Oddziaływanie genów nieallelicznych: typy i formy

Przekazywanie cech z pokolenia na pokolenie wynika z interakcji różnych genów ze sobą. Co to jest gen i jakie są rodzaje interakcji między nimi?

Co to jest gen?

Obecnie genom oznaczajednostka przekazywania informacji dziedzicznych. Geny znajdują się w DNA i tworzą jego regiony strukturalne. Każdy gen jest odpowiedzialny za syntezę określonej cząsteczki białka, która determinuje manifestację tej lub innej cechy u ludzi.

Każdy gen ma kilka podgatunków lub alleli,które powodują różne cechy (na przykład brązowy kolor oczu jest spowodowany dominującym allelem genu, podczas gdy niebieski jest cechą recesywną). Allele znajdują się w tych samych obszarach chromosomów homologicznych, a przeniesienie jednego lub drugiego chromosomu określa przejaw tej lub innej cechy.

Wszystkie geny oddziałują ze sobą. Istnieje kilka rodzajów ich interakcji - alleliczne i niealleliczne. W związku z tym rozróżnia się interakcję genów allelicznych i nieallelicznych. Czym się od siebie różnią i jak się przejawiają?

Historia odkrycia

Zanim odkryto typy interakcjigeny niealleliczne, uważano, że możliwa jest tylko całkowita dominacja (jeśli istnieje gen dominujący, to cecha się pojawi; jeśli jej nie ma, to nie będzie cechy). Dominowała doktryna interakcji allelicznej, która przez długi czas była głównym dogmatem genetyki. Dominacja została dokładnie zbadana i odkryto jej rodzaje, takie jak całkowita i niepełna dominacja, kodominacja i naddominacja.

Wszystkie te zasady były zgodne z pierwszym prawem Mendla, które mówiło o jednolitości hybryd pierwszego pokolenia.

Po dalszych obserwacjach i badaniach tak byłozauważono, że nie wszystkie cechy zostały dostosowane do teorii dominacji. Po głębszym badaniu udowodniono, że nie tylko te same geny wpływają na manifestację cechy lub grupy właściwości. W ten sposób odkryto formy interakcji genów nieallelicznych.

Reakcje między genami

Jak powiedziano, przez długi czas dominowała doktrynao dominującym dziedziczeniu. W tym przypadku doszło do interakcji allelicznej, w której cecha przejawiała się tylko w stanie heterozygotycznym. Po odkryciu różnych form interakcji genów nieallelicznych naukowcom udało się wyjaśnić dotychczas niewyjaśnione rodzaje dziedziczenia i uzyskać odpowiedzi na wiele pytań.

Stwierdzono, że regulacja genów jest bezpośredniazależało od enzymów. Enzymy te pozwoliły genom reagować na różne sposoby. W tym przypadku interakcja genów allelicznych i nieallelicznych przebiegała według tych samych zasad i schematów. To pozwoliło nam stwierdzić, że dziedziczenie nie zależy od warunków, w których geny współdziałają, a przyczyna nietypowego przenoszenia cech leży w samych genach.

Interakcja niealleliczna jest wyjątkowa, co pozwala uzyskać nowe kombinacje cech decydujących o nowym stopniu przeżycia i rozwoju organizmów.

Geny niealleliczne

Geny niealleliczne to te, które są zlokalizowane wróżne części niehomologicznych chromosomów. Mają tę samą funkcję syntezy, ale kodują tworzenie różnych białek, które określają różne cechy. Takie geny, reagując ze sobą, mogą powodować rozwój cech w kilku kombinacjach:

• Jedna cecha będzie wynikać z interakcji kilku genów o zupełnie odmiennej strukturze.
• Kilka cech będzie zależeć od jednego genu.

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 nieallelowych?

• Epistaza.
• Polimeryzm.
• Komplementarność.
• Działanie genów modyfikujących.
• Oddziaływanie plejotropowe.

Każdy z tych typów interakcji ma swoje unikalne właściwości i przejawia się na swój własny sposób.

Konieczne jest bardziej szczegółowe omówienie każdego z nich.

Epistaza

Ta interakcja genów nie allelicznych - epistaza- obserwowane w przypadku, gdy jeden gen tłumi aktywność innego (gen supresyjny nazywany jest genem epistatycznym, a gen tłumiony nazywany jest genem hipostatycznym).

Może wystąpić reakcja między tymi genamidominujący i recesywny. Epistaza dominująca występuje, gdy gen epistatyczny (zwykle oznaczany literą I, jeśli nie ma zewnętrznej, fenotypowej manifestacji) tłumi gen hipostatyczny (zwykle oznaczany jako B lub b). Recesywna epistaza występuje, gdy recesywny allel genu epistatycznego hamuje ekspresję któregokolwiek z alleli genu hipostatycznego.

Rozszczepienie fenotypowe, zkażdy z tych typów interakcji jest również inny. W przypadku dominującej epistazy częściej obserwuje się następujący obraz: w drugim pokoleniu według fenotypów podział będzie następujący - 13: 3, 7: 6: 3 lub 12: 3: 1. Wszystko zależy od tego, które geny się zbiegają.

W przypadku nawracającej epistazy podział jest następujący: 9: 3: 4, 9: 7, 13: 3.

Komplementarność

Interakcja genów nie-allelicznych, w której gdy łączą się dominujące allele kilku cech, tworzy się nowy, dotychczas niespotykany fenotyp, nazywany komplementarnością.

Na przykład ten typ reakcji między genami występuje najczęściej w roślinach (zwłaszcza w dyniach).

Jeśli genotyp rośliny ma dominujący allel A lub B, to warzywo nabiera kulistego kształtu. Jeśli genotyp jest nawracający, kształt płodu jest zwykle wydłużony.

W obecności dwóch jednocześnie w genotypiedominujących alleli (A i B), dynia przybiera kształt dysku. Jeśli nadal będziemy krzyżować (to znaczy kontynuować tę interakcję genów nieallelicznych z dyniami z czystej linii), to w drugim pokoleniu można uzyskać 9 osobników o kształcie dysku, 6 o kształcie kulistym i jedną wydłużoną dynia.

Takie skrzyżowanie pozwala na uzyskanie nowych, hybrydowych form roślin o unikalnych właściwościach.

U ludzi ten rodzaj interakcji warunkuje prawidłowy rozwój słuchu (jeden gen - rozwój ślimaka, drugi - nerw słuchowy), aw obecności tylko jednej dominującej cechy pojawia się głuchota.

Polimeryzm

Często manifestacja cechy nie opiera się na obecności dominującego lub recesywnego allelu genu, ale na ich liczbie. Przykładem takiej manifestacji jest interakcja genów nieallelowych - polimeryzacja.

Może wystąpić polimeryczne działanie genówefekt kumulacyjny lub bez niego. W przypadku kumulacji stopień manifestacji cechy zależy od ogólnej interakcji genów (im więcej genów, tym cecha jest wyraźniejsza). Potomstwo z podobnym efektem dzieli się w następujący sposób - 1: 4: 6: 4: 1 (stopień ekspresji cechy zmniejsza się, to znaczy u jednej osoby cecha jest najbardziej wyraźna, u innych obserwuje się jej wyginięcie do znika całkowicie).

Jeśli nie obserwuje się działania kumulacyjnego, tomanifestacja cechy zależy od dominujących alleli. Jeśli istnieje co najmniej jeden taki allel, cecha będzie miała miejsce. Z podobnym efektem rozszczepienie u potomstwa następuje w stosunku 15: 1.

Działanie genów modyfikujących

Stosunkowo rzadko obserwuje się interakcję genów nie allelicznych, kontrolowaną przez działanie modyfikatorów. Przykład takiej interakcji jest następujący:

• Na przykład istnieje gen D, za który odpowiadaintensywność koloru. W stanie dominującym gen ten reguluje pojawianie się koloru, podczas gdy gdy tworzy się recesywny genotyp dla tego genu, nawet jeśli istnieją inne geny bezpośrednio kontrolujące kolor, pojawi się „efekt rozcieńczenia koloru”, który często obserwuje się w mlecznym -Biała mysz.
• Innym przykładem podobnej reakcji jestpojawienie się plam na ciele zwierząt. Na przykład istnieje gen F, którego główną funkcją jest równomierność wybarwienia sierści. Wraz z powstaniem recesywnego genotypu, sierść będzie nierównomiernie zabarwiona, z pojawieniem się, na przykład, białych plam w określonym obszarze ciała.

Taka interakcja genów nieallelicznych u ludzi jest raczej rzadka.

Plejotropia

W tego typu interakcji jeden gen reguluje ekspresję lub wpływa na nasilenie innego genu.

U zwierząt plejotropia objawiała się w następujący sposób:

• U myszy przykładem plejotropii jestkarłowatość. Zauważono, że podczas krzyżowania fenotypowo normalnych myszy w pierwszym pokoleniu wszystkie myszy okazały się karłowate. Stwierdzono, że karłowatość jest spowodowana recesywnym genem. Recesywne homozygoty przestały rosnąć, a 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.
• Platynowe zabarwienie lisów. Plejotropia w tym przypadku przejawiała się śmiercionośnym genem, który w momencie powstania dominującej homozygoty powodował śmierć zarodków.
• U ludzi interakcje plejotropowe wykazano na przykładzie fenyloketonurii, a także zespołu Marfana.

Rola oddziaływań nieallelowych

W kategoriach ewolucyjnych wszystkie powyższe gatunkiinterakcje genów nieallelowych odgrywają ważną rolę. Nowe kombinacje genów dają początek nowym cechom i właściwościom organizmów żywych. W niektórych przypadkach znaki te przyczyniają się do przetrwania organizmu, w innych wręcz przeciwnie, powodują śmierć tych osobników, które będą się znacząco wyróżniać wśród ich gatunku.

Nie-alleliczne interakcje genów są szeroko rozpowszechnionestosowany w genetyki hodowlanej. Dzięki tej rekombinacji genów zachowane są niektóre typy organizmów żywych. Inne gatunki uzyskują właściwości cenione we współczesnym świecie (np. Rozwój nowej rasy zwierząt o większej wytrzymałości i sile fizycznej niż osobniki rodzicielskie).

Trwają prace nad wykorzystaniem tego rodzaju dziedziczenia u ludzi w celu wykluczenia negatywnych cech z ludzkiego genomu i stworzenia nowego, wolnego od defektów genotypu.