Η μετάδοση χαρακτηριστικών από γενιά σε γενιά οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών γονιδίων. Τι είναι ένα γονίδιο και ποιοι είναι οι τύποι αλληλεπίδρασης μεταξύ τους;
Τι είναι ένα γονίδιο;
Κάτω από το γονίδιο αυτή τη στιγμή, σημαίνουν τη μονάδα μετάδοσης κληρονομικών πληροφοριών. Τα γονίδια βρίσκονται στο DNA και σχηματίζουν τα δομικά του τμήματα. Κάθε γονίδιο είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση ενός συγκεκριμένου μορίου πρωτεΐνης, το οποίο καθορίζει την εκδήλωση ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού στον άνθρωπο.
Κάθε γονίδιο έχει πολλά υποείδη ή αλληλόμορφα, τα οποία προκαλούν μια ποικιλία χαρακτηριστικών (για παράδειγμα, τα καστανά μάτια οφείλονται στο κυρίαρχο αλληλόμορφο του γονιδίου, ενώ το μπλε είναι ένα υπολειπόμενο χαρακτηριστικό). Τα αλληλόμορφα βρίσκονται στις ίδιες περιοχές ομόλογων χρωμοσωμάτων και η μετάδοση του ενός ή του άλλου χρωμοσώματος προκαλεί την εκδήλωση του ενός ή του άλλου χαρακτηριστικού.
Όλα τα γονίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αλληλεπίδρασής τους - αλληλικές και μη αλληλικές. Αντίστοιχα, η αλληλεπίδρασηαλληλικά και μη αλληλικά γονίδια. Πώς διαφέρουν μεταξύ τους και πώς εκδηλώνονται;
Ιστορικό ανακάλυψης
Πριν ανακαλυφθούν οι τύποι αλληλεπίδρασης των μη αλληλικών γονιδίων, ήταν γενικά αποδεκτό ότι είναι δυνατή μόνο η πλήρης κυριαρχία (αν υπάρχει ένα κυρίαρχο γονίδιο, τότε το χαρακτηριστικό θα εμφανιστεί· εάν απουσιάζει, τότε θα υπάρχει να μην υπάρχει κανένα χαρακτηριστικό). Επικράτησε το δόγμα της αλληλικής αλληλεπίδρασης, που για μεγάλο χρονικό διάστημα ήταν το κύριο δόγμα της γενετικής. Η κυριαρχία έχει ερευνηθεί εκτενώς και έχουν ανακαλυφθεί τύποι όπως πλήρης και ατελής κυριαρχία, συν-κυριαρχία και υπερκυριαρχία.
Όλες αυτές οι αρχές υπόκεινταν στον πρώτο νόμο του Mendel, ο οποίος δήλωνε την ομοιομορφία των υβριδίων πρώτης γενιάς.
Μετά από περαιτέρω παρατήρηση και έρευνα, παρατηρήθηκε ότι δεν προσαρμόστηκαν όλα τα σημάδια στη θεωρία κυριαρχίας. Με μια βαθύτερη μελέτη, αποδείχθηκε ότι όχι μόνο τα ίδια γονίδια επηρεάζουν την εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού ή μιας ομάδας ιδιοτήτων. Έτσι, ανακαλύφθηκαν μορφές αλληλεπίδρασης μη αλληλικών γονιδίων.
Αντιδράσεις μεταξύ γονιδίων
Όπως έχει ειπωθεί, για πολύ καιρό επικρατούσε το δόγμα της κυρίαρχης κληρονομικότητας. Σε αυτή την περίπτωση, έλαβε χώρα μια αλληλική αλληλεπίδραση, στην οποία το χαρακτηριστικό εκδηλώθηκε μόνο στην ετερόζυγη κατάσταση. Αφού ανακαλύφθηκαν διάφορες μορφές αλληλεπίδρασης μη αλληλικών γονιδίων, οι επιστήμονες μπόρεσαν να εξηγήσουν τους μέχρι τώρα ανεξήγητους τύπους κληρονομικότητας και να λάβουν απαντήσεις σε πολλές ερωτήσεις.
Βρέθηκε ότι η ρύθμιση των γονιδίων εξαρτιόταν άμεσα από τα ένζυμα. Αυτά τα ένζυμα επέτρεψαν στα γονίδια να αντιδράσουν διαφορετικά. Ταυτόχρονα, η αλληλεπίδραση αλληλικών και μη αλληλόμορφων γονιδίων προχωρούσε σύμφωνα με τις ίδιες αρχές και πρότυπα. Αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η κληρονομικότητα δεν εξαρτάται από τις συνθήκες στις οποίες αλληλεπιδρούν τα γονίδια και ο λόγος για την άτυπη μετάδοση των χαρακτηριστικών βρίσκεται στα ίδια τα γονίδια.
Η μη αλληλική αλληλεπίδραση είναι μοναδική, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση νέων συνδυασμών χαρακτηριστικών που καθορίζουν έναν νέο βαθμό επιβίωσης και ανάπτυξης των οργανισμών.
Μη αλληλικά γονίδια
Μη αλληλικά είναι εκείνα τα γονίδια που εντοπίζονται σε διαφορετικά μέρη μη ομόλογων χρωμοσωμάτων. Έχουν μία λειτουργία σύνθεσης, αλλά κωδικοποιούν το σχηματισμό διαφόρων πρωτεϊνών που προκαλούν διαφορετικά σημάδια. Τέτοια γονίδια, αντιδρώντας μεταξύ τους, μπορούν να προκαλέσουν την ανάπτυξη χαρακτηριστικών σε διάφορους συνδυασμούς:
- Ένα χαρακτηριστικό θα οφείλεται στην αλληλεπίδραση πολλών εντελώς διαφορετικών γονιδίων.
- Πολλαπλά χαρακτηριστικά θα εξαρτηθούν από ένα γονίδιο.
Οι αντιδράσεις μεταξύ αυτών των γονιδίων είναι κάπως πιο περίπλοκες από ό,τι με την αλληλική αλληλεπίδραση. Ωστόσο, καθένας από αυτούς τους τύπους αντιδράσεων έχει τα δικά του χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά.
Ποιοι είναι οι τύποι αλληλεπίδρασης των μη αλληλικών γονιδίων;
- Epistasis.
- Polymeria.
- Συμπληρωματικότητα.
- Η δράση των τροποποιητικών γονιδίων.
- Πλειοτροπική αλληλεπίδραση.
Όλοιαπό αυτούς τους τύπους αλληλεπίδρασης έχει τις δικές του μοναδικές ιδιότητες και εκδηλώνεται με τον δικό του τρόπο.
Θα πρέπει να σταθούμε σε καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.
Επιστασία
Αυτή η αλληλεπίδραση των μη αλληλικών γονιδίων - επίσταση - παρατηρείται όταν ένα γονίδιο καταστέλλει τη δραστηριότητα ενός άλλου (το κατασταλτικό γονίδιο ονομάζεται επιστατικό και το κατασταλμένο γονίδιο ονομάζεται υποστατικό γονίδιο).
Η αντίδραση μεταξύ αυτών των γονιδίων μπορεί να είναι κυρίαρχη ή υπολειπόμενη. Κυρίαρχη επίσταση παρατηρείται όταν το επιστατικό γονίδιο (συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα I, εάν δεν έχει εξωτερική, φαινοτυπική εκδήλωση) καταστέλλει το υποστατικό γονίδιο (συνήθως συμβολίζεται με Β ή β). Η υπολειπόμενη επίσταση εμφανίζεται όταν το υπολειπόμενο αλληλόμορφο του επιστατικού γονιδίου αναστέλλει την έκφραση οποιουδήποτε από τα αλληλόμορφα του υποστατικού γονιδίου.
Ο διαχωρισμός σύμφωνα με το φαινοτυπικό χαρακτηριστικό, με κάθε έναν από αυτούς τους τύπους αλληλεπιδράσεων, είναι επίσης διαφορετικός. Με την κυρίαρχη επίσταση, παρατηρείται συχνότερα η ακόλουθη εικόνα: στη δεύτερη γενιά, σύμφωνα με τους φαινοτύπους, η διαίρεση θα είναι ως εξής - 13:3, 7:6:3 ή 12:3:1. Όλα εξαρτώνται από το ποια γονίδια συγκλίνουν.
Με υπολειπόμενη επίσταση, η διαίρεση είναι: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Συμπληρωματικότητα
Η αλληλεπίδραση των μη αλληλικών γονιδίων, στην οποία, όταν συνδυάζονται κυρίαρχα αλληλόμορφα αρκετών χαρακτηριστικών, σχηματίζεται ένας νέος, μέχρι τώρα αόρατος φαινότυπος, και ονομάζεται συμπληρωματικότητα.
Για παράδειγμα, αυτός ο τύπος αντίδρασης μεταξύ γονιδίων είναι πιο κοινός στα φυτά (ειδικά στις κολοκύθες).
Αν ο γονότυπος του φυτού έχει κυρίαρχο αλληλόμορφο Α ή Β, τότε το λαχανικό αποκτά σφαιρικό σχήμα. Εάν ο γονότυπος είναι υπολειπόμενος, τότε το σχήμα του εμβρύου είναι συνήθως επίμηκες.
Εάν υπάρχουν δύο κυρίαρχα αλληλόμορφα (Α και Β) στον γονότυπο ταυτόχρονα, η κολοκύθα αποκτά σχήμα δίσκου. Εάν συνεχίσουμε να διασταυρώνουμε (δηλαδή συνεχίσουμε αυτή την αλληλεπίδραση των μη αλληλικών γονιδίων με κολοκύθες καθαρής γραμμής), τότε στη δεύτερη γενιά μπορείτε να πάρετε 9 άτομα με σχήμα δίσκου, 6 με σφαιρικό σχήμα και μία επιμήκη κολοκύθα.
Τέτοια διασταύρωση σάς επιτρέπει να αποκτήσετε νέες, υβριδικές μορφές φυτών με μοναδικές ιδιότητες.
Στους ανθρώπους, αυτός ο τύπος αλληλεπίδρασης προκαλεί τη φυσιολογική ανάπτυξη της ακοής (ένα γονίδιο για την ανάπτυξη του κοχλία, το άλλο για το ακουστικό νεύρο) και παρουσία μόνο ενός κυρίαρχου χαρακτηριστικού, εμφανίζεται η κώφωση.
Polymeria
Συχνά η εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού δεν βασίζεται στην παρουσία ενός κυρίαρχου ή υπολειπόμενου αλληλόμορφου ενός γονιδίου, αλλά στον αριθμό του. Η αλληλεπίδραση των μη αλληλικών γονιδίων - πολυμερία - είναι ένα παράδειγμα τέτοιας εκδήλωσης.
Η πολυμερική δράση των γονιδίων μπορεί να προχωρήσει με αθροιστικό (αθροιστικό) αποτέλεσμα ή χωρίς αυτό. Κατά τη συσσώρευση, ο βαθμός εκδήλωσης ενός χαρακτηριστικού εξαρτάται από τη συνολική γονιδιακή αλληλεπίδραση (όσο περισσότερα γονίδια, τόσο πιο έντονο το χαρακτηριστικό). Οι απόγονοι με παρόμοιο αποτέλεσμα χωρίζονται ως εξής - 1: 4: 6: 4: 1 (ο βαθμός έκφρασης του χαρακτηριστικού μειώνεται, δηλ. σε ένα άτομο το χαρακτηριστικό είναι στο μέγιστο έντονο, σε άλλα παρατηρείται η εξαφάνισή του μέχρι την πλήρη εξαφάνιση
Αν δεν παρατηρηθεί αθροιστική δράση, τότεη εκδήλωση ενός χαρακτηριστικού εξαρτάται από τα κυρίαρχα αλληλόμορφα. Εάν υπάρχει τουλάχιστον ένα τέτοιο αλληλόμορφο, το χαρακτηριστικό θα λάβει χώρα. Με παρόμοιο αποτέλεσμα, η διάσπαση στους απογόνους προχωρά σε αναλογία 15:1.
Η δράση των τροποποιητικών γονιδίων
Η αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων, που ελέγχεται από τη δράση τροποποιητών, είναι σχετικά σπάνια. Ένα παράδειγμα τέτοιας αλληλεπίδρασης είναι το εξής:
- Για παράδειγμα, υπάρχει ένα γονίδιο D που είναι υπεύθυνο για την ένταση του χρώματος. Στην κυρίαρχη κατάσταση, αυτό το γονίδιο ρυθμίζει την εμφάνιση του χρώματος, ενώ στο σχηματισμό ενός υπολειπόμενου γονότυπου για αυτό το γονίδιο, ακόμη και αν υπάρχουν άλλα γονίδια που ελέγχουν άμεσα το χρώμα, θα εμφανιστεί το «φαινόμενο αραίωσης χρώματος», το οποίο συχνά παρατηρείται σε γαλακτώδη λευκά ποντίκια.
- Ένα άλλο παράδειγμα τέτοιας αντίδρασης είναι η εμφάνιση κηλίδων στο σώμα των ζώων. Για παράδειγμα, υπάρχει το γονίδιο F, η κύρια λειτουργία του οποίου είναι η ομοιομορφία του χρωματισμού του μαλλιού. Με το σχηματισμό ενός υπολειπόμενου γονότυπου, το τρίχωμα θα χρωματιστεί άνισα, με την εμφάνιση, για παράδειγμα, λευκών κηλίδων σε μια ή την άλλη περιοχή του σώματος.
Μια τέτοια αλληλεπίδραση μη αλληλικών γονιδίων στον άνθρωπο είναι αρκετά σπάνια.
Πλειοτροπία
Σε αυτόν τον τύπο αλληλεπίδρασης, ένα γονίδιο ρυθμίζει την έκφραση ή επηρεάζει τον βαθμό έκφρασης ενός άλλου γονιδίου.
Στα ζώα, η πλειοτροπία εκδηλώθηκε ως εξής:
- Στα ποντίκια, ο νανισμός είναι ένα παράδειγμα πλειοτροπίας. Έχει παρατηρηθεί ότι όταν διασταυρώνονται φαινοτυπικά φυσιολογικά ποντίκια σεΣτην πρώτη γενιά, όλα τα ποντίκια αποδείχτηκαν νάνοι. Βγήκε το συμπέρασμα ότι ο νανισμός προκαλείται από ένα υπολειπόμενο γονίδιο. Οι υπολειπόμενοι ομοζυγώτες σταμάτησαν να αναπτύσσονται, τα εσωτερικά τους όργανα και οι αδένες ήταν υπανάπτυκτες. Αυτό το γονίδιο νανισμού επηρέασε την ανάπτυξη της υπόφυσης στα ποντίκια, γεγονός που οδήγησε σε μείωση της σύνθεσης ορμονών και προκάλεσε όλες τις συνέπειες.
- Χρωματισμός πλατίνας στις αλεπούδες. Η πλειοτροπία σε αυτή την περίπτωση εκδηλώθηκε από ένα θανατηφόρο γονίδιο, το οποίο, όταν σχηματίστηκε ένας κυρίαρχος ομοζυγώτης, προκάλεσε τον θάνατο των εμβρύων.
- Στους ανθρώπους, μια πλειοτροπική αλληλεπίδραση έχει δειχθεί στη φαινυλκετονουρία καθώς και στο σύνδρομο Marfan.
Ο ρόλος των μη αλληλικών αλληλεπιδράσεων
Σε εξελικτικούς όρους, όλοι οι παραπάνω τύποι αλληλεπίδρασης των μη αλληλικών γονιδίων παίζουν σημαντικό ρόλο. Νέοι συνδυασμοί γονιδίων προκαλούν την εμφάνιση νέων χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων των ζωντανών οργανισμών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτά τα σημάδια συμβάλλουν στην επιβίωση του οργανισμού, σε άλλες, αντίθετα, προκαλούν το θάνατο εκείνων των ατόμων που θα ξεχωρίσουν σημαντικά από το είδος τους.
Η μη αλληλική αλληλεπίδραση γονιδίων χρησιμοποιείται ευρέως στη γενετική αναπαραγωγής. Μερικά είδη ζωντανών οργανισμών διατηρούνται λόγω αυτού του ανασυνδυασμού γονιδίων. Άλλα είδη αποκτούν ιδιότητες που εκτιμώνται ιδιαίτερα στον σύγχρονο κόσμο (για παράδειγμα, η εκτροφή μιας νέας ράτσας ζώου με μεγαλύτερη αντοχή και σωματική δύναμη από τους γονείς του).
Εργασίες βρίσκονται σε εξέλιξη για τη χρήση αυτών των τύπων κληρονομικότητας στους ανθρώπουςεξαλείφοντας τα αρνητικά χαρακτηριστικά από το ανθρώπινο γονιδίωμα και δημιουργώντας έναν νέο, χωρίς ελαττώματα γονότυπο.
