Prenos osobina sa generacije na generaciju je posledica interakcije između različitih gena. Šta je gen i koje su vrste interakcije među njima?
Šta je gen?
Pod genom u sadašnjem vremenu, oni označavaju jedinicu prenosa nasljedne informacije. Geni se nalaze u DNK i formiraju njene strukturne dijelove. Svaki gen je odgovoran za sintezu specifičnog proteinskog molekula, koji određuje ispoljavanje određene osobine kod ljudi.
Svaki gen ima nekoliko podvrsta ili alela, koji uzrokuju različite osobine (na primjer, smeđe oči su posljedica dominantnog alela gena, dok je plava recesivna osobina). Aleli se nalaze u istim regijama homolognih hromozoma, a prijenos jednog ili drugog hromozoma uzrokuje ispoljavanje jedne ili druge osobine.
Svi geni su u interakciji jedni s drugima. Postoji nekoliko vrsta njihove interakcije - alelne i nealelne. Shodno tome, interakcijaalelni i nealelni geni. Po čemu se razlikuju jedni od drugih i kako se manifestuju?
Historija otkrića
Prije nego što su otkriveni tipovi interakcije nealelnih gena, općenito je prihvaćeno da je moguća samo potpuna dominacija (ako postoji dominantan gen, tada će se pojaviti osobina; ako je odsutna, tada će se pojaviti biti nikakva osobina). Prevladala je doktrina alelne interakcije, koja je dugo vremena bila glavna dogma genetike. Dominacija je opsežno istražena i otkriveni su tipovi kao što su potpuna i nepotpuna dominacija, ko-dominacija i naddominacija.
Svi ovi principi bili su podložni Mendelovom prvom zakonu, koji je naveo uniformnost hibrida prve generacije.
U nastavku promatranja i istraživanja uočeno je da se svi znakovi ne prilagođavaju teoriji dominacije. Dubljim proučavanjem dokazano je da ne samo isti geni utiču na ispoljavanje osobine ili grupe svojstava. Tako su otkriveni oblici interakcije nealelnih gena.
Reakcije između gena
Kao što je rečeno, dugo vremena je preovladavala doktrina dominantnog nasljeđivanja. U ovom slučaju je došlo do alelne interakcije u kojoj se osobina manifestirala samo u heterozigotnom stanju. Nakon što su otkriveni različiti oblici interakcije nealelnih gena, naučnici su uspjeli da objasne do sada neobjašnjive vrste nasljeđivanja i dobiju odgovore na mnoga pitanja.
Otkriveno je da regulacija gena direktno zavisi od enzima. Ovi enzimi su omogućili genima da reaguju drugačije. Istovremeno, interakcija alelnih i nealelnih gena odvijala se po istim principima i obrascima. To je dovelo do zaključka da nasljeđivanje ne zavisi od uslova u kojima geni interaguju, a razlog za atipičan prijenos osobina leži u samim genima.
Nealelna interakcija je jedinstvena, što omogućava dobijanje novih kombinacija osobina koje određuju novi stepen preživljavanja i razvoja organizama.
Nealelni geni
Nealelni su oni geni koji su lokalizovani u različitim delovima nehomolognih hromozoma. Imaju jednu funkciju sinteze, ali kodiraju stvaranje različitih proteina koji uzrokuju različite znakove. Takvi geni, međusobno reagirajući, mogu uzrokovati razvoj osobina u nekoliko kombinacija:
- Jedna osobina će biti posljedica interakcije nekoliko potpuno različitih gena.
- Više osobina će zavisiti od jednog gena.
Reakcije između ovih gena su nešto komplikovanije nego kod interakcije alela. Međutim, svaka od ovih vrsta reakcija ima svoje karakteristike i karakteristike.
Koje su vrste interakcije nealelnih gena?
- Epistaza.
- Polymeria.
- Komplementarnost.
- Akcija modifikatorskih gena.
- Pleiotropna interakcija.
Sviod ovih tipova interakcije ima svoja jedinstvena svojstva i manifestuje se na svoj način.
Trebalo bi se zadržati na svakom od njih detaljnije.
Epistaza
Ova interakcija nealelnih gena - epistaza - se opaža kada jedan gen potiskuje aktivnost drugog (gen za suzbijanje se naziva epistatičnim, a potisnuti gen se naziva hipostatskim genom).
Reakcija između ovih gena može biti dominantna ili recesivna. Dominantna epistaza se opaža kada epistatski gen (obično se označava slovom I, ako nema eksternu, fenotipsku manifestaciju) potiskuje hipostatski gen (obično se označava B ili b). Recesivna epistaza nastaje kada recesivni alel epistatičkog gena inhibira ekspresiju bilo kojeg od alela hipostatskog gena.
Razdvajanje prema fenotipskoj osobini, sa svakim od ovih tipova interakcija, je takođe različito. Kod dominantne epistaze češće se uočava sljedeća slika: u drugoj generaciji, prema fenotipovima, podjela će biti sljedeća - 13:3, 7:6:3 ili 12:3:1. Sve zavisi od toga koji se geni konvergiraju.
Sa recesivnom epistazom, podjela je: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Komplementarnost
Interakcija nealelnih gena, u kojoj, kada se kombinuju dominantni aleli nekoliko osobina, formira se novi, do sada neviđeni fenotip, koji se naziva komplementarnost..
Na primjer, ova vrsta reakcije između gena je najčešća kod biljaka (posebno bundeva).
Ako genotip biljke ima dominantan alel A ili B, tada povrće dobija sferni oblik. Ako je genotip recesivan, tada je oblik fetusa obično izdužen.
Ako postoje dva dominantna alela (A i B) u genotipu u isto vrijeme, bundeva postaje u obliku diska. Ako nastavimo ukrštati (tj. nastavimo ovu interakciju nealelnih gena s bundevama čiste linije), onda u drugoj generaciji možete dobiti 9 jedinki diskastog oblika, 6 sferičnog oblika i jednu izduženu bundevu.
Ovakvo ukrštanje vam omogućava da dobijete nove, hibridne oblike biljaka sa jedinstvenim svojstvima.
Kod ljudi ova vrsta interakcije izaziva normalan razvoj sluha (jedan gen za razvoj pužnice, drugi za slušni nerv), a u prisustvu samo jedne dominantne osobine javlja se gluvoća.
Polymeria
Često se ispoljavanje osobine ne zasniva na prisustvu dominantnog ili recesivnog alela gena, već na njihovom broju. Interakcija nealelnih gena - polimerija - je primjer takve manifestacije.
Polimerno djelovanje gena može se odvijati sa kumulativnim (kumulativnim) efektom ili bez njega. Tokom kumulacije, stepen ispoljavanja osobine zavisi od ukupne interakcije gena (što je više gena, to je osobina izraženija). Potomstvo sa sličnim efektom dijeli se na sljedeći način - 1: 4: 6: 4: 1 (stepen izraženosti osobine se smanjuje, tj. kod jedne jedinke osobina je maksimalno izražena, kod drugih se opaža njeno izumiranje do potpunog nestanka).
Ako se ne uoči kumulativna akcija, ondamanifestacija osobine zavisi od dominantnih alela. Ako postoji barem jedan takav alel, osobina će se održati. Sa sličnim efektom, cijepanje u potomstvu se odvija u omjeru 15:1.
Akcija modifikatorskih gena
Interakcija nealelnih gena, kontrolirana djelovanjem modifikatora, relativno je rijetka. Primjer takve interakcije je sljedeći:
- Na primjer, postoji D gen odgovoran za intenzitet boje. U dominantnom stanju ovaj gen reguliše pojavu boje, dok u formiranju recesivnog genotipa za ovaj gen, čak i ako postoje drugi geni koji direktno kontrolišu boju, javlja se „efekat razblaživanja boje“, koji se često primećuje kod mliječno bijeli miševi.
- Još jedan primjer takve reakcije je pojava mrlja na tijelu životinja. Na primjer, postoji F gen, čija je glavna funkcija ujednačenost boje vune. Sa formiranjem recesivnog genotipa, dlaka će biti nejednako obojena, s pojavom, na primjer, bijelih mrlja na jednom ili drugom dijelu tijela.
Takva interakcija nealelnih gena kod ljudi je prilično rijetka.
Pleiotropy
U ovoj vrsti interakcije, jedan gen reguliše ekspresiju ili utiče na stepen ekspresije drugog gena.
Kod životinja, pleiotropija se manifestirala na sljedeći način:
- Kod miševa, patuljastost je primjer pleiotropije. Uočeno je da prilikom ukrštanja fenotipski normalnih miševa uU prvoj generaciji svi miševi su se ispostavili kao patuljasti. Zaključeno je da je patuljastost uzrokovan recesivnim genom. Recesivni homozigoti su prestali da rastu, unutrašnji organi i žlezde su im bili nedovoljno razvijeni. Ovaj gen za patuljastost uticao je na razvoj hipofize kod miševa, što je dovelo do smanjenja sinteze hormona i izazvalo sve posljedice.
- Platinasta boja kod lisica. Pleiotropija se u ovom slučaju manifestovala smrtonosnim genom, koji je formiranjem dominantnog homozigota uzrokovao smrt embriona.
- Kod ljudi, pleiotropska interakcija je prikazana kod fenilketonurije kao i kod Marfanovog sindroma.
Uloga nealelnih interakcija
U evolucijskom smislu, sve gore navedene vrste interakcije nealelnih gena igraju važnu ulogu. Nove kombinacije gena uzrokuju pojavu novih osobina i svojstava živih organizama. U nekim slučajevima ovi znakovi doprinose opstanku organizma, u drugima, naprotiv, uzrokuju smrt onih jedinki koje će se značajno izdvojiti od svoje vrste.
Nealelna interakcija gena se široko koristi u genetici oplemenjivanja. Neke vrste živih organizama su očuvane zahvaljujući takvoj rekombinaciji gena. Druge vrste stiču svojstva koja su visoko cijenjena u modernom svijetu (na primjer, uzgoj nove rase životinja sa većom izdržljivošću i fizičkom snagom od svojih roditelja).
U toku je rad na korištenju ovih vrsta nasljeđa kod ljudi zaeliminisanje negativnih osobina iz ljudskog genoma i stvaranje novog genotipa bez defekata.
