Η μετάδοση των χαρακτηριστικών από γενιά σε γενιά οφείλεται στην αλληλεπίδραση διαφόρων γονιδίων μεταξύ τους. Τι είναι ένα γονίδιο και ποιοι είναι οι τύποι αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους;
Τι είναι ένα γονίδιο;
Προς το παρόν, το γονιδίωμα σημαίνειμονάδα διαβίβασης κληρονομικών πληροφοριών. Τα γονίδια βρίσκονται στο DNA και σχηματίζουν τις δομικές του περιοχές. Κάθε γονίδιο είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση ενός συγκεκριμένου πρωτεϊνικού μορίου, το οποίο καθορίζει την εκδήλωση αυτού ή αυτού του χαρακτηριστικού στους ανθρώπους.
Κάθε γονίδιο έχει πολλά υποείδη ή αλληλόμορφα,που προκαλούν μια ποικιλία χαρακτηριστικών (για παράδειγμα, το καφέ χρώμα των ματιών οφείλεται στο κυρίαρχο αλληλόμορφο του γονιδίου, ενώ το μπλε είναι υπολειπόμενο χαρακτηριστικό). Τα αλληλόμορφα βρίσκονται στις ίδιες περιοχές ομόλογων χρωμοσωμάτων και η μεταφορά ενός ή άλλου χρωμοσώματος καθορίζει την εκδήλωση ενός ή άλλου χαρακτηριστικού.
Όλα τα γονίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αλληλεπίδρασης τους - αλληλόμορφο και μη αλληλικό. Κατά συνέπεια, διακρίνεται η αλληλεπίδραση αλληλόμορφων και μη αλληλικών γονιδίων. Πώς διαφέρουν μεταξύ τους και πώς εκδηλώνονται;
Ιστορικό ανακαλύψεων
Πριν ανακαλυφθούν τύποι αλληλεπίδρασηςμη αλληλόμορφα γονίδια, πιστεύεται ότι είναι δυνατή μόνο η πλήρης κυριαρχία (εάν υπάρχει ένα κυρίαρχο γονίδιο, τότε το χαρακτηριστικό θα εμφανιστεί · εάν δεν υπάρχει, τότε δεν θα υπάρχει χαρακτηριστικό). Υπήρχε το δόγμα της αλληλικής αλληλεπίδρασης, το οποίο για μεγάλο χρονικό διάστημα ήταν το κύριο δόγμα της γενετικής. Η κυριαρχία ερευνήθηκε προσεκτικά και ανακαλύφθηκαν οι τύποι της, όπως η πλήρης και ατελής κυριαρχία, η συν-κυριαρχία και η υπεροχή.
Όλες αυτές οι αρχές υπακούουν στον πρώτο νόμο του Μεντέλ, ο οποίος ανέφερε την ομοιομορφία των υβριδίων πρώτης γενιάς.
Με περαιτέρω παρατήρηση και έρευνα, ήτανΠαρατηρήθηκε ότι δεν προσαρμόστηκαν όλα τα χαρακτηριστικά στη θεωρία της κυριαρχίας. Με μια βαθύτερη μελέτη, αποδείχθηκε ότι όχι μόνο τα ίδια γονίδια επηρεάζουν την εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού ή μιας ομάδας ιδιοτήτων. Έτσι, ανακαλύφθηκαν οι μορφές αλληλεπίδρασης μη αλληλικών γονιδίων.
Αντιδράσεις μεταξύ γονιδίων
Όπως ειπώθηκε, για μεγάλο χρονικό διάστημα, το δόγμα επικράτησεγια την κυρίαρχη κληρονομιά. Σε αυτήν την περίπτωση, πραγματοποιήθηκε μια αλληλική αλληλεπίδραση, στην οποία το χαρακτηριστικό εκδηλώθηκε μόνο σε ετερόζυγη κατάσταση. Αφού ανακαλύφθηκαν οι διάφορες μορφές αλληλεπίδρασης μη αλληλικών γονιδίων, οι επιστήμονες μπόρεσαν να εξηγήσουν τους μέχρι τώρα ανεξήγητους τύπους κληρονομιάς και να λάβουν απαντήσεις σε πολλές ερωτήσεις.
Διαπιστώθηκε ότι η γονιδιακή ρύθμιση άμεσαεξαρτάται από τα ένζυμα. Αυτά τα ένζυμα επέτρεψαν στα γονίδια να αντιδράσουν με διαφορετικούς τρόπους. Σε αυτήν την περίπτωση, η αλληλεπίδραση αλληλόμορφων και μη αλληλικών γονιδίων προχώρησε σύμφωνα με τις ίδιες αρχές και σχήματα. Αυτό μας επέτρεψε να συμπεράνουμε ότι η κληρονομιά δεν εξαρτάται από τις συνθήκες στις οποίες αλληλεπιδρούν τα γονίδια, και ο λόγος για την άτυπη μετάδοση των χαρακτηριστικών έγκειται στα ίδια τα γονίδια.
Η αλληλεπίδραση χωρίς αλληλόμορφα είναι μοναδική, η οποία επιτρέπει σε κάποιον να αποκτήσει νέους συνδυασμούς χαρακτηριστικών που καθορίζουν έναν νέο βαθμό επιβίωσης και ανάπτυξης οργανισμών.
Μη αλληλόμορφα γονίδια
Τα μη αλληλικά γονίδια είναι εκείνα που εντοπίζονταιδιαφορετικά μέρη μη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Έχουν την ίδια συνθετική λειτουργία, αλλά κωδικοποιούν τον σχηματισμό διαφόρων πρωτεϊνών που καθορίζουν διαφορετικά χαρακτηριστικά. Τέτοια γονίδια, που αντιδρούν μεταξύ τους, μπορούν να προκαλέσουν την ανάπτυξη χαρακτηριστικών σε διάφορους συνδυασμούς:
- Ένα χαρακτηριστικό θα οφείλεται στην αλληλεπίδραση πολλών γονιδίων που έχουν εντελώς διαφορετική δομή.
- Διάφορα χαρακτηριστικά θα εξαρτηθούν από ένα μόνο γονίδιο.
Οι αντιδράσεις μεταξύ αυτών των γονιδίων είναι κάπως πιο περίπλοκες από ό, τι με αλληλικές αλληλεπιδράσεις. Ωστόσο, κάθε ένας από αυτούς τους τύπους αντιδράσεων έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά.
Ποιοι είναι οι τύποι αλληλεπίδρασης μη αλληλικών γονιδίων;
- Επίστασις.
- Πολυμερισμός.
- Συμπληρωματικότητα.
- Δράση τροποποιητικών γονιδίων.
- Πλειοτροπική αλληλεπίδραση.
Κάθε ένας από αυτούς τους τύπους αλληλεπίδρασης έχει τις δικές του μοναδικές ιδιότητες και εκδηλώνεται με τον δικό του τρόπο.
Είναι απαραίτητο να σταθούμε λεπτομερέστερα σε καθένα από αυτά.
Επίστασις
Αυτή η αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων - επίσταση- παρατηρείται όταν ένα γονίδιο καταστέλλει τη δραστηριότητα ενός άλλου (το κατασταλτικό γονίδιο ονομάζεται επιστατικό γονίδιο και το κατασταλμένο γονίδιο ονομάζεται υποστατικό γονίδιο).
Η αντίδραση μεταξύ αυτών των γονιδίων μπορεί να είναικυρίαρχη και υπολειπόμενη. Η κυρίαρχη επίσταση συμβαίνει όταν ένα επιστητικό γονίδιο (που συνήθως υποδηλώνεται με το γράμμα Ι, εάν δεν έχει εξωτερική, φαινοτυπική εκδήλωση) καταστέλλει ένα υποστατικό γονίδιο (συνήθως συμβολίζεται ως Β ή β). Η υπολειπόμενη επίσταση συμβαίνει όταν το υπολειπόμενο αλληλόμορφο του επιστητικού γονιδίου αναστέλλει την έκφραση οποιουδήποτε από τα αλληλόμορφα του υποστατικού γονιδίου.
Φαινοτυπική διάσπαση, μεκάθε ένας από αυτούς τους τύπους αλληλεπιδράσεων είναι επίσης διαφορετικός. Με κυρίαρχη επίσταση, παρατηρείται συχνότερα η ακόλουθη εικόνα: στη δεύτερη γενιά με φαινότυπους, η διαίρεση θα είναι η ακόλουθη - 13: 3, 7: 6: 3 ή 12: 3: 1. Όλα εξαρτώνται από το ποια γονίδια συγκλίνουν.
Με επαναλαμβανόμενη επίσταση, η διαίρεση έχει ως εξής: 9: 3: 4, 9: 7, 13: 3.
Συμπληρωματικότητα
Η αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων, κατά την οποία, όταν συνδυάζονται τα κυρίαρχα αλληλόμορφα πολλών χαρακτηριστικών, σχηματίζεται ένας νέος, μέχρι σήμερα ανεκπλήρωτος φαινότυπος και ονομάζεται συμπληρωματικότητα.
Για παράδειγμα, αυτός ο τύπος αντίδρασης μεταξύ γονιδίων είναι πιο συνηθισμένος στα φυτά (ειδικά στις κολοκύθες).
Εάν ο γονότυπος του φυτού έχει κυρίαρχο αλληλόμορφο Α ή Β, τότε το λαχανικό παίρνει σφαιρικό σχήμα. Εάν ο γονότυπος είναι επαναλαμβανόμενος, τότε το σχήμα του εμβρύου είναι συνήθως επιμηκυμένο.
Παρουσία δύο στον γονότυπο ταυτόχρονακυρίαρχα αλληλόμορφα (Α και Β), η κολοκύθα έχει σχήμα δίσκου. Εάν συνεχίσουμε να διασχίζουμε (δηλαδή να συνεχίσουμε αυτήν την αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων με κολοκύθες καθαρής γραμμής), τότε στη δεύτερη γενιά είναι δυνατό να πάρουμε 9 άτομα με σχήμα δίσκου, 6 με σφαιρικό σχήμα και μία κολοκύθα με μακρόστενο σχήμα.
Μια τέτοια διασταύρωση επιτρέπει την απόκτηση νέων, υβριδικών μορφών φυτών με μοναδικές ιδιότητες.
Στους ανθρώπους, αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης καθορίζει την κανονική ανάπτυξη της ακοής (το ένα γονίδιο - η ανάπτυξη του κοχλία, το άλλο - το ακουστικό νεύρο), και παρουσία μόνο ενός κυρίαρχου χαρακτηριστικού, εμφανίζεται κώφωση.
Πολυμερισμός
Συχνά, η εκδήλωση ενός γνωρίσματος δεν βασίζεται στην παρουσία ενός κυρίαρχου ή υπολειπόμενου αλληλόμορφου γονιδίου, αλλά στον αριθμό τους. Η αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων - πολυμερισμός - είναι ένα παράδειγμα μιας τέτοιας εκδήλωσης.
Η πολυμερική δράση των γονιδίων μπορεί να συμβεί μεσωρευτικό αποτέλεσμα ή χωρίς αυτό. Με τη συσσώρευση, ο βαθμός εκδήλωσης ενός χαρακτηριστικού εξαρτάται από τη γενική αλληλεπίδραση γονιδίων (όσο περισσότερα γονίδια, τόσο πιο έντονο είναι το χαρακτηριστικό). Οι απόγονοι με παρόμοιο αποτέλεσμα διαιρούνται ως εξής - 1: 4: 6: 4: 1 (ο βαθμός έκφρασης του γνωρίσματος μειώνεται, δηλαδή, σε ένα άτομο το χαρακτηριστικό είναι πιο έντονο, σε άλλα, η εξαφάνισή του παρατηρείται έως ότου εξαφανίζεται εντελώς).
Εάν δεν παρατηρηθεί σωρευτική ενέργεια, τότεη εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού εξαρτάται από τα κυρίαρχα αλληλόμορφα. Εάν υπάρχει τουλάχιστον ένα τέτοιο αλληλόμορφο, το χαρακτηριστικό θα λάβει χώρα. Με αυτό το αποτέλεσμα, ο διαχωρισμός στους απογόνους συμβαίνει σε αναλογία 15: 1.
Δράση τροποποιητικών γονιδίων
Η αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων, που ελέγχεται από τη δράση τροποποιητών, παρατηρείται σχετικά σπάνια. Ένα παράδειγμα τέτοιας αλληλεπίδρασης είναι το ακόλουθο:
- Για παράδειγμα, υπάρχει ένα γονίδιο D, το οποίο είναι υπεύθυνο γιαένταση χρώματος. Στην κυρίαρχη κατάσταση, αυτό το γονίδιο ρυθμίζει την εμφάνιση του χρώματος, ενώ όταν σχηματίζεται υπολειπόμενος γονότυπος για αυτό το γονίδιο, ακόμη και αν υπάρχουν άλλα γονίδια που ελέγχουν άμεσα το χρώμα, θα εμφανιστεί ένα «φαινόμενο αραίωσης χρώματος», το οποίο παρατηρείται συχνά στο γαλακτώδες -λευκά ποντίκια.
- Ένα άλλο παράδειγμα παρόμοιας αντίδρασης είναιτην εμφάνιση κηλίδωσης στο σώμα των ζώων. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα γονίδιο F, η κύρια λειτουργία του οποίου είναι η ομοιομορφία της βαφής του παλτού. Με το σχηματισμό υπολειπόμενου γονότυπου, το τρίχωμα θα χρωματιστεί άνισα, με την εμφάνιση, για παράδειγμα, λευκών κηλίδων σε μια ή άλλη περιοχή του σώματος.
Μια τέτοια αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων στους ανθρώπους είναι μάλλον σπάνια.
Πλειοτροπία
Σε αυτόν τον τύπο αλληλεπίδρασης, ένα γονίδιο ρυθμίζει την έκφραση ή επηρεάζει τη σοβαρότητα ενός άλλου γονιδίου.
Στα ζώα, η πλειοτροπία εκδηλώθηκε ως εξής:
- Στα ποντίκια, ένα παράδειγμα πλειοτροπίας είναινανισμός. Παρατηρήθηκε ότι κατά τη διέλευση φαινοτυπικά φυσιολογικών ποντικών στην πρώτη γενιά, όλα τα ποντίκια αποδείχθηκαν νάνοι. Συμπεραίνεται ότι ο νανισμός προκαλείται από υπολειπόμενο γονίδιο. Οι υπολειπόμενοι ομοζυγωτές σταμάτησαν να αναπτύσσονται και τα εσωτερικά τους όργανα και οι αδένες τους δεν είχαν αναπτυχθεί. Αυτό το γονίδιο για τον νανισμό επηρέασε την ανάπτυξη της υπόφυσης σε ποντίκια, η οποία οδήγησε σε μείωση της σύνθεσης ορμονών και προκάλεσε όλες τις συνέπειες.
- Χρωματισμός πλατίνας σε αλεπούδες. Σε αυτή την περίπτωση, η πλειοτροπία εκδηλώθηκε με ένα θανατηφόρο γονίδιο, το οποίο, με το σχηματισμό ενός κυρίαρχου ομοζυγωτού, προκάλεσε τον θάνατο των εμβρύων.
- Στους ανθρώπους, η πλειοτροπική αλληλεπίδραση έχει αποδειχθεί χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της φαινυλκετονουρίας, καθώς και το σύνδρομο Marfan.
Ο ρόλος των μη αλληλικών αλληλεπιδράσεων
Με εξελικτικούς όρους, όλα τα παραπάνω είδηΟι αλληλεπιδράσεις μη αλληλικών γονιδίων παίζουν σημαντικό ρόλο. Νέοι συνδυασμοί γονιδίων δημιουργούν νέα χαρακτηριστικά και ιδιότητες των ζωντανών οργανισμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτά τα σημάδια συμβάλλουν στην επιβίωση του οργανισμού, σε άλλες, αντίθετα, προκαλούν το θάνατο εκείνων των ατόμων που θα ξεχωρίζουν σημαντικά από το είδος τους.
Οι μη αλληλικές αλληλεπιδράσεις γονιδίων είναι ευρέως διαδεδομένεςχρησιμοποιείται στη γενετική αναπαραγωγής. Ορισμένοι τύποι ζωντανών οργανισμών διατηρούνται μέσω αυτού του ανασυνδυασμού γονιδίων. Άλλα είδη αποκτούν ιδιότητες που εκτιμώνται ιδιαίτερα στον σύγχρονο κόσμο (για παράδειγμα, η ανάπτυξη μιας νέας φυλής ζώων με μεγαλύτερη αντοχή και φυσική δύναμη από τα γονικά της άτομα).
Σε εξέλιξη βρίσκεται η χρήση αυτών των τύπων κληρονομικότητας στους ανθρώπους, προκειμένου να αποκλειστούν τα αρνητικά χαρακτηριστικά από το ανθρώπινο γονιδίωμα και να δημιουργηθεί ένας νέος γονότυπος χωρίς ελαττώματα.
