Hvad er pleiotropi? (med eksempler)

2817
Sherman Hoover
Hvad er pleiotropi? (med eksempler)

Det pleiotropi det er det genetiske fænomen, hvor ekspressionen af ​​et gen påvirker et individ den fænotypiske manifestation af andre ikke-relaterede tegn. Etymologisk betyder pleiotropi "flere ændringer" eller "mange effekter": det vil sige flere effekter end forventet fra ekspressionen af ​​et enkelt gen. Det er også kendt som polyfeni (mange fænotyper), men det er et lidt brugt udtryk.

Et af de fænomener med arv, som de fleste forvirrede genetikere i denne videnskabs barndom var mutationer, der påvirkede mere end en karakter..

Først troede man, at hver karakter blev kontrolleret af et enkelt gen. Derefter indså vi, at manifestationen af ​​en karakter kunne kræve deltagelse af mere end et gen.

Det mest overraskende er dog, at et enkelt gen kan påvirke manifestationen af ​​mere end et arveligt træk, hvilket i det væsentlige er det, der definerer pleiotropi..

Når pleiotropi påvises generelt, er det mere hensigtsmæssigt at sige, at det ansvarlige gen har pleiotropiske virkninger end genet det er pleiotropisk.

Selvom ikke alle respekterer denne konvention, er det vigtigt at bemærke, at genet med pleiotropisk effekt koder for et bestemt træk og ikke for pleiotropi. i sig selv.

Ellers ville "normalitet" ikke være andet end den pleiotropiske manifestation af virkningen af ​​en vild allel af et bestemt gen på andre. Dette er dog genetisk forkert..

Artikelindeks

  • 1 Historie
  • 2 Eksempler på gener med pleiotropiske virkninger
    • 2.1-Vestigialgenet i Drosophila
    • 2.2 -Pigmentering og døvhed hos katte
    • 2.3 - Kyllinger med krøllede fjer
    • 2.4-Hos mennesker
    • 2,5-fenylketonuri
    • 2.6 -Andre metaboliske veje
    • 2,7 -Laminopatier
    • 2.8 -Transkriptionsregulatorer
  • 3 Pleiotropi og epigenetik
  • 4 Pleiotropi og aldring
  • 5 Pleiotropi og speciering
  • 6 Pleiotropi og tilpasning
  • 7 Referencer

Historie

Udtrykket pleiotropi blev først brugt af en tysk genetiker ved navn Ludwig Plate i 1910. Plade brugte udtrykket til at forklare udseendet af flere forskellige fænotypiske træk, der altid forekommer sammen og kan synes at være korreleret. Ifølge ham skyldes dette fænomen, når det sker, en enhed af pleiotropisk arv.

En anden tysker, Hans Gruneberg, delte pleiotropi i "ægte" og "falske". Den første var præget af fremkomsten af ​​to forskellige primære produkter fra et enkelt sted.

Det andet henviste ifølge denne forfatter til et enkelt primært produkt, der blev brugt på forskellige måder. I dag er Gruneberg-betydningen af ​​ægte pleiotropi blevet kasseret, mens falske pleiotropi betragtes som blot pleiotropi..

En anden opdeling af pleiotropikonceptet blev lavet af Ernst Hadorn, der påpegede, at der var to typer pleiotropi: mosaik og relationel. Den første opstår, når et gen koder information, der påvirker to forskellige fænotypiske træk..

Relationel pleiotropi opstår derimod, når et gen bestemmer initieringen af ​​forskellige begivenheder relateret til hinanden, og som vil påvirke flere uafhængige træk..

Kacser og Burns påpegede på deres side, at enhver variation i en hvilken som helst del af genomet påvirker alle træk i forskellig grad, enten direkte eller indirekte. Denne idé er kendt under navnet universal pleiotropi..

Eksempler på gener med pleiotropiske virkninger

Pleiotropi, der er et fænomen, der beskriver nogle af konsekvenserne af interaktionen mellem produkterne fra gener, er universel..

Virus såvel som alle organismer af cellulær art besidder gener, hvis produkter er vigtige for manifestationen af ​​andre tegn. Disse gener, hvis vildtype- og mutantalleler har pleiotropiske virkninger, er af forskellig art.

-Vestigialgenet i Drosophila

Drosophila (frugtfluen), det vestigiale gen bestemmer vingenes udviklingsniveau. Når dette gen arves fra begge forældre, vil den efterfølgende flue præsentere vestigiale vinger og vil ikke være i stand til at flyve..

Disse vil dog ikke være de eneste virkninger af det vestigiale gen. Dette gen er pleiotropisk, og dets tilstedeværelse fører også til en reduktion i antallet af æg i fluens æggestokke. Det ændrer også antallet og arrangementet af børstehårene i brystkassen og reducerer levetiden.

-Pigmentering og døvhed hos katte

Genet, der koder for pigmentoplysninger hos katte, er et pleiotropisk gen. På grund af dette er en ret høj procentdel af katte med hvid pels og blå øjne også døve..

Selv hvide katte, der har et blåt og et gult øje, er kun døve i øret, der er på samme side af hovedet som det blå øje..

Pleiotropi hos katte. Hvid kat med heterochromia. Taget og redigeret fra: Keith Kissel [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons.

-Kyllinger med flæse fjer

Hos kyllinger producerer et dominerende gen effekten af ​​rynkete fjer. Dette gen viste sig at have en pleiotropisk effekt, da det manifesterer andre fænotypiske effekter: øgede stofskiftehastigheder, øget kropstemperatur, øget madforbrug.

Derudover viser kyllinger med dette gen forsinket seksuel modenhed og nedsat fertilitet..

-Hos mennesker

Marfan syndrom

Symptomer på dette syndrom inkluderer: usædvanlig høj kropsstørrelse, progressive hjertelidelser, forskydning af øjenlinsen, lungesygdomme.

Alle disse symptomer er direkte relateret til en enkelt genmutation. Dette gen, kaldet FBN1, er pleiotropisk, da dets funktion er at kode for et glykoprotein, der bruges i bindevæv i forskellige dele af kroppen..

Holt-Oram syndrom

Patienter med dette syndrom har abnormiteter i carpalben og andre benben i forbenene. Derudover har omkring 3 ud af 4 patienter med dette syndrom hjerteproblemer..

Nijmegen syndrom

Det er karakteriseret, fordi de, der lider af det, har mikrocefali, immundefekt, udviklingsforstyrrelser og en tilbøjelighed til lymfekræft og leukæmi.

-Fenylketonuri

Et velkendt tilfælde af pleiotropisk effekt er forårsaget af mutante alleler, der er ansvarlige for phenylketonuri.

Fenylketonuri, en metabolisk sygdom, skyldes mutationen af ​​et enkelt gen, der koder for enzymet phenylalaninhydroxylase. Det inaktive mutante enzym er ude af stand til at nedbryde aminosyren phenylalanin; når dette akkumuleres, bliver organismen beruset.

Derfor er effekten observeret hos personer, der bærer de to kopier af det muterede gen, multipel (pleiotrop).

Årsagen til sygdommen eller syndromet er manglen på metabolisk aktivitet, der forårsager hududbrud, neurologiske lidelser, mikrocefali, lys hud og blå øjne (på grund af manglen på dannelse af melanin) osv. Ad forskellige veje.

Ingen af ​​de gener, der er involveret i den ændrede manifestation af disse andre træk, er nødvendigvis muteret..

-Andre metaboliske veje

Det er meget almindeligt, hvor flere enzymer deler eller bruger den samme kofaktor for at være aktive. Denne kofaktor er slutproduktet af den samordnede handling af flere andre proteiner, der deltager i denne biosyntetiske vej..

Hvis der genereres en mutation i nogen af ​​de gener, der koder for proteinerne på denne vej, vil cofaktoren ikke blive produceret. Disse mutationer vil have en pleiotropisk effekt, da ingen af ​​de proteiner, der afhænger af, at kofaktoren er aktiv, vil være i stand til at være aktive, selvom deres egne gener er perfekt funktionelle..

Molybdæn

I både prokaryoter og eukaryoter er molybdæn f.eks. Afgørende for, at visse enzymer fungerer.

Molybdæn skal for at være biologisk nyttigt være kompleksbundet med et andet organisk molekyle, et produkt af virkningen af ​​flere enzymer i en kompleks metabolisk vej..

Når denne kofaktor sammensat med molybdæn er dannet, vil den blive brugt af alle molybdoproteiner til at udøve deres egen funktion..

Den pleiotropiske virkning i en mutation, der forhindrer syntesen af ​​molybdocofaktor, manifesteres ikke kun i dets fravær, men også i tabet af den enzymatiske aktivitet af alle molybdoenzymerne hos den person, der bærer mutationen..

-Laminopatier

Det nukleare lamina er et indviklet maske inde i kernen, dynamisk fastgjort til dets indre membran. Den nukleare laminat regulerer kernenes arkitektur, delingen mellem euchromatin og heterochromatin, genekspression samt DNA-replikation blandt andet..

Kernelaminatet består af få proteiner, der kollektivt kaldes lamininer. Da dette er strukturelle proteiner, som mange andre interagerer med, vil enhver mutation, der påvirker dine gener, have pleiotropiske virkninger..

De pleiotropiske virkninger af mutationer i laminingener vil manifestere sig som sygdomme kaldet laminopatier..

Det vil sige, en laminopati er den pleiotropiske manifestation, der skyldes mutationer i laminingenerne. De kliniske manifestationer af laminopatier inkluderer, men er ikke begrænset til, Progeria, Emery-Dreifuss muskeldystrofi og en række andre tilstande..

-Transkriptionsregulatorer

Andre gener, hvis mutationer giver anledning til en lang række forskellige pleiotropiske effekter, er dem, der koder for transkriptionsregulatorer..

Disse er proteiner, der specifikt styrer genekspression; der er andre, der er generelle regulatorer for transkription. Under alle omstændigheder bestemmer fraværet af disse produkter, at andre gener ikke transkriberes (dvs. ikke udtrykkes)..

En mutation, der bestemmer fraværet eller funktionsfejl hos en generel eller specifik transkriptionsregulator, vil have pleiotropiske virkninger i organismen, da intet gen vil blive udtrykt under dets kontrol..

Pleiotropi og epigenetik

Opdagelsen af ​​mekanismer til ændring i genekspression, der ikke afhænger af ændringer i nukleotidsekvensen af ​​gener (epigenetik), har beriget vores vision om pleiotropi.

Et af de mest undersøgte aspekter af epigenetik er virkningen af ​​endogene mikroRNA'er. Disse er produktet af transkription af kaldte gener Jeg kiggede.

Transkription af et gen Jeg kiggede giver anledning til et RNA, der efter bearbejdning virker i cytoplasmaet som et lille inaktiverende RNA.

Disse RNA'er kaldes små dæmpende RNA'er, fordi de har evnen til at være komplementære til target messenger-RNA'er. Ved at slutte sig til dem nedbrydes messenger, og karakteren udtrykkes ikke.

I nogle tilfælde kan dette lille molekyle binde sig til mere end en anden messenger, hvilket naturligvis giver anledning til en pleiotropisk virkning..

Pleiotropi og aldring

Forklaringen på de naturlige årsager til aldring kunne ligge i effekten af ​​pleiotropiske gener. Ifølge en hypotese fremsat af G. C. Williams er ældning konsekvensen af ​​det, han kaldte antagonistisk pleiotropi.

Hvis der er gener, hvis produkter har antagonistiske virkninger på forskellige stadier i en organisms liv, så kan disse gener bidrage til aldring.

Hvis de gavnlige virkninger vises før reproduktion og de skadelige virkninger efter den, ville de blive begunstiget af naturlig udvælgelse. Men ellers ville naturlig selektion virke mod disse gener..

På denne måde, hvis generne er virkelig pleiotrope, ville ældning være uundgåelig, da naturlig udvælgelse altid vil handle til fordel for gener, der favoriserer reproduktion..

Pleiotropi og speciering

Sympatrisk speciering er en type speciering, der forekommer uden geografiske barrierer mellem populationer. Denne type speciering foretrækkes tilsyneladende af pleiotropiske mutationer..

Matematiske simuleringsmodeller udviklet af Kondrashov viser, at reproduktiv isolation mellem sympatiske populationer kan forekomme på grund af udseendet af økologisk vigtige kvantitative træk under forstyrrende valg..

De samme modeller indikerer, at disse træk skal relateres til pleiotropiske gener. Hvis ændringerne skyldes flere gener og ikke en pleiotropisk, ville rekombination af gener under reproduktion forhindre speciering. Pleiotropi ville undgå de forstyrrende virkninger af rekombination.

Pleiotropi og tilpasning

Landet ændrer sig konstant. Organismer skal konstant ændre sig for at tilpasse sig nye forhold. Disse ændringer fører til det, der kaldes evolution..

Mange forfattere hævder, at evolution fører til en stigende kompleksitet af organismer. Denne kompleksitet kan være af en morfologisk type, hvor en bestemt karakter kan udvikle sig uafhængigt af en anden under specifikke miljøforhold..

Men når organismer bliver mere komplekse, bliver deres evne til at reagere på ændringer langsommere. Dette er hvad der kaldes "evolutionære omkostninger ved kompleksitet".

Matematiske modeller hævder, at tilpasninger på grund af ændringer i pleiotropiske gener ville være mindre evolutionært dyre end dem på grund af ændringer i tegn kodet af individuelle gener.

Referencer

  1. Brooker, R. J. (2017). Genetik: analyse og principper. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetik. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A. J. F., Wessler, R., Carroll, S. B., Doebley, J. (2015). En introduktion til genetisk analyse (11th red.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.
  4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Komplekse effekter af laminopati-mutationer på nuklear struktur og funktion. Klinisk genetik, doi: 10.1111 / cge.13455.
  5. Lobo, I. (2008). Pleiotropi: et gen kan påvirke flere træk. Naturundervisning, 1:10.
  6. Stitzer, M. C., Ross-Ibarra, J. (2018) Majsdomestisering og geninteraktion. Den nye fytolog, 220: 395-408.

Endnu ingen kommentarer