Die Übertragung von Merkmalen von Generation zu Generation beruht auf der Interaktion zwischen verschiedenen Genen. Was ist ein Gen und welche Arten von Wechselwirkungen gibt es zwischen ihnen?
Was ist ein Gen?
Unter Gen versteht man heute die Übertragungseinheit der Erbinformation. Gene befinden sich in der DNA und bilden ihre strukturellen Abschnitte. Jedes Gen ist für die Synthese eines bestimmten Proteinmoleküls verantwortlich, das die Manifestation eines bestimmten Merkmals beim Menschen bestimmt.
Jedes Gen hat mehrere Unterarten oder Allele, die eine Vielzahl von Merkmalen verursachen (zum Beispiel sind braune Augen auf das dominante Allel des Gens zurückzuführen, während Blau ein rezessives Merkmal ist). Allele befinden sich in denselben Regionen homologer Chromosomen, und die Übertragung des einen oder anderen Chromosoms verursacht die Manifestation des einen oder anderen Merkmals.
Alle Gene interagieren miteinander. Es gibt verschiedene Arten ihrer Interaktion - allelische und nicht allelische. Dementsprechend ist das Zusammenspielallelische und nicht-allelische Gene. Wie unterscheiden sie sich voneinander und wie manifestieren sie sich?
Discovery-Verlauf
Bevor die Interaktionsarten von nicht allelischen Genen entdeckt wurden, war allgemein anerkannt, dass nur eine vollständige Dominanz möglich ist (wenn es ein dominantes Gen gibt, wird das Merkmal erscheinen; wenn es fehlt, dann wird es vorkommen kein Merkmal sein). Die Doktrin der allelischen Interaktion, die lange Zeit das Hauptdogma der Genetik war, setzte sich durch. Dominanz wurde ausgiebig erforscht und Typen wie vollständige und unvollständige Dominanz, Co-Dominanz und Überdominanz wurden entdeckt.
Alle diese Prinzipien unterlagen Mendels erstem Gesetz, das die Einheitlichkeit von Hybriden der ersten Generation festlegte.
Nach weiteren Beobachtungen und Recherchen wurde festgestellt, dass sich nicht alle Zeichen der Dominanztheorie anpassten. Mit einer tieferen Studie wurde bewiesen, dass nicht nur die gleichen Gene die Manifestation eines Merkmals oder einer Gruppe von Eigenschaften beeinflussen. So wurden Interaktionsformen nicht-allelischer Gene entdeckt.
Reaktionen zwischen Genen
Wie gesagt, herrschte lange Zeit die Doktrin der dominanten Vererbung. In diesem Fall fand eine allelische Interaktion statt, bei der sich das Merkmal nur im heterozygoten Zustand manifestierte. Nachdem verschiedene Formen der Interaktion nicht-allelischer Gene entdeckt wurden, konnten Wissenschaftler bisher ungeklärte Vererbungsarten aufklären und Antworten auf viele Fragen erh alten.
Es wurde festgestellt, dass die Genregulation direkt von Enzymen abhängt. Diese Enzyme ermöglichten es den Genen, anders zu reagieren. Gleichzeitig verlief die Interaktion allelischer und nicht-allelischer Gene nach denselben Prinzipien und Mustern. Dies führte zu dem Schluss, dass die Vererbung nicht von den Bedingungen abhängt, unter denen Gene interagieren, und der Grund für die atypische Übertragung von Merkmalen in den Genen selbst liegt.
Die nicht-allelische Interaktion ist einzigartig, was es ermöglicht, neue Kombinationen von Merkmalen zu erh alten, die einen neuen Grad des Überlebens und der Entwicklung von Organismen bestimmen.
Nicht-allelische Gene
Nicht-allelisch sind Gene, die in verschiedenen Teilen nicht-homologer Chromosomen lokalisiert sind. Sie haben eine Synthesefunktion, kodieren aber die Bildung verschiedener Proteine, die unterschiedliche Anzeichen hervorrufen. Solche Gene, die miteinander reagieren, können die Entwicklung von Merkmalen in mehreren Kombinationen verursachen:
- Ein Merkmal wird auf das Zusammenspiel mehrerer völlig unterschiedlicher Gene zurückzuführen sein.
- Mehrere Merkmale hängen von einem Gen ab.
Reaktionen zwischen diesen Genen sind etwas komplizierter als bei allelischer Interaktion. Jede dieser Reaktionsarten hat jedoch ihre eigenen Merkmale und Eigenschaften.
Welche Interaktionsarten gibt es zwischen nicht allelischen Genen?
- Epistasis.
- Polymeria.
- Komplementarität.
- Die Wirkung von Modifikatorgenen.
- Pleiotrope Wechselwirkung.
Alledieser Interaktionstypen hat seine eigenen einzigartigen Eigenschaften und manifestiert sich auf seine eigene Weise.
Wir sollten auf jeden von ihnen genauer eingehen.
Epistasis
Diese Interaktion nicht-allelischer Gene - Epistase - wird beobachtet, wenn ein Gen die Aktivität eines anderen unterdrückt (das unterdrückende Gen wird als epistatisches Gen bezeichnet und das unterdrückte Gen als hypostatisches Gen).
Die Reaktion zwischen diesen Genen kann dominant oder rezessiv sein. Eine dominante Epistase wird beobachtet, wenn das epistatische Gen (normalerweise mit dem Buchstaben I bezeichnet, wenn es keine äußere, phänotypische Manifestation hat) das hypostatische Gen unterdrückt (es wird normalerweise mit B oder b bezeichnet). Rezessive Epistase tritt auf, wenn das rezessive Allel des epistatischen Gens die Expression eines der Allele des hypostatischen Gens hemmt.
Die Aufteilung nach dem phänotypischen Merkmal ist bei jeder dieser Arten von Interaktionen ebenfalls unterschiedlich. Bei dominanter Epistase wird häufiger das folgende Bild beobachtet: In der zweiten Generation wird die Aufteilung je nach Phänotyp wie folgt sein - 13:3, 7:6:3 oder 12:3:1. Es hängt alles davon ab, welche Gene zusammenlaufen.
Bei rezessiver Epistase ist die Teilung: 9:3:4, 9:7, 13:3.
Komplementarität
Die Interaktion von nicht-allelischen Genen, bei der, wenn dominante Allele mehrerer Merkmale kombiniert werden, ein neuer, bisher unbekannter Phänotyp gebildet wird, wird als Komplementarität bezeichnet.
Zum Beispiel ist diese Art der Reaktion zwischen Genen am häufigsten bei Pflanzen (insbesondere Kürbissen).
Wenn der Genotyp der Pflanze ein dominantes Allel A oder B hat, dann bekommt das Gemüse eine Kugelform. Wenn der Genotyp rezessiv ist, dann ist die Form des Fötus normalerweise länglich.
Wenn gleichzeitig zwei dominante Allele (A und B) im Genotyp vorhanden sind, wird der Kürbis scheibenförmig. Wenn wir weiter kreuzen (d. H. Diese Interaktion von nicht allelischen Genen mit Kürbissen einer reinen Linie fortsetzen), können Sie in der zweiten Generation 9 Individuen mit scheibenförmiger Form, 6 mit kugelförmiger Form und einen länglichen Kürbis erh alten.
Eine solche Kreuzung ermöglicht es Ihnen, neue Hybridformen von Pflanzen mit einzigartigen Eigenschaften zu erh alten.
Beim Menschen bewirkt diese Art der Interaktion die normale Entwicklung des Gehörs (ein Gen für die Entwicklung der Cochlea, das andere für den Hörnerv), und bei Vorhandensein nur eines dominanten Merkmals tritt Taubheit auf.
Polymeria
Oft basiert die Ausprägung eines Merkmals nicht auf dem Vorhandensein eines dominanten oder rezessiven Allels eines Gens, sondern auf dessen Anzahl. Die Interaktion von nicht allelischen Genen – Polymeria – ist ein Beispiel für eine solche Manifestation.
Die polymere Wirkung von Genen kann mit einer kumulativen (kumulativen) Wirkung oder ohne sie ablaufen. Während der Kumulation hängt der Grad der Manifestation eines Merkmals von der gesamten Geninteraktion ab (je mehr Gene, desto ausgeprägter das Merkmal). Die Nachkommen mit ähnlicher Wirkung werden wie folgt unterteilt - 1: 4: 6: 4: 1 (der Grad der Ausprägung des Merkmals nimmt ab, d. H. Bei einem Individuum ist das Merkmal maximal ausgeprägt, bei anderen wird sein Aussterben bis zum vollständigen Verschwinden beobachtet).
Wenn keine kumulative Wirkung beobachtet wird, danndie Manifestation eines Merkmals hängt von dominanten Allelen ab. Wenn es mindestens ein solches Allel gibt, findet das Merkmal statt. Mit ähnlichem Effekt erfolgt die Aufsp altung bei den Nachkommen im Verhältnis 15:1.
Die Wirkung von Modifikatorgenen
Die Interaktion von nicht allelischen Genen, die durch die Wirkung von Modifikatoren kontrolliert wird, ist relativ selten. Ein Beispiel für eine solche Interaktion ist wie folgt:
- Zum Beispiel gibt es ein D-Gen, das für die Farbintensität verantwortlich ist. Im dominanten Zustand reguliert dieses Gen das Auftreten von Farbe, während bei der Bildung eines rezessiven Genotyps für dieses Gen, selbst wenn es andere Gene gibt, die die Farbe direkt steuern, der häufig beobachtete „Farbverdünnungseffekt“auftritt milchweiße Mäuse.
- Ein weiteres Beispiel für eine solche Reaktion ist das Auftreten von Flecken auf dem Körper von Tieren. Beispielsweise gibt es das F-Gen, dessen Hauptfunktion die Einheitlichkeit der Wollfärbung ist. Bei der Bildung eines rezessiven Genotyps wird das Fell ungleichmäßig gefärbt, wobei beispielsweise weiße Flecken in dem einen oder anderen Bereich des Körpers auftreten.
Eine solche Wechselwirkung nicht-allelischer Gene beim Menschen ist ziemlich selten.
Pleiotropie
Bei dieser Art von Wechselwirkung reguliert ein Gen die Expression oder beeinflusst den Grad der Expression eines anderen Gens.
Bei Tieren manifestiert sich die Pleiotropie wie folgt:
- Bei Mäusen ist Zwergwuchs ein Beispiel für Pleiotropie. Es wurde beobachtet, dass beim Kreuzen phänotypisch normale Mäuse inIn der ersten Generation erwiesen sich alle Mäuse als Zwerge. Es wurde geschlussfolgert, dass Zwergwuchs durch ein rezessives Gen verursacht wird. Rezessive Homozygoten hörten auf zu wachsen, ihre inneren Organe und Drüsen waren unterentwickelt. Dieses Zwergwuchs-Gen beeinflusste die Entwicklung der Hypophyse bei Mäusen, was zu einer Abnahme der Hormonsynthese führte und alle Folgen hatte.
- Platinfärbung bei Füchsen. Pleiotropie wurde in diesem Fall durch ein letales Gen manifestiert, das, wenn eine dominante Homozygote gebildet wurde, den Tod von Embryonen verursachte.
- Beim Menschen wurde eine pleiotrope Wechselwirkung bei Phenylketonurie sowie beim Marfan-Syndrom gezeigt.
Die Rolle nicht-allelischer Interaktionen
In evolutionärer Hinsicht spielen alle oben genannten Arten der Interaktion von nicht allelischen Genen eine wichtige Rolle. Neue Genkombinationen verursachen das Auftreten neuer Merkmale und Eigenschaften lebender Organismen. In einigen Fällen tragen diese Zeichen zum Überleben des Organismus bei, in anderen verursachen sie im Gegenteil den Tod von Individuen, die sich deutlich von ihrer Art abheben.
Die nicht-allelische Interaktion von Genen wird in der Zuchtgenetik häufig verwendet. Einige Arten lebender Organismen bleiben aufgrund einer solchen Gen-Rekombination erh alten. Andere Arten erwerben Eigenschaften, die in der modernen Welt hoch geschätzt werden (z. B. die Zucht einer neuen Tierrasse mit größerer Ausdauer und körperlicher Stärke als ihre Eltern).
Es wird an der Verwendung dieser Arten der Vererbung beim Menschen gearbeitetBeseitigung negativer Merkmale aus dem menschlichen Genom und Schaffung eines neuen, fehlerfreien Genotyps.
