Prijenos osobina s generacije na generaciju posljedica je interakcije između različitih gena. Što je gen i koje su vrste interakcije među njima?
Što je gen?
Pod genom u današnje vrijeme podrazumijevaju jedinicu prijenosa nasljedne informacije. Geni se nalaze u DNK i čine njezine strukturne dijelove. Svaki gen je odgovoran za sintezu određene proteinske molekule, koja određuje manifestaciju određene osobine kod ljudi.
Svaki gen ima nekoliko podvrsta ili alela, koji uzrokuju razne osobine (na primjer, smeđe oči su posljedica dominantnog alela gena, dok je plava recesivna osobina). Aleli se nalaze u istim regijama homolognih kromosoma, a prijenos jednog ili drugog kromosoma uzrokuje ispoljavanje jedne ili druge osobine.
Svi geni međusobno djeluju. Postoji nekoliko vrsta njihove interakcije - alelne i nealelne. Sukladno tome, interakcijaalelni i nealelni geni. Po čemu se međusobno razlikuju i kako se manifestiraju?
Povijest 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 otkrivene su vrste kao što su potpuna i nepotpuna dominacija, sudominacija i naddominacija.
Svi ovi principi bili su podložni Mendelovom prvom zakonu, koji je naveo ujednačenost hibrida prve generacije.
Slijedeći daljnja promatranja i istraživanja, uočeno je da nisu svi znakovi prilagođeni teoriji dominacije. Dubljim proučavanjem dokazano je da ne samo isti geni utječu na ispoljavanje neke osobine ili skupine svojstava. Tako su otkriveni oblici interakcije nealelnih gena.
Reakcije između gena
Kao što je rečeno, dugo je vremena prevladavala doktrina dominantnog nasljeđivanja. U ovom slučaju došlo je do alelne interakcije, u kojoj se osobina očitovala samo u heterozigotnom stanju. Nakon što su otkriveni različiti oblici interakcije nealelnih gena, znanstvenici su uspjeli objasniti dosad neobjašnjive vrste nasljeđivanja i dobiti odgovore na mnoga pitanja.
Utvrđeno je da regulacija gena izravno ovisi o enzimima. Ovi enzimi omogućili su genima različitu reakciju. Istodobno, interakcija alelnih i nealelnih gena odvijala se prema istim principima i obrascima. To je dovelo do zaključka da nasljeđivanje ne ovisi o uvjetima u kojima geni interaguju, a razlog atipičnog prijenosa osobina leži u samim genima.
Nealelna interakcija je jedinstvena, što omogućuje dobivanje novih kombinacija osobina koje određuju novi stupanj preživljavanja i razvoja organizama.
Nealelni geni
Nealelni su oni geni koji su lokalizirani u različitim dijelovima nehomolognih kromosoma. 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 ovisit će o jednom genu.
Reakcije između ovih gena su nešto kompliciranije nego kod interakcije alela. Međutim, svaka od ovih vrsta reakcija ima svoje osobine i karakteristike.
Koje su vrste interakcije nealelnih gena?
- Epistaza.
- Polymeria.
- Komplementarnost.
- Djelovanje gena modifikatora.
- Pleiotropska interakcija.
Sviod ovih vrsta interakcija ima svoja jedinstvena svojstva i očituje se na svoj način.
Trebali bismo se zadržati na svakom od njih detaljnije.
Epistaza
Ova interakcija nealelnih gena - epistaza - opaža se kada jedan gen potiskuje aktivnost drugog (gen za suzbijanje naziva se epistatičnim, a potisnuti gen 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 vanjsku, fenotipsku manifestaciju) potiskuje hipostatski gen (obično se označava B ili b). Recesivna epistaza nastaje kada recesivni alel epistatskog gena inhibira ekspresiju bilo kojeg od alela hipostatskog gena.
Razdvajanje prema fenotipskoj osobini, kod svake od ovih vrsta interakcija, također je različito. Kod dominantne epistaze češće se opaža sljedeća slika: u drugoj generaciji, prema fenotipovima, podjela će biti sljedeća - 13:3, 7:6:3 ili 12:3:1. Sve ovisi o tome koji se geni spajaju.
S recesivnom epistazom, podjela je: 9:3:4, 9:7, 13:3.
komplementarnost
Interakcija nealelnih gena, u kojoj, kada se kombiniraju dominantni aleli nekoliko osobina, nastaje novi, do sada neviđeni fenotip, a naziva se komplementarnost..
Na primjer, ova vrsta reakcije između gena najčešća je kod biljaka (osobito bundeva).
Ako genotip biljke ima dominantan alel A ili B, tada povrće dobiva 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 s križanjem (tj. nastavimo ovu interakciju nealelnih gena s bundevama čiste linije), tada u drugoj generaciji možete dobiti 9 jedinki diskastog oblika, 6 sferičnog oblika i jednu izduženu bundevu.
Takvo križanje omogućuje vam da dobijete nove, hibridne oblike biljaka s jedinstvenim svojstvima.
Kod ljudi ova vrsta interakcije uzrokuje normalan razvoj sluha (jedan gen za razvoj pužnice, drugi za slušni živac), a uz prisutnost samo jedne dominantne osobine javlja se gluhoća.
Polymeria
Često se manifestacija osobine ne temelji na prisutnosti dominantnog ili recesivnog alela gena, već na njihovom broju. Interakcija nealelnih gena - polimerija - primjer je takve manifestacije.
Polimerno djelovanje gena može se odvijati s kumulativnim (kumulativnim) učinkom ili bez njega. Tijekom kumulacije stupanj manifestacije osobine ovisi o ukupnoj interakciji gena (što je više gena, to je svojstvo izraženije). Potomstvo sa sličnim učinkom podijeljeno je na sljedeći način - 1: 4: 6: 4: 1 (stupanj izraženosti osobine se smanjuje, tj. kod jedne jedinke osobina je maksimalno izražena, u drugima se opaža njezino izumiranje do potpunog nestanka).
Ako se ne primijeti kumulativno djelovanje, tadamanifestacija osobine ovisi o dominantnim alelima. Ako postoji barem jedan takav alel, osobina će se održati. Sa sličnim učinkom, cijepanje u potomstvu odvija se u omjeru 15:1.
Djelovanje gena za modifikaciju
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 regulira pojavu boje, dok će se u formiranju recesivnog genotipa za ovaj gen, čak i ako postoje drugi geni koji izravno kontroliraju boju, pojaviti “efekt razrjeđivanja boje”, koji se često opaža u mliječno bijeli miševi.
- Još jedan primjer takve reakcije je pojava mrlja na tijelu životinja. Na primjer, postoji F gen, čija je glavna funkcija ujednačenost bojanja vune. S formiranjem recesivnog genotipa, dlaka će biti nejednako obojena, s pojavom, na primjer, bijelih mrlja na jednom ili drugom dijelu tijela.
Takva interakcija nealelnih gena u ljudi je prilično rijetka.
Pleiotropy
U ovoj vrsti interakcije, jedan gen regulira ekspresiju ili utječe na stupanj ekspresije drugog gena.
Kod životinja, pleiotropija se očitovala na sljedeći način:
- Kod miševa, patuljastost je primjer pleiotropije. Uočeno je da pri križanju fenotipski normalnih miševa uU prvoj generaciji svi su miševi ispali patuljasti. Zaključeno je da je patuljastost uzrokovan recesivnim genom. Recesivni homozigoti su prestali rasti, unutarnji organi i žlijezde su im bili nedovoljno razvijeni. Ovaj gen za patuljastost utjecao 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 očitovala smrtonosnim genom, koji je formiranjem dominantnog homozigota uzrokovao smrt embrija.
- Kod ljudi je prikazana pleiotropska interakcija kod fenilketonurije kao i kod Marfanovog sindroma.
Uloga nealelnih interakcija
U evolucijskom smislu, sve gore navedene vrste interakcija nealelnih gena igraju važnu ulogu. Nove kombinacije gena uzrokuju pojavu novih značajki 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 naširoko se koristi u genetici uzgoja. Neke vrste živih organizama su očuvane zbog takve rekombinacije gena. Druge vrste stječu svojstva koja su vrlo cijenjena u modernom svijetu (na primjer, uzgoj nove pasmine životinja s većom izdržljivošću i fizičkom snagom od svojih roditelja).
U tijeku je rad na korištenju ovih vrsta nasljeđivanja kod ljudi zauklanjanje negativnih osobina iz ljudskog genoma i stvaranje novog genotipa bez mana.
