Vad är pleiotropi? (med exempel)



den pleiotropy Det är det genetiska fenomenet där uttrycket av en gen påverkar en individs fenotypiska manifestation av andra orelaterade karaktärer. Etymologiskt betyder pleiotropi "fler förändringar" eller "många effekter": det vill säga mer effekter än förväntat med uttryck av en enda gen. Det är också känt som polypheni (många fenotyper), men det är en liten använd term.

Ett av fenomenen arv som förvirrade genetikerna mer under denna vetenskaps barndom var den för mutationer som berörde mer än ett tecken..

Först trodde man att varje karaktär styrdes av en enda gen. Då insåg vi att en karaktärs manifestation kunde kräva deltagande av mer än en gen.

Det mest överraskande är emellertid att en enda gen kan påverka manifestationen av mer än ett ärftligt drag, vilket i huvudsak är vad som definierar pleiotropi..

I allmänhet, när pleiotropi påvisas är det mer lämpligt att säga att den ansvariga genen har pleiotropa effekter på genen detta är pleiotrópico.

Även om inte alla respekterar denna konvention är det viktigt att betona att genen med pleiotropisk effekt koder för ett visst drag och inte för pleiotropi. i sig.

I annat fall skulle "normalitet" inte vara mer än den pleiotropiska manifestationseffekten av verkan av en vild allel av en viss gen på andra. Detta är emellertid genetiskt fel.

index

  • 1 historia
  • 2 Exempel på gener med pleiotropa effekter
    • 2.1 - Den vestigiala genen i Drosophila
    • 2.2 -Pigmentering och dövhet hos katter
    • 2.3 - Frizzy fjäderhönor
    • 2.4-hos människor
    • 2,5 - fenylketonuri
    • 2.6 - Andra metaboliska vägar
    • 2,7 - patologier
    • 2.8 - Transkriptionsregulatorer
  • 3 Pleiotropi och epigenetika
  • 4 Pleiotropi och åldrande
  • 5 Pleiotropi och speciering
  • 6 Pleiotropi och anpassning
  • 7 referenser

historia

Begreppet pleiotropi användes för första gången av en tysk genetiker som heter Ludwig Plate 1910. Plate använde termen för att förklara utseendet av flera distinkta fenotypiska särdrag som alltid uppstår tillsammans och kan verka korrelerade. Enligt honom är detta fenomen, när det uppstår, på grund av en enhet av pleiotropiskt arv.

En annan tysk, Hans Gruneberg, delade pleiotropin i "äkta" och "falskt". Den första präglades av framväxten av två olika primära produkter från en enda plats.

Den andra, enligt denna författare, hänvisade till en enda primärprodukt som användes på olika sätt. Idag har Grunebergs mening av pleiotropi blivit kasserad, medan falsk pleiotropi bara betraktas som pleiotropi..

En annan uppdelning av pleiotropy koncept genomfördes av Ernst Hadorn, som noterade att det fanns två typer av pleiotropy: mosaik och relations. Det första inträffar när en gen kodar för information som påverkar två olika fenotypiska egenskaper.

Relativ pleiotropi å andra sidan uppträder när en gen bestämmer början på olika inbördes samband som kommer att påverka flera oberoende egenskaper.

Kacser och Burns, under tiden, konstaterade att någon förändring i någon del av genomet i varierande grad påverkar alla egenskaper, antingen direkt eller indirekt. Denna idé är känd som universell pleiotropi.

Exempel på gener med pleiotropa effekter

Pleiotropi, som är ett fenomen som beskriver några av konsekvenserna av interaktionen mellan genernas produkter, är universell.

Virus, liksom alla organismer av cellulär natur, har gener vars produkter är viktiga för manifestationen av andra karaktärer. Dessa gener, vars vilda alleler och mutanter har pleiotropa effekter, är av olika natur.

-Den vestigiala genen i Drosophila

i Drosophila (fruktflugan) bestämmer vestigialgenen vingsnivåns utveckling. När den här genen är ärvd från båda föräldrarna, kommer den avkommande fliken att ha vestigiala vingar och kommer inte att kunna flyga.

Dessa kommer emellertid inte att vara de enda effekterna av den vestigiala genen. Denna gen är pleiotropisk och dess närvaro leder också till en minskning av antalet ägglossningar i äggstockarna i flugan. Det ändrar också antal och disposition hos borsten i bröstkorgen och minskar livslängden är detta.

-Pigmentering och dövhet hos katter

Genen som kodar för pigmenteringsinformationen hos katter är en pleiotropisk gen. På grund av detta är en ganska hög andel katter med vit päls och blå ögon också döva.

Även vita katter med ett blått och ett gult öga är bara döva från örat som ligger på samma sida av huvudet som det blå ögat.

-Kycklingarna med krullade fjädrar

Hos kycklingar producerar en dominerande gen effekten av krullade fjädrar. Denna gen visade att den har en pleiotropisk effekt eftersom den visar andra fenotypiska effekter: en ökning av metaboliska hastigheter, en ökning av kroppstemperaturen, en större konsumtion av mat.

Dessutom har kycklingar med denna gen försenat sexuell mognad och minskad fertilitet.

-Hos människor

Marfan syndrom

Bland symptomen på detta syndrom är: ovanligt hög kroppsstorlek, progressiva hjärtsjukdomar, dislokation av ögonlinsen, lungsjukdomar.

Alla dessa symtom är direkt relaterade till mutationen av en enda gen. Denna gen, kallad FBN1, är pleiotropisk, eftersom dess funktion är att koda ett glykoprotein som används i bindväv från olika delar av kroppen..

Holt-Oram syndrom

Patienter med detta syndrom har en abnormitet i carpalbenen och andra ben i förbenen. Dessutom har cirka 3 av 4 patienter med detta syndrom hjärtproblem.

Nijmegen syndrom

Det kännetecknas av att de som lider av det har mikrocefali, immunbrist, utvecklingsstörningar och benägenhet för lymfatisk cancer och leukemi..

-fenylketonuri

Ett välkänt fall av pleiotropisk effekt är den som orsakas av mutanta alleler som är ansvariga för fenylketonuri.

Fenylketonuri, en sjukdom av metabolisk natur, beror på mutationen av en enda gen som kodar för enzymet fenylalaninhydroxylas. Det inaktiva mutanta enzymet är oförmöget att sönderdela aminosyran fenylalanin; När detta ackumuleras blir organismen berusad.

Därför är effekten som observerats hos individerna som bär de två kopiorna av den muterade genen multipel (pleiotropisk).

Orsaken till sjukdomen, eller syndromet, är bristen på en metabolisk aktivitet som orsakar hudutslag, neurologiska störningar, mikrocefali, tydlig hud och blå ögon (på grund av brist på melaninproduktion) etc. på olika sätt..

Ingen av generna som är involverade i den förändrade manifestationen av dessa andra karaktärer är nödvändigtvis muterade.

-Andra metaboliska vägar

Det är mycket vanligt i vilket flera enzymer delar eller använder samma kofaktor för att vara aktiva. Denna kofaktor är den slutliga produkten av den samordnade verkan av flera andra proteiner som deltar i denna biosyntetiska vägen.

Om en mutation genereras i någon av de gener som kodar för proteinerna i denna väg kommer kofaktorn inte att produceras. Dessa mutationer har en pleiotropisk effekt, eftersom ingen av proteinerna som är beroende av kofaktorn att vara aktiva kommer att kunna vara, även om deras egna gener är helt funktionella.

molybden

Både i prokaryoter och i eukaryoter är molybden till exempel väsentligt för vissa enzymers funktion.

Molybden, för att vara biologiskt användbar, måste komplexeras till en annan organisk molekyl, en produkt av verkan av flera enzymer i en komplex metabolisk väg.

När denna kofaktor komplexbunden med molybden har bildats kommer den att användas av alla molybdoproteiner för att utöva var och en sin egen funktion.

Den pleiotropa effekten i en mutation som förhindrar syntesen av molibdocofaktorn kommer att manifesteras inte bara i frånvaro av detta utan i förlusten av den enzymatiska aktiviteten hos alla molybdoenzymerna hos individen som bär mutationen.

-laminopathies

Kärnlamina är ett invecklat nät i kärnan, dynamiskt fäst vid dess inre membran. Kärnarket reglerar kärnans arkitektur, uppdelningen mellan eukromatin och heterochromatin, genetiskt uttryck, liksom DNA-replikering, bland annat.

Kärnans lamina bildas av få proteiner kollektivt kända som lamininer. Eftersom dessa är strukturella proteiner med vilka en mängd många andra interagerar, kommer någon mutation som påverkar deras gener att ha pleiotropa effekter.

De pleiotropa effekterna av mutationer i laminingenerna kommer att manifesteras som sjukdomar som kallas laminopatier.

Det vill säga en laminopati är den pleiotropa manifestationen som härrör från mutationer i laminingenerna. De kliniska manifestationerna av laminopatier innefattar, men är inte begränsade till, progeri, muskeldystrofi av Emery-Dreifuss och en mängd andra lidelser..

-Transkriptionsregulatorer

Andra gener vars mutationer ger upphov till en mängd olika pleiotropa effekter är de som kodar för transkriptionsregulatorer.

Dessa är proteiner som styr uttrycket av gener på ett visst sätt. det finns andra som är allmänna regler för transkription. I vilket fall som helst avgörs frånvaron av dessa produkter att andra gener inte transkriberas (det vill säga inte uttryckas).

En mutation som bestämmer frånvaron eller störningen hos en generell eller specifik transkriptionsregulator kommer att ha pleiotropa effekter i organismen, eftersom ingen gen under dess kontroll kommer att uttryckas.

Pleiotropi och epigenetik

Upptäckten av förändringsmekanismer i genuttryck som inte är beroende av förändringar i nukleotidsekvensen av gener (epigenetik) har berikat vår vision om pleiotropi.

En av de mest studerade aspekterna av epigenetik är den för verkan av endogena mikroRNA. Dessa är produkten av transkriptionen av gener som kallas mir.

Transkriptionen av en gen mir ger upphov till ett RNA som efter bearbetning verkar i cytoplasma som ett litet inaktiverande RNA.

Dessa RNA kallas små simmande RNA eftersom de har förmågan att vara komplementära till vita budbärare RNA. För att gå med i dem bryts budbäraren och karaktären uttrycks inte.

I vissa fall kan denna lilla molekyl binda till mer än en annan budbärare, vilket naturligtvis ger upphov till en pleiotropisk effekt.

Pleiotropi och åldrande

Förklaringen av de naturliga orsakerna till senescens kan vara i effekten av pleiotropa gener. Enligt en hypotes som utspelas av G. C. Williams är senescens en följd av vad han kallade antagonistisk pleiotropi.

Om det finns gener vars produkter har antagonistiska effekter i olika stadier av organismens liv, kan dessa gener bidra till åldrande.

Om de fördelaktiga effekterna manifesteras före reproduktion och de skadliga effekterna efter det, skulle de gynnas av naturligt urval. Men annars skulle det naturliga urvalet fungera mot dessa gener.

På så sätt, om generna är egentligen pleiotropa, skulle senescens vara oundvikligt, eftersom naturligt urval alltid skulle gynna gener som gynnar reproduktion.

Pleiotropi och speciering

Sympatrisk speciering är en typ av speciering som uppstår utan geografiska hinder mellan populationer. Denna typ av speciering är uppenbarligen gynnad av pleiotropa mutationer.

Matematiska simuleringsmodeller som utvecklats av Kondrashov visar att reproduktiv isolering mellan sympatriska populationer kan uppstå på grund av framväxten av ekologiskt viktiga kvantitativa egenskaper vid störande urval.

Dessa samma modeller tyder på att dessa egenskaper måste relateras till pleiotropa gener. Om förändringarna beror på flera gener, och inte till en pleiotropisk, skulle rekombinationen av gener under reproduktion förhindra speciering. Pleiotropi skulle undvika de störande effekterna av rekombination.

Pleiotropi och anpassning

Jorden förändras ständigt. Organismerna måste förändras ständigt för att anpassa sig till de nya förutsättningarna. Dessa förändringar leder till det som kallas evolution.

Många författare hävdar att utvecklingen leder till en ökande komplexitet av organismer. Denna komplexitet kan vara av morfologisk typ, där en viss karaktär kan utvecklas oberoende av en annan i specifika miljöförhållanden.

Men eftersom organismer blir mer komplexa blir deras förmåga att reagera på förändringar långsammare. Det är det som kallas "evolutionära kostnaden för komplexitet".

Matematiska modeller hävdar att anpassningar på grund av förändringar i pleiotropa gener skulle vara mindre kostsamma evolutionärt än de som beror på förändringar i tecken som kodas av enskilda gener.

referenser

  1. Brooker, R.J. (2017). Genetik: Analys och Principer. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S. B., Doebley, J. (2015). En introduktion till genetisk analys (11th red.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, USA.
  4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Komplexa effekter av laminopati-mutationer på kärnstruktur och funktion. Klinisk genetik, doi: 10,1111 / cge.13455.
  5. Lobo, I. (2008). Pleiotropi: en gen kan påverka flera egenskaper. Naturutbildning, 1:10.
  6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) Maize domestication and gene interaction. Den nya fytologen, 220: 395-408.