Přenos vlastností z generace na generaci je způsoben interakcí mezi různými geny. Co je to gen a jaké jsou typy interakce mezi nimi?
Co je gen?
Pod genem v současnosti znamenají jednotku přenosu dědičné informace. Geny jsou umístěny v DNA a tvoří její strukturní části. Každý gen je zodpovědný za syntézu specifické molekuly proteinu, která určuje projev určitého znaku u lidí.
Každý gen má několik poddruhů nebo alel, které způsobují různé vlastnosti (například hnědé oči jsou způsobeny dominantní alelou genu, zatímco modré je recesivní vlastnost). Alely se nacházejí ve stejných oblastech homologních chromozomů a přenos jednoho nebo druhého chromozomu způsobuje projev jednoho nebo druhého znaku.
Všechny geny se vzájemně ovlivňují. Existuje několik typů jejich interakce - alelické a nealelické. V souladu s tím interakcealelické a nealelické geny. Jak se od sebe liší a jak se projevují?
Historie objevů
Předtím, než byly objeveny typy interakce nealelických genů, bylo obecně přijímáno, že je možná pouze úplná dominance (pokud existuje dominantní gen, objeví se znak; pokud chybí, pak bude nebýt žádnou vlastností). Převážila doktrína alelické interakce, která byla dlouhou dobu hlavním dogmatem genetiky. Dominance byla důkladně prozkoumána a byly objeveny typy jako úplná a neúplná dominance, společná dominance a nadvláda.
Všechny tyto principy podléhaly prvnímu Mendelovu zákonu, který stanovil uniformitu hybridů první generace.
Po dalším pozorování a výzkumu bylo zjištěno, že ne všechny znaky se přizpůsobily teorii dominance. Při hlubším studiu bylo prokázáno, že nejen stejné geny ovlivňují projev znaku nebo skupiny vlastností. Tak byly objeveny formy interakce nealelických genů.
Reakce mezi geny
Jak již bylo řečeno, po dlouhou dobu převládala doktrína dominantní dědičnosti. V tomto případě došlo k alelické interakci, kdy se znak projevil pouze v heterozygotním stavu. Poté, co byly objeveny různé formy interakce nealelických genů, byli vědci schopni vysvětlit dosud nevysvětlené typy dědičnosti a získat odpovědi na mnoho otázek.
Bylo zjištěno, že regulace genů byla přímo závislá na enzymech. Tyto enzymy umožnily genům reagovat odlišně. Přitom interakce alelických a nealelických genů probíhala podle stejných principů a vzorců. To vedlo k závěru, že dědičnost nezávisí na podmínkách, ve kterých geny interagují, a důvod atypického přenosu vlastností spočívá v genech samotných.
Nealelická interakce je jedinečná, což umožňuje získat nové kombinace vlastností, které určují nový stupeň přežití a vývoje organismů.
Nealelické geny
Nealelické jsou ty geny, které jsou lokalizovány v různých částech nehomologních chromozomů. Mají jednu funkci syntézy, ale kódují tvorbu různých proteinů, které způsobují různé příznaky. Takové geny, které spolu reagují, mohou způsobit vývoj vlastností v několika kombinacích:
- Jedna vlastnost bude způsobena interakcí několika zcela odlišných genů.
- Více vlastností bude záviset na jednom genu.
Reakce mezi těmito geny jsou poněkud komplikovanější než u alelické interakce. Každý z těchto typů reakcí má však své vlastní rysy a charakteristiky.
Jaké jsou typy interakce nealelických genů?
- Epistasis.
- Polymeria.
- Doplňkovost.
- Působení modifikačních genů.
- Pleiotropní interakce.
Všichniz těchto typů interakce má své vlastní jedinečné vlastnosti a projevuje se svým vlastním způsobem.
Každému z nich bychom se měli věnovat podrobněji.
Epistasis
Tato interakce nealelických genů – epistáze – je pozorována, když jeden gen potlačuje aktivitu druhého (potlačující gen se nazývá epistatický a suprimovaný gen se nazývá hypostatický gen).
Reakce mezi těmito geny může být dominantní nebo recesivní. Dominantní epistáza je pozorována, když epistatický gen (obvykle se označuje písmenem I, pokud nemá vnější, fenotypový projev) potlačuje hypostatický gen (obvykle se označuje B nebo b). Recesivní epistáza nastává, když recesivní alela epistatického genu inhibuje expresi kterékoli z alel hypostatického genu.
Rozdělení podle fenotypového znaku s každým z těchto typů interakcí je také odlišné. U dominantní epistázy je častěji pozorován následující obrázek: ve druhé generaci bude rozdělení podle fenotypů následující - 13:3, 7:6:3 nebo 12:3:1. Vše závisí na tom, které geny se sbíhají.
U recesivní epistázy je dělení: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Doplňkovost
Interakce nealelických genů, při které, když se spojí dominantní alely několika znaků, vzniká nový, dosud neviděný fenotyp, kterému se říká komplementarita.
Například tento typ reakce mezi geny je nejběžnější u rostlin (zejména u dýní).
Pokud má genotyp rostliny dominantní alelu A nebo B, získá zelenina kulovitý tvar. Pokud je genotyp recesivní, pak je tvar plodu obvykle protáhlý.
Pokud jsou v genotypu současně dvě dominantní alely (A a B), dýně získá diskovitý tvar. Pokud budeme pokračovat v křížení (tj. pokračovat v této interakci nealelických genů s dýněmi čisté linie), pak ve druhé generaci můžete získat 9 jedinců s diskovitým tvarem, 6 s kulovitým tvarem a jednu protáhlou dýni.
Takové křížení vám umožní získat nové, hybridní formy rostlin s jedinečnými vlastnostmi.
U lidí tento typ interakce způsobuje normální vývoj sluchu (jeden gen pro vývoj hlemýždě, druhý pro sluchový nerv) a v přítomnosti pouze jedné dominantní vlastnosti se objevuje hluchota.
Polymeria
Projev znaku často není založen na přítomnosti dominantní nebo recesivní alely genu, ale na jejich počtu. Interakce nealelických genů – polymerie – je příkladem takového projevu.
Polymerní působení genů může probíhat s kumulativním (kumulativním) účinkem nebo bez něj. Při kumulaci závisí stupeň projevu znaku na celkové genové interakci (čím více genů, tím výraznější znak). Potomstvo s podobným efektem je rozděleno následovně - 1: 4: 6: 4: 1 (míra projevu znaku klesá, t.j. u jednoho jedince je znak maximálně vyjádřen, u ostatních je pozorováno jeho vymizení až úplné vymizení).
Pokud není pozorována žádná kumulativní akce, pakprojev znaku závisí na dominantních alelách. Pokud existuje alespoň jedna taková alela, znak se bude konat. S podobným efektem probíhá dělení u potomků v poměru 15:1.
Působení modifikačních genů
Interakce nealelických genů řízená působením modifikátorů je poměrně vzácná. Příklad takové interakce je následující:
- Například existuje gen D zodpovědný za intenzitu barvy. V dominantním stavu tento gen reguluje vzhled barvy, zatímco při vytváření recesivního genotypu pro tento gen, i když existují jiné geny, které přímo kontrolují barvu, se objeví „efekt ředění barev“, který je často pozorován u mléčně bílé myši.
- Dalším příkladem takové reakce je výskyt skvrn na těle zvířat. Existuje například gen F, jehož hlavní funkcí je jednotnost zbarvení vlny. S vytvořením recesivního genotypu bude srst zbarvena nerovnoměrně, s výskytem například bílých skvrn v té či oné oblasti těla.
Taková interakce nealelických genů u lidí je poměrně vzácná.
Pleiotropie
Při tomto typu interakce jeden gen reguluje expresi nebo ovlivňuje stupeň exprese jiného genu.
U zvířat se pleiotropie projevovala následovně:
- U myší je příkladem pleiotropie nanismus. Bylo pozorováno, že při křížení fenotypicky normálních myší vV první generaci se všechny myši ukázaly jako trpasličí. Dospělo se k závěru, že nanismus je způsoben recesivním genem. Recesivní homozygoti přestali růst, jejich vnitřní orgány a žlázy byly nedostatečně vyvinuté. Tento trpasličí gen ovlivnil vývoj hypofýzy u myší, což vedlo ke snížení syntézy hormonů a způsobilo všechny následky.
- Platinové zbarvení u lišek. Pleiotropie se v tomto případě projevila letálním genem, který při vytvoření dominantního homozygota způsobil smrt embryí.
- U lidí byla pleiotropní interakce prokázána u fenylketonurie a také u Marfanova syndromu.
Role nealelických interakcí
V evolučním pojetí hrají důležitou roli všechny výše uvedené typy interakce nealelických genů. Nové kombinace genů způsobují objevení se nových rysů a vlastností živých organismů. V některých případech tyto znaky přispívají k přežití organismu, v jiných naopak způsobují smrt těch jedinců, kteří budou výrazně vyčnívat ze svého druhu.
Nealelická interakce genů je široce používána ve šlechtitelské genetice. Některé druhy živých organismů jsou zachovány díky takové genové rekombinaci. Jiné druhy získávají vlastnosti, které jsou v moderním světě vysoce ceněné (například chov nového plemene zvířete s větší výdrží a fyzickou silou než jeho rodiče).
Probíhají práce na využití těchto typů dědičnosti u lidíodstranění negativních vlastností z lidského genomu a vytvoření nového genotypu bez defektů.
