Содержание
В плейотропия это генетический феномен, при котором экспрессия гена влияет на фенотипическое проявление других не связанных между собой признаков. Этимологически плейотропия означает «больше изменений» или «множество эффектов»: то есть больше эффектов, чем ожидалось от экспрессии одного гена. Он также известен как полифения (многие фенотипы), но это редко используемый термин.
Одним из явлений наследственности, которое больше всего сбивало с толку генетиков в период зарождения этой науки, было явление мутаций, затрагивающих более чем одного персонажа.
Сначала считалось, что каждый персонаж контролируется одним геном. Потом мы поняли, что для проявления характера может потребоваться участие более чем одного гена.
Однако что наиболее удивительно, так это то, что один-единственный ген может повлиять на проявление более чем одного наследуемого признака, который, по сути, определяет плейотропию.
В целом, когда демонстрируется плейотропия, правильнее сказать, что ответственный ген имеет плейотропные эффекты, чем ген это плейотропный.
Хотя не все соблюдают это соглашение, важно отметить, что ген с плейотропным эффектом кодирует конкретный признак, а не плейотропию. как таковой
В противном случае «нормальность» была бы не чем иным, как плейотропным проявлением действия дикого аллеля одного гена на другие. Однако это генетически неправильно.
Что такое плейотропия
При плейотропии один ген влияет на многие признаки. Это означает, что продукт гена используется во многих типах клеток в разных тканях. Иногда продукт гена может действовать как сигнальная молекула, влияя на функции многих тканей. Ген, который отвечает за окрас шерсти мышей, является плейотропным. Доминантный аллель Y продуцирует желтый цвет шерсти, а рецессивный аллель y продуцирует цвет агути у мышей. Генотип yy продуцирует агути окраса мышей. Генотип Yy продуцирует мышей желтого цвета. Генотип YY производит две черты: окрас шерсти и летальность. Следовательно, эмбрион мышей с генотипом YY преждевременно прекратит свое существование. Поскольку один ген участвует в определении признака при плейотропии, у потомства можно наблюдать только три разных генотипических исхода. Механизм плейотропии показан в Рисунок 1.
Когда происходит мутация в этом гене, могут возникнуть многие симптомы, так как ген влияет на многие признаки. Фенилкетонурия — это заболевание, вызванное мутацией в гене, который кодируется для фермента фенилаланин гидроксилазы. Симптомами фенилкетонурии являются умственная отсталость, снижение волос и пигментация кожи. Ген, несущий смесь как полезных, так и вредных признаков с одним и тем же геном, называется антагонистической плейотропией. Ген р53 подавляет пролиферацию недифференцированных клеток, предотвращая рак. В то же время он подавляет пролиферацию стволовых клеток, предотвращая регенерацию тканей у пожилых. Старение — это еще один пример антагонистической плейотропии, которая повышает физическую форму в молодости, но снижает физическую форму по мере старения.
Рисунок 2: Альбинизм
Альбинизм возникает, когда выработка меланина меланином изменяется мутацией. Это влияет на кожу, волосы и глаза организма. Аутизм, шизофрения, серповидно-клеточная анемия и синдром Марфана являются примерами заболеваний, вызванных плейотропией. Альбинизм в павлине показан в фигура 2.
-Фенилкетонурия
Хорошо известный случай плейотропного эффекта вызван мутантными аллелями, ответственными за фенилкетонурию.
Фенилкетонурия, метаболическое заболевание, возникает из-за мутации одного гена, кодирующего фермент фенилаланингидроксилазу. Неактивный мутантный фермент не может расщеплять фенилаланин аминокислоты; когда это накапливается, организм становится отравленным.
Следовательно, эффект, наблюдаемый у лиц, несущих две копии мутировавшего гена, является множественным (плейотропным).
Причиной заболевания или синдрома является отсутствие метаболической активности, которая вызывает кожные высыпания, неврологические расстройства, микроцефалию, светлую кожу и голубые глаза (из-за отсутствия образования меланина) и т. Д. Различными путями.
Ни один из генов, участвующих в изменении проявления этих других признаков, не обязательно мутирует.
Плейотропия и видообразование
Симпатрическое видообразование — это вид видообразования, который происходит без географических барьеров между популяциями. Этот вид видообразования, по-видимому, поддерживается плейотропными мутациями..
Разработанные Кондрашовым математические имитационные модели показывают, что репродуктивная изоляция между симпатрическими популяциями может происходить из-за появления экологически важных количественных признаков при разрушительном отборе..
Эти же модели показывают, что эти признаки должны быть связаны с плейотропными генами. Если изменения обусловлены несколькими генами, а не плейотропным, рекомбинация генов во время размножения предотвратит видообразование. Плейотропия позволит избежать разрушительных последствий рекомбинации.
Молибден
Например, как у прокариот, так и у эукариот молибден необходим для функционирования некоторых ферментов.
Чтобы молибден был биологически полезным, он должен образовывать комплекс с другой органической молекулой, продуктом действия различных ферментов сложного метаболического пути.
Как только этот кофактор в комплексе с молибденом будет образован, он будет использоваться всеми молибдопротеинами для выполнения своей собственной функции.
Плейотропный эффект при мутации, препятствующей синтезу молибдокофактора, будет проявляться не только в его отсутствии, но и в потере ферментативной активности всех молибдоэнзимов индивидуума, несущего мутацию.
Плейотропия и адаптация
Земля постоянно меняется. Организмы должны постоянно меняться, чтобы адаптироваться к новым условиям. Эти изменения приводят к так называемой эволюции.
Многие авторы утверждают, что эволюция приводит к усложнению организмов. Эта сложность может быть морфологической, когда конкретный персонаж может развиваться независимо от другого в определенных условиях окружающей среды.
Однако по мере того, как организмы становятся более сложными, их способность реагировать на изменения замедляется. Это то, что называется «эволюционной ценой сложности».
Математические модели утверждают, что адаптация из-за изменений в плейотропных генах будет менее затратной в эволюционном плане, чем адаптация из-за изменений в признаках, кодируемых отдельными генами.
История
Термин плейотропия впервые был использован немецким генетиком Людвигом Плейтом в 1910 году. Плейт использовал этот термин для объяснения появления нескольких различных фенотипических признаков, которые всегда встречаются вместе и могут казаться коррелированными. По его словам, это явление, когда оно возникает, связано с единицей плейотропной наследственности.
Другой немец, Ганс Грюнеберг, разделил плейотропию на «настоящую» и «ложную». Первый характеризовался появлением двух различных первичных продуктов из одного места.
Второй, по словам автора, относится к одному первичному продукту, который используется по-разному. Сегодня грюнебергское значение подлинной плейотропии отброшено, в то время как ложная плейотропия рассматривается просто как плейотропия.
Другое разделение концепции плейотропии было сделано Эрнстом Хадорном, указавшим, что существует два типа плейотропии: мозаичная и относительная. Первый возникает, когда ген кодирует информацию, которая влияет на два разных фенотипических признака.
С другой стороны, реляционная плейотропия возникает, когда ген определяет инициирование различных взаимосвязанных событий, которые влияют на несколько независимых черт.
Кассер и Бернс, со своей стороны, указали, что любое изменение в любой части генома прямо или косвенно влияет на все признаки в разной степени. Эта идея известна под названием универсальной плейотропии.
Плейотропия и эпигенетика
Открытие механизмов изменения экспрессии генов, не зависящих от изменений нуклеотидной последовательности генов (эпигенетика), обогатило наше видение плейотропии.
Один из наиболее изученных аспектов эпигенетики — действие эндогенных микроРНК. Это продукт транскрипции генов, называемых Я посмотрел.
Транскрипция гена Я посмотрел дает начало РНК, которая после процессинга действует в цитоплазме как небольшая инактивирующая РНК.
Эти РНК называются малыми РНК сайленсинга, потому что они обладают способностью быть комплементарными по отношению к РНК-мишеням. Присоединившись к ним, мессенджер деградирует и характер не выражается.
В некоторых случаях эта небольшая молекула может связываться более чем с одним разным мессенджером, вызывая, конечно, плейотропный эффект.
-Транскрипционные регуляторы
Другие гены, мутации которых вызывают множество различных плейотропных эффектов, это те, которые кодируют регуляторы транскрипции.
Это белки, которые специфически контролируют экспрессию генов; есть другие, которые являются общими регуляторами транскрипции. В любом случае отсутствие этих продуктов определяет, что другие гены не транскрибируются (то есть не экспрессируются).
Мутация, которая определяет отсутствие или неисправность общего или специфического регулятора транскрипции, будет иметь плейотропные эффекты в организме, поскольку ни один ген не будет экспрессироваться под его контролем.
Что такое полигенное наследование
В полигенном наследовании конкретный признак определяется более чем одним геном. Таким образом, влияние одного гена на признак невелико. Здесь участвующие гены демонстрируют неполное доминирование. Таким образом, черта у потомства представляет собой смесь родительских черт. Факторы внешней среды также влияют на полигенное наследование. Большинство метрических и меристических признаков находятся под влиянием полигенного наследования. Полигенные признаки демонстрируют непрерывное распространение в популяции. Таким образом, кривая распределения полигенного наследования имеет форму колокола. Большая изменчивость генотипов может наблюдаться в популяции по полигенным признакам. Организмы в середине кривой распределения состоят из комбинации как доминантных, так и рецессивных аллелей. Лица со многими доминантными аллелями или рецессивными аллелями могут появляться в конце кривой. Кривая распределения полигенного наследования по высоте у человека показана на рисунок 3.
Рисунок 3: Полигенное наследование высоты
Цвет человеческого глаза контролируется 16 различными генами. Цвет глаз определяется количеством меланина, вырабатываемого перед радужной оболочкой. Цвет может быть черный, коричневый, зеленый, ореховый или синий. Цвет кожи человека — еще один пример полигенного наследования. Цвет кожи определяется количеством меланина, вырабатываемого в коже. Когда количество темных аллелей в коже велико, цвет кожи становится темнее.
-Ламинопатии
Ядерная пластинка представляет собой сложную сетку внутри ядра, динамически прикрепленную к его внутренней мембране. Ядерная пластинка регулирует архитектуру ядра, разделение между эухроматином и гетерохроматином, экспрессию генов, а также репликацию ДНК, среди прочего.
Основная пластинка состоит из нескольких белков, известных под общим названием ламинины. Поскольку это структурные белки, с которыми взаимодействует множество многих других, любая мутация, затрагивающая ваши гены, будет иметь плейотропные эффекты.
Плейотропные эффекты мутаций в генах ламинина проявляются в виде заболеваний, которые называются ламинопатиями.
То есть ламинопатия — это плейотропное проявление, возникающее в результате мутаций в генах ламинина. Клинические проявления ламинопатии включают, помимо прочего, прогерию, мышечную дистрофию Эмери-Дрейфуса и множество других состояний.
Плейотропия и старение
Объяснение естественных причин старения может быть связано с действием плейотропных генов. Согласно гипотезе, выдвинутой Дж. К. Уильямсом, старение является следствием того, что он назвал антагонистической плейотропией.
Если есть гены, продукты которых оказывают антагонистическое действие на разных этапах жизни организма, то эти гены могут способствовать старению.
Если положительные эффекты проявляются до воспроизводства, а вредные — после него, то естественный отбор будет благоприятствовать им. Но в противном случае естественный отбор работал бы против этих генов.
Таким образом, если гены действительно плейотропны, старение было бы неизбежным, поскольку естественный отбор всегда будет действовать в пользу генов, способствующих воспроизводству.