Čo je pleiotropia? (s príkladmi)



pleiotropie je to genetický jav, pri ktorom expresia génu ovplyvňuje u jedinca fenotypový prejav iných nepríbuzných znakov. Etymologicky znamená pleiotropia "viac zmien" alebo "mnoho účinkov": to znamená, že viac účinkov, ako sa očakáva pri expresii jedného génu. To je tiež známe ako polyfénia (mnoho fenotypov), ale je to málo používaný termín.

Jedným z fenoménov dedičstva, ktoré zmätili genetikov viac v detstve tejto vedy, boli mutácie, ktoré ovplyvnili viac ako jeden znak..

Spočiatku sa verilo, že každý znak je kontrolovaný jedným génom. Potom sme si uvedomili, že prejav charakteru by mohol vyžadovať účasť viac ako jedného génu.

Najprekvapujúcejšou vecou je však to, že jeden gén môže ovplyvniť prejav viac ako jedného dedičného znaku, ktorý v podstate definuje pleiotropiu..

Všeobecne platí, že keď sa preukáže pleiotropia, je vhodnejšie povedať, že zodpovedný gén má pleiotropné účinky na gén to je pleiotrópico.

Hoci nie každý rešpektuje tento dohovor, je dôležité zdôrazniť, že gén s pleiotropným účinkom kóduje určitú vlastnosť a nie pleiotropiu. per se.

V opačnom prípade by "normálnosť" nebola ničím iným ako účinkom pleiotropného prejavu pôsobenia divokej alely určitého génu na iné. Je to však geneticky nesprávne.

index

  • 1 História
  • 2 Príklady génov s pleiotropnými účinkami
    • 2.1 - Vestigiálny gén v Drosophile
    • 2.2 -Pigmentácia a hluchota u mačiek
    • 2.3 - Frizzy pernaté kurčatá
    • 2.4 - U ľudí
    • 2,5 - fenylketonúria
    • 2.6 - Iné metabolické cesty
    • 2.7 - Patológie
    • 2.8 - Regulátory transkripcie
  • 3 Pleiotropia a epigenetika
  • 4 Pleiotropia a starnutie
  • 5 Pleiotropia a speciacia
  • 6 Pleiotropia a adaptácia
  • 7 Referencie

histórie

Termín pleiotropia bol prvýkrát použitý nemeckým genetikom menom Ludwig Plate v roku 1910. Platňa používa tento termín na vysvetlenie výskytu niekoľkých odlišných fenotypových znakov, ktoré sa vždy vyskytujú spoločne a môžu sa zdať korelované. Podľa neho je tento jav, keď k nemu dôjde, spôsobený jednotkou pleiotropného dedičstva.

Ďalší nemecký Hans Hans Gruneberg rozdelil pleiotropiu na "pravú" a "falošnú". Prvý bol charakterizovaný vznikom dvoch rôznych primárnych produktov z jedného miesta.

Druhý, podľa tohto autora, sa odvolával na jeden primárny produkt, ktorý bol použitý rôznymi spôsobmi. Dnes je Grunebergov zmysel pleiotropie vyradený, zatiaľ čo podvratná pleiotropia je jednoducho považovaná za pleiotropiu..

Ďalšie rozdelenie koncepcie pleiotropie urobil Ernst Hadorn, ktorý poukázal na to, že existujú dva typy pleiotropie: mozaika a relačné. Prvý sa vyskytuje, keď gén kóduje informáciu, ktorá ovplyvňuje dve rôzne fenotypové vlastnosti.

Relatívna pleiotropia na druhej strane nastáva, keď gén určuje začiatok rôznych vzájomne súvisiacich udalostí, ktoré ovplyvnia viaceré nezávislé znaky..

Kacser a Burns na druhej strane poukázali na to, že akákoľvek zmena v ktorejkoľvek časti genómu ovplyvňuje všetky znaky v rôznych stupňoch, či už priamo alebo nepriamo. Táto myšlienka je známa ako univerzálna pleiotropia.

Príklady génov s pleiotropnými účinkami

Pleiotropia, ktorá je fenoménom, ktorý opisuje niektoré dôsledky interakcie medzi produktmi génov, je univerzálna.

Vírusy, ako aj všetky organizmy bunkovej povahy, majú gény, ktorých produkty sú dôležité pre prejav iných znakov. Tieto gény, ktorých divoké alely a mutanty majú pleiotropné účinky, sú rôzneho charakteru.

-Gigantický gén v Drosophila

v Drosophila (ovocná muška), gén určujúci úroveň vývoja krídel. Keď je tento gén zdedený po obidvoch rodičoch, potomok mláďat bude mať vzpriamené krídla a nebude schopný lietať.

Tieto však nebudú jediným účinkom vestigiálneho génu. Tento gén je pleiotropný a jeho prítomnosť tiež vedie k zníženiu počtu vajíčok vo vaječníkoch muchy. Taktiež modifikuje počet a dispozíciu štetín v hrudníku a znižuje životnosť.

-Pigmentácia a hluchota u mačiek

Gén, ktorý kóduje informáciu o pigmentácii u mačiek, je pleiotropný gén. Z tohto dôvodu je pomerne vysoké percento mačiek s bielou kožušinou a modrými očami tiež hluché.

Dokonca aj biele mačky s jedným modrým a jedným žltým okom sú hluché len z ucha, ktoré je na tej istej strane hlavy ako modré oko..

-Kurčatá so zvlneným perím

U kurčiat dominantný gén produkuje účinok zvlneného peria. Tento gén ukázal, že má pleiotropný účinok, pretože prejavuje iné fenotypové účinky: zvýšenie metabolických rýchlostí, zvýšenie telesnej teploty, vyššia konzumácia potravy..

Okrem toho kurčatá s týmto génom majú oneskorenú sexuálnu zrelosť a zníženú fertilitu.

-U ľudí

Marfanov syndróm

Medzi symptómy tohto syndrómu patria: nezvyčajne vysoká telesná veľkosť, progresívne srdcové poruchy, dislokácia očnej šošovky, pľúcne poruchy.

Všetky tieto symptómy priamo súvisia s mutáciou jediného génu. Tento gén, nazývaný FBN1, je pleiotropný, pretože jeho funkciou je kódovanie glykoproteínu, ktorý sa používa v spojivových tkanivách z rôznych častí tela..

Syndróm Holt-Oram

Pacienti s týmto syndrómom majú abnormality v karpálnych kostiach a iných kostiach predných končatín. Okrem toho približne 3 zo 4 pacientov s týmto syndrómom majú srdcové problémy.

Nijmegenov syndróm

Je charakterizovaná tým, že tí, ktorí ju trpia, majú mikrocefaliu, imunodeficienciu, vývojové poruchy a sklon k lymfatickej rakovine a leukémii..

-fenylketonúria

Známym prípadom pleiotropného účinku je prípad spôsobený mutantnými alelami zodpovednými za fenylketonúriu.

Fenylketonúria, ochorenie metabolickej povahy, je spôsobené mutáciou jediného génu, ktorý kóduje enzým fenylalanín hydroxylázu. Inaktívny mutantný enzým nie je schopný rozložiť aminokyselinu fenylalanínu; keď sa to akumuluje, organizmus sa stáva opitý.

Preto účinok pozorovaný u jedincov nesúcich dve kópie mutovaného génu je mnohonásobný (pleiotropný)..

Príčinou ochorenia alebo syndrómu je nedostatok metabolickej aktivity, ktorá spôsobuje kožné vyrážky, neurologické poruchy, mikrocefáliu, čistú kožu a modré oči (kvôli nedostatku tvorby melanínu) atď. Rôznymi spôsobmi..

Žiadny z génov podieľajúcich sa na zmenenom prejave týchto iných znakov nie je nevyhnutne mutovaný.

-Iné metabolické cesty

Je veľmi bežné, že niekoľko enzýmov zdieľa alebo používa rovnaký kofaktor, aby bol aktívny. Tento kofaktor je finálnym produktom spoločného pôsobenia niekoľkých ďalších proteínov, ktoré sa zúčastňujú na tejto biosyntetickej ceste..

Ak je mutácia vytvorená v ktoromkoľvek z génov, ktoré kódujú proteíny v tejto dráhe, kofaktor nebude produkovaný. Tieto mutácie budú mať pleiotropný účinok, pretože žiadny z proteínov, ktoré sú závislé od kofaktora, ktorý bude aktívny, nebude schopný byť, hoci ich vlastné gény sú dokonale funkčné..

molybdén

Tak v prokaryotoch, ako aj v eukaryotoch je molybdén nevyhnutný pre fungovanie určitých enzýmov.

Molybdén, ktorý je biologicky užitočný, musí byť komplexovaný s inou organickou molekulou, produktom pôsobenia niekoľkých enzýmov v komplexnej metabolickej dráhe..

Akonáhle sa tento kofaktor v komplexe s molybdénom vytvoril, budú všetky molybdoproteíny použité na to, aby každý z nich mal svoju vlastnú funkciu..

Pleiotropný účinok v mutácii, ktorá zabraňuje syntéze molibdokofaktoru, sa prejaví nielen v neprítomnosti tohto, ale aj v strate enzymatickej aktivity všetkých molybdenzýmov jedinca nesúceho mutáciu..

-laminopatií

Jadrová vrstva je zložitá sieťovina vnútri jadra, dynamicky pripojená k jej vnútornej membráne. Jadrový list reguluje architektúru jadra, rozdelenie medzi euchromatínom a heterochromatínom, genetickú expresiu, ako aj replikáciu DNA..

Lamina jadra je tvorená niekoľkými proteínmi, ktoré sú spoločne známe ako laminíny. Keďže ide o štrukturálne proteíny, s ktorými mnoho iných spolupôsobí, každá mutácia, ktorá ovplyvňuje ich gény, bude mať pleiotropné účinky.

Pleiotropné účinky mutácií v génoch lamininu sa prejavia ako ochorenia, ktoré sa nazývajú laminopatie.

To znamená, že laminopatia je pleiotropný prejav vyplývajúci z mutácií v génoch laminínu. Klinické prejavy laminopatie zahrnujú, ale nie sú obmedzené na progéniu, svalovú dystrofiu Emery-Dreifuss a rad ďalších ochorení..

-Regulátory transkripcie

Iné gény, ktorých mutácie vedú k množstvu rôznych pleiotropných účinkov, sú tie, ktoré kódujú regulátory transkripcie.

Sú to proteíny, ktoré riadia expresiu génov špecifickým spôsobom; existujú iné, ktoré sú všeobecnými regulátormi transkripcie. V každom prípade absencia týchto produktov určuje, že iné gény nie sú transkribované (to znamená, že nie sú exprimované)..

Mutácia, ktorá určuje absenciu alebo poruchu všeobecného alebo špecifického transkripčného regulátora, bude mať v organizme pleiotropné účinky, pretože žiadny gén pod jeho kontrolou nebude exprimovaný..

Pleiotropia a epigenetika

Objav mechanizmov zmeny v génovej expresii, ktoré nezávisia od zmien v nukleotidovej sekvencii génov (epigenetika), obohatil našu víziu pleiotropie.

Jedným z najviac študovaných aspektov epigenetiky je pôsobenie endogénnych mikroRNA. Tieto sú výsledkom transkripcie génov nazývaných mir.

Transkripcia génu mir vzniká RNA, ktorá po spracovaní pôsobí v cytoplazme ako malá inaktivujúca RNA.

Tieto RNA sa nazývajú malé umlčujúce RNA, pretože majú schopnosť byť komplementárne k bielym mediátorovým RNA. Ak sa chcete k nim pripojiť, posol je degradovaný a charakter nie je vyjadrený.

V niektorých prípadoch sa táto malá molekula môže viazať na viac ako jeden iný posol, čo samozrejme vedie k pleiotropnému účinku.

Pleiotropia a starnutie

Vysvetlenie prirodzených príčin senescencie môže byť v dôsledku pleiotropných génov. Podľa hypotézy G. C. Williamsa, senescencia je dôsledkom toho, čo nazval antagonistická pleiotropia.

Ak existujú gény, ktorých produkty majú antagonistické účinky v rôznych štádiách života organizmu, potom tieto gény môžu prispieť k starnutiu.

Ak sa priaznivé účinky prejavia pred reprodukciou a zhubnými účinkami po nej, potom by sa uprednostnil prirodzený výber. Ale inak by prirodzený výber fungoval proti týmto génom.

Ak sú gény skutočne pleiotropné, senescencia by bola nevyhnutná, pretože prirodzený výber by vždy pôsobil v prospech génov, ktoré podporujú reprodukciu..

Pleiotropia a speciacia

Sympatric speciacia je typ speciacie, ktorý sa vyskytuje bez geografických bariér medzi populáciami. Tento typ speciacie je zrejme uprednostňovaný pleiotropnými mutáciami.

Matematické simulačné modely vyvinuté Kondrashovom ukazujú, že reprodukčná izolácia medzi sympatrickými populáciami sa môže vyskytnúť v dôsledku výskytu ekologicky dôležitých kvantitatívnych znakov pri rušivom výbere..

Tieto isté modely naznačujú, že tieto vlastnosti musia súvisieť s pleiotropnými génmi. Ak sú zmeny spôsobené niekoľkými génmi a nie pleiotropnými, rekombinácia génov počas reprodukcie by zabránila speciacii. Pleiotropia by zabránila rušivým účinkom rekombinácie.

Pleiotropia a adaptácia

Zem sa neustále mení. Organizmy sa musia neustále meniť, aby sa prispôsobili novým podmienkam. Tieto zmeny vedú k tomu, čo je známe ako evolúcia.

Mnohí autori tvrdia, že evolúcia vedie k rastúcej komplexnosti organizmov. Táto zložitosť môže byť morfologického typu, kde sa môže určitý charakter vyvíjať nezávisle od seba v špecifických podmienkach prostredia.

Keďže sa však organizmy stávajú zložitejšími, ich schopnosť reagovať na zmeny sa stáva pomalšou. To je to, čo sa nazýva "evolučné náklady na zložitosť"..

Matematické modely tvrdia, že úpravy spôsobené zmenami v pleiotropných génoch by boli menej nákladne evolučne ako zmeny spôsobené znakmi kódovanými jednotlivými génmi..

referencie

  1. Brooker, R. J. (2017). Genetika: analýza a zásady. McGraw-Hill Vyššie vzdelávanie, New York, NY, USA.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd., Pkiladelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A. J. F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Úvod do genetickej analýzy (11. \ Tth ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.
  4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Komplexné účinky laminopatických mutácií na jadrovú štruktúru a funkciu. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
  5. Lobo, I. (2008). Pleiotropia: jeden gén môže ovplyvniť viaceré znaky. Prírodné vzdelávanie, 1:10.
  6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) Domestikácia kukurice a interakcia génu. The New Phytologist, 220: 395-408.