotycznym. Po odkryciu różnych form interakcji genów nie allelicznych, naukowcy byli w stanie wyjaśnić niewyjaśnione dotąd rodzaje dziedziczenia i uzyskać odpowiedzi na wiele pytań.
Odkryto, że regulacja genów była bezpośrednio zależna od enzymów. Enzymy te pozwoliły genom na różne reakcje. Jednocześnie interakcja genów allelicznych i nieallelicznych przebiegała według tych samych zasad i wzorców. Doprowadziło to do wniosku, że dziedziczenie nie zależy od warunków interakcji genów, a przyczyna nietypowego przekazywania cech leży w samych genach.
Interakcja niealleliczna jest wyjątkowa, co umożliwia uzyskanie nowych kombinacji cech, które determinują nowy stopień przetrwania i rozwoju organizmów.
Geny nie alleliczne
Nie alleliczne to te geny, które są zlokalizowane w różnych częściach niehomologicznych chromosomów. Pełnią jedną funkcję syntezy, ale kodują powstawanie różnych białek, które powodują różne objawy. Takie geny, reagując ze sobą, mogą powodować rozwój cech w kilku kombinacjach:
- Jedna cecha będzie wynikiem interakcji kilku zupełnie różnych genów.
- Od jednego genu zależy wiele cech.
Reakcje między tymi genami są nieco bardziej skomplikowane niż w przypadku interakcji allelicznych. Jednak każdy z tych typów reakcji ma swoje własne cechy i cechy.
Jakie są rodzaje interakcji genów nie allelicznych?
- Epistaza.
- Polimeria.
- Komplementarność.
- Działanie genów modyfikujących.
- Interakcja plejotropowa.
Wszyscytego typu interakcje mają swoje unikalne właściwości i manifestują się na swój własny sposób.
Powinniśmy omówić każdy z nich bardziej szczegółowo.
Epistaza
Ta interakcja genów nie allelicznych - epistaza - jest obserwowana, gdy jeden gen tłumi aktywność innego (gen tłumiący nazywa się epistatycznym, a tłumiony genem hipostatycznym).
Reakcja między tymi genami może być dominująca lub recesywna. Dominującą epistazę obserwuje się, gdy gen epistatyczny (zazwyczaj oznaczany literą I, jeśli nie ma zewnętrznej, fenotypowej manifestacji) tłumi gen hipostatyczny (zwykle oznacza się go jako B lub b). Recesywna epistaza występuje, gdy allel recesywny genu epistatycznego hamuje ekspresję któregokolwiek z alleli genu hipostatycznego.
Podział według cechy fenotypowej, w przypadku każdego z tych rodzajów interakcji, również jest inny. Przy dominującej epistazie częściej obserwuje się następujący obraz: w drugim pokoleniu według fenotypów podział będzie wyglądał następująco - 13:3, 7:6:3 lub 12:3:1. Wszystko zależy od tego, które geny się zbiegają.
W przypadku epistazy recesywnej podział to: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Komplementarność
Interakcja nie allelicznych genów, w której, gdy łączą się dominujące allele kilku cech, powstaje nowy, dotychczas niespotykany fenotyp, który nazywa się komplementarnością.
Na przykład ten typ reakcji między genami występuje najczęściej w roślinach (zwłaszcza w dyniach).
Jeśli genotyp rośliny ma dominujący allel A lub B, wtedy warzywo przybiera kulisty kształt. Jeśli genotyp jest recesywny, kształt płodu jest zwykle wydłużony.
Jeśli w genotypie występują jednocześnie dwa dominujące allele (A i B), dynia przybiera kształt dysku. Jeśli nadal będziemy krzyżować (tj. kontynuować tę interakcję genów nie allelicznych z dyniami czystej linii), to w drugim pokoleniu można uzyskać 9 osobników o kształcie dysku, 6 o kształcie kulistym i jedną dynię wydłużoną.
Takie krzyżowanie pozwala uzyskać nowe, hybrydowe formy roślin o unikalnych właściwościach.
U ludzi ten rodzaj interakcji powoduje normalny rozwój słuchu (jeden gen rozwoju ślimaka, drugi nerwu słuchowego), aw obecności tylko jednej dominującej cechy pojawia się głuchota.
Polimeria
Często manifestacja cechy opiera się nie na obecności dominującego lub recesywnego allelu genu, ale na ich liczbie. Przykładem takiego przejawu jest oddziaływanie genów nie allelicznych - polimerii.
Polimeryczne działanie genów może przebiegać z efektem kumulacyjnym (skumulowanym) lub bez niego. Podczas kumulacji stopień manifestacji cechy zależy od ogólnej interakcji genów (im więcej genów, tym wyraźniejsza cecha). Potomstwo o podobnym działaniu dzieli się w następujący sposób - 1: 4: 6: 4: 1 (stopień ekspresji cechy maleje, tj. u jednego osobnika cecha jest maksymalnie wyraźna, u innych obserwuje się jej wygaśnięcie aż do całkowitego zaniku).
Jeżeli nie zaobserwujesz żadnego skumulowanego działania, tomanifestacja cechy zależy od dominujących alleli. Jeśli istnieje przynajmniej jeden taki allel, cecha wystąpi. Z podobnym efektem podział potomstwa przebiega w stosunku 15:1.
Działanie genów modyfikujących
Interakcja genów nie allelicznych, kontrolowana przez działanie modyfikatorów, jest stosunkowo rzadka. Przykład takiej interakcji jest następujący:
- Na przykład istnieje gen D odpowiedzialny za intensywność koloru. W stanie dominującym gen ten reguluje pojawianie się barwy, natomiast przy tworzeniu genotypu recesywnego dla tego genu, nawet jeśli istnieją inne geny bezpośrednio kontrolujące barwę, pojawi się „efekt rozcieńczenia barwy”, często obserwowany w mlecznobiałe myszy.
- Innym przykładem takiej reakcji jest pojawienie się plam na ciele zwierząt. Na przykład istnieje gen F, którego główną funkcją jest równomierność wybarwienia wełny. Wraz z powstaniem genotypu recesywnego, sierść będzie nierównomiernie zabarwiona, z pojawieniem się na przykład białych plam w tej lub innej części ciała.
Taka interakcja nie allelicznych genów u ludzi jest dość rzadka.
Pleotropia
W tego typu interakcji jeden gen reguluje ekspresję lub wpływa na stopień ekspresji innego genu.
U zwierząt plejotropia przejawiała się następująco:
- U myszy karłowatość jest przykładem plejotropii. Zaobserwowano, że podczas krzyżowania myszy fenotypowo normalnych wW pierwszym pokoleniu wszystkie myszy okazały się karzełkami. Stwierdzono, że karłowatość jest powodowana przez gen recesywny. Recesywne homozygoty przestały rosnąć, ich narządy wewnętrzne i gruczoły były słabo rozwinięte. Ten gen karłowatości wpłynął na rozwój przysadki mózgowej u myszy, co doprowadziło do zmniejszenia syntezy hormonów i spowodowało wszystkie konsekwencje.
- Zabarwienie platyny u lisów. Pleiotropia w tym przypadku przejawiała się genem śmiercionośnym, który, gdy utworzyła się dominująca homozygota, powodował śmierć zarodków.
- U ludzi wykazano plejotropową interakcję w przypadku fenyloketonurii oraz zespołu Marfana.
Rola interakcji nieallelicznych
W kategoriach ewolucyjnych wszystkie powyższe rodzaje interakcji genów nie allelicznych odgrywają ważną rolę. Nowe kombinacje genów powodują pojawienie się nowych cech i właściwości organizmów żywych. W niektórych przypadkach objawy te przyczyniają się do przetrwania organizmu, w innych wręcz przeciwnie powodują śmierć tych osobników, które będą znacząco wyróżniać się na tle swojego gatunku.
Niealleliczna interakcja genów jest szeroko stosowana w genetyce hodowlanej. Niektóre gatunki żywych organizmów są zachowane dzięki takiej rekombinacji genów. Inne gatunki nabywają właściwości, które są bardzo cenione we współczesnym świecie (np. hodowla nowej rasy zwierząt o większej wytrzymałości i sile fizycznej niż jej rodzice).
Prowadzone są prace nad wykorzystaniem tego rodzaju dziedziczenia u ludzi, abywyeliminowanie negatywnych cech z ludzkiego genomu i stworzenie nowego, wolnego od defektów genotypu.
