Što je pleiotropija? (s primjerima)



pleiotropy to je genetski fenomen u kojem ekspresija gena utječe na pojedinca na fenotipsku manifestaciju drugih nepovezanih likova. Etimološki, pleiotropija znači "više promjena" ili "mnogo učinaka": to jest, više učinaka nego što se očekuje ekspresijom jednog gena. Poznat je i kao polifenija (mnogi fenotipovi), ali je malo korišten izraz.

Jedan od fenomena nasljeđivanja koji je zbunio genetičare tijekom djetinjstva ove znanosti bio je onaj mutacija koje su utjecale na više od jednog karaktera..

Isprva se smatralo da je svaki lik pod kontrolom jednog gena. Tada smo shvatili da manifestacija karaktera može zahtijevati sudjelovanje više od jednog gena.

Međutim, najviše iznenađuje činjenica da jedan gen može utjecati na manifestaciju više od jedne nasljedne osobine, što je u biti ono što definira pleiotropiju..

Općenito, kada se demonstrira pleiotropija, prikladnije je reći da odgovorni gen ima pleiotropne učinke na gen ovo je pleiotrópico.

Iako svi ne poštuju ovu konvenciju, važno je naglasiti da gen s pleiotropnim učinkom kodira određenu osobinu, a ne pleiotropiju. per se.

Inače, "normalnost" ne bi bila ništa drugo nego pleiotropski manifestacijski učinak djelovanja divljeg alela određenog gena na druge. Međutim, to je genetski pogrešno.

indeks

  • 1 Povijest
  • 2 Primjeri gena s pleiotropnim učincima
    • 2.1 - Rigidni gen u Drosophili
    • 2.2 - Pigmentacija i gluhoća kod mačaka
    • 2.3 - Frizirani peradi
    • 2.4 U ljudima
    • 2.5 - Fenilketonurija
    • 2.6 - Ostali metabolički putovi
    • 2.7 - Patologije
    • 2.8 - Regulatori transkripcije
  • 3 Pleiotropija i epigenetika
  • 4 Pleiotropija i starenje
  • 5 Pleiotropija i speciacija
  • 6 Pleiotropija i prilagodba
  • 7 Reference

povijest

Pojam pleiotropije prvi je put upotrijebio njemački genetičar po imenu Ludwig Plate 1910. Plate je upotrijebio taj pojam kako bi objasnio pojavu nekoliko različitih fenotipskih značajki koje se uvijek pojavljuju zajedno i mogu izgledati korelirano. Prema njemu, ovaj fenomen, kada se dogodi, posljedica je jedinice pleiotropskog nasljeđivanja.

Drugi Nijemac, Hans Gruneberg, podijelio je pleiotropiju na "istinsku" i "lažnu". Prvi je bio karakteriziran pojavom dvaju različitih primarnih proizvoda s jednog mjesta.

Drugi, prema ovom autoru, odnosi se na jedan primarni proizvod koji je korišten na različite načine. Danas je Grunebergovo značenje pleiotropije odbačeno, dok je lažna pleiotropija jednostavno smatrana pleiotropijom..

Još jednu podjelu koncepta pleiotropije napravio je Ernst Hadorn, koji je istaknuo da postoje dvije vrste pleiotropije: mozaički i relacijski. Prvi se događa kada gen kodira informacije koje utječu na dvije različite fenotipske osobine.

Relacijska pleiotropija, s druge strane, događa se kada gen određuje početak različitih međusobno povezanih događaja koji će utjecati na više nezavisnih osobina.

Kacser i Burns su, s druge strane, istaknuli da svaka varijacija u bilo kojem dijelu genoma utječe na sve osobine u različitim stupnjevima, bilo izravno ili neizravno. Ova ideja je poznata kao univerzalna pleiotropija.

Primjeri gena s pleiotropnim učincima

Pleiotropija, kao fenomen koji opisuje neke posljedice interakcije između proizvoda gena, je univerzalna.

Virusi, kao i svi organizmi stanične prirode, posjeduju gene čiji su proizvodi važni za manifestaciju drugih likova. Ti geni, čiji divlji aleli i mutanti imaju pleiotropne učinke, različite su prirode.

-Vestigni gen u Drosophila

u Drosophila (voćna mušica), ostatni gen određuje stupanj razvoja krila. Kada se ovaj gen naslijedi od oba roditelja, muha potomka će imati ostala krila i neće moći letjeti.

Međutim, to neće biti jedini učinci ostatka gena. Ovaj gen je pleiotropski i njegova prisutnost također dovodi do smanjenja broja ovula u jajnicima muhe. Također modificira broj i raspored čekinja u grudnom košu i smanjuje vrijeme trajanja.

-Pigmentacija i gluhoća kod mačaka

Gen koji kodira podatke o pigmentaciji kod mačaka je pleiotropni gen. Zbog toga je i prilično visok postotak mačaka s bijelim krznom i plavim očima također gluh.

Čak i bijele mačke s jednim plavim i žutim okom su gluhe samo od uha koje je na istoj strani glave kao i plavo oko.

-Pilići s uvijenim perjem

Kod pilića dominantni gen proizvodi učinak uvijenog perja. Ovaj gen je pokazao da ima pleiotropni učinak jer pokazuje druge fenotipske učinke: povećanje metaboličkih stopa, povećanje tjelesne temperature, veću potrošnju hrane.

Osim toga, kokoši s ovim genom imaju odgođenu spolnu zrelost i smanjenu plodnost.

-Kod ljudi

Marfanov sindrom

Među simptomima ovog sindroma su: neuobičajeno visoka veličina tijela, progresivne srčane smetnje, dislokacija oka, plućni poremećaji.

Svi ovi simptomi izravno su povezani s mutacijom jednog gena. Taj gen, nazvan FBN1, je pleiotropan, jer je njegova funkcija kodiranje glikoproteina koji se koristi u vezivnim tkivima iz različitih dijelova tijela..

Holt-Oramov sindrom

Bolesnici s ovim sindromom imaju abnormalnost u karpalnim kostima i drugim kostima prednjih udova. Osim toga, oko 3 od 4 bolesnika s ovim sindromom imaju problema sa srcem.

Nijmegenov sindrom

Karakterizira se zbog toga što oni koji pate od njega imaju mikrocefaliju, imunodeficijenciju, razvojne poremećaje i sklonost ka limfatičnom raku i leukemiji..

-fenilketonuriju

Dobro poznati slučaj pleiotropnog učinka uzrokovan je mutantnim alelima odgovornim za fenilketonuriju.

Fenilketonurija, bolest metaboličke prirode, posljedica je mutacije jednog gena koji kodira za enzim fenilalanin hidroksilazu. Neaktivni mutantni enzim nije u stanju razgraditi aminokiselinu fenilalanin; kada se akumulira, organizam postaje opijen.

Stoga je učinak opažen kod pojedinaca koji nose dvije kopije mutiranog gena višestruki (pleiotropni).

Uzrok bolesti ili sindroma je nedostatak metaboličke aktivnosti koja uzrokuje osip na koži, neurološki poremećaji, mikrocefalija, bistra koža i plave oči (zbog nedostatka stvaranja melanina), itd., Na različite načine..

Nijedan od gena uključenih u izmijenjenu pojavu tih drugih znakova nije nužno mutiran.

-Ostali metabolički putovi

Vrlo je čest slučaj da nekoliko enzima dijeli ili koristi isti kofaktor da bi bio aktivan. Ovaj kofaktor je konačni proizvod usklađenog djelovanja nekoliko drugih proteina koji sudjeluju u tom biosintetičkom putu.

Ako se mutacija generira u bilo kojem od gena koji kodiraju proteine ​​na tom putu, kofaktor neće biti proizveden. Ove mutacije će imati pleiotropni učinak, budući da nijedan od proteina koji ovise o kofaktoru neće biti aktivan, iako su njihovi vlastiti geni savršeno funkcionalni.

molibden

U prokariotima i eukariotima, na primjer, molibden je neophodan za funkcioniranje određenih enzima.

Molibden, biološki koristan, mora biti kompleksiran s drugom organskom molekulom, proizvodom djelovanja nekoliko enzima u složenom metaboličkom putu.

Kada se taj kofaktor kompleksira s molibdenom, on će se koristiti od svih molibdoproteina da izvrše svaku svoju funkciju.

Pleiotropni učinak u mutaciji koja sprječava sintezu molibdokaktora očitovat će se ne samo u odsutnosti toga, nego iu gubitku enzimatske aktivnosti svih molibdoenzima pojedinca koji nosi mutaciju..

-laminopathies

Nuklearna lamina je zamršena mreža unutar jezgre, dinamički vezana za svoju unutarnju membranu. Nuklearni list regulira arhitekturu jezgre, podjelu između euchromatina i heterochromatina, genetsku ekspresiju, kao i replikaciju DNA, između ostalog.

Lamina jezgre je formirana od nekoliko proteina zajedno poznatih kao laminini. Budući da su to strukturalni proteini s kojima mnoštvo drugih interagira, svaka mutacija koja utječe na njihove gene imat će pleiotropne učinke.

Pleiotropni učinci mutacija u genima laminina manifestirat će se kao bolesti koje se nazivaju laminopatije.

To jest, laminopatija je pleiotropna manifestacija koja je rezultat mutacija u genima laminina. Kliničke manifestacije laminopatija uključuju, ali nisu ograničene na, progeriju, mišićnu distrofiju Emery-Dreifussa i niz drugih nevolja..

-Transkripcijski regulatori

Ostali geni čije mutacije dovode do mnoštva različitih pleiotropnih učinaka, jesu oni koji kodiraju za transkripcijske regulatore.

To su proteini koji kontroliraju ekspresiju gena na specifičan način; postoje i drugi koji su opći regulatori transkripcije. U svakom slučaju, odsutnost tih proizvoda određuje da drugi geni nisu transkribirani (to jest, nije izraženo).

Mutacija koja određuje odsutnost ili neispravnost općeg ili specifičnog transkripcijskog regulatora imat će pleiotropne učinke u organizmu, jer niti jedan gen pod njegovom kontrolom neće biti izražen.

Pleiotropija i epigenetika

Otkriće mehanizama promjene u ekspresiji gena koje ne ovise o promjenama nukleotidnog slijeda gena (epigenetika) obogatilo je našu viziju pleiotropije.

Jedan od najistraženijih aspekata epigenetike je djelovanje endogenih mikroRNA. To su produkt transkripcije nazvanih gena Mir.

Transkripcija gena Mir dovodi do RNA koja nakon obrade djeluje u citoplazmi kao mala inaktivirajuća RNA.

Ove RNA nazivaju se malim RNA za utišavanje jer posjeduju sposobnost da budu komplementarne bijelim RNA-ima. Da bi im se pridružio, glasnik je degradiran i lik nije izražen.

U nekim slučajevima ova mala molekula može se vezati za više od jednog različitog glasnika, što, naravno, uzrokuje pleiotropni učinak.

Pleiotropija i starenje

Objašnjenje prirodnih uzroka starenja moglo bi biti u djelovanju pleiotropnih gena. Prema hipotezi koju je postavio G. C. Williams, starenje je posljedica onoga što je on nazvao antagonističkom pleiotropijom.

Ako postoje geni čiji proizvodi imaju antagonističke učinke u različitim fazama života organizma, onda ti geni mogu doprinijeti starenju.

Ako se blagotvorni učinci manifestiraju prije reprodukcije i pogubnih učinaka nakon nje, onda bi ih pogodovala prirodna selekcija. Ali inače, prirodna selekcija bi djelovala protiv tih gena.

Na taj način, ako su geni zaista pleiotropni, starenje bi bilo neizbježno, jer bi prirodna selekcija uvijek djelovala u korist gena koji pogoduju reprodukciji.

Pleiotropija i speciacija

Simpatrijska speciacija je vrsta speciacije koja se javlja bez geografskih barijera između populacija. Taj tip speciacije očigledno je pogodan pleiotropnim mutacijama.

Matematički simulacijski modeli koje je razvio Kondrashov pokazuju da se reproduktivna izolacija između simpatičkih populacija može pojaviti zbog pojave ekološki značajnih kvantitativnih svojstava pod razornom selekcijom..

Ti isti modeli ukazuju da ta svojstva moraju biti povezana s pleiotropnim genima. Ako su promjene rezultat nekoliko gena, a ne pleiotropne, rekombinacija gena tijekom reprodukcije spriječila bi speciju. Pleiotropija bi izbjegla disruptivne učinke rekombinacije.

Pleiotropija i adaptacija

Zemlja se neprestano mijenja. Organizmi se moraju stalno mijenjati kako bi se prilagodili novim uvjetima. Te promjene vode do onoga što je poznato kao evolucija.

Mnogi autori tvrde da evolucija dovodi do sve veće složenosti organizama. Ova složenost može biti morfološkog tipa, gdje se određeni karakter može razviti neovisno o drugom u specifičnim uvjetima okoline.

Međutim, kako organizmi postaju složeniji, njihova sposobnost da reagiraju na promjene postaje sporija. To je ono što se naziva "evolucijski trošak složenosti".

Matematički modeli tvrde da bi prilagodbe zbog promjena u pleiotropnim genima bile jeftinije evolucijsko nego one zbog promjena u likovima kodiranim pojedinačnim genima.

reference

  1. Brooker, R.J. (2017). Genetika: analiza i načela. McGraw-Hill Visoko obrazovanje, New York, NY, USA.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A. J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Uvod u genetsku analizu (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, SAD.
  4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Kompleksni učinci mutacija laminopatije na nuklearnu strukturu i funkciju. Klinička genetika, doi: 10.1111 / cge.13455.
  5. Lobo, I. (2008). Pleiotropija: jedan gen može utjecati na više osobina. Obrazovanje za prirodu, 1:10.
  6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) Uzgoj kukuruza i interakcija gena. New Phytologist, 220: 395-408.