Hvad er pleiotropi? (med eksempler)



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

Et af arvenes fænomener, der forvekslede genetikerne mere i løbet af denne videnskabs barndom, var den for mutationer, der berørte mere end et tegn..

I starten blev det antaget, at hver karakter blev styret af et enkelt gen. Så indså vi, at et tegns manifestation kunne kræve deltagelse af mere end et gen.

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

Når pleiotropi er påvist, er det generelt mere hensigtsmæssigt at sige, at det ansvarlige gen har pleiotropiske virkninger på genet dette er pleiotrópico.

Selv om ikke alle overholder denne konvention, er det vigtigt at understrege, at genet med pleiotropisk virkning koder for et bestemt træk og ikke for pleiotropi. i sig selv.

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

indeks

  • 1 historie
  • 2 Eksempler på gener med pleiotrope virkninger
    • 2.1 - Det vestigiale gen i Drosophila
    • 2.2 -Pigmentering og døvhed hos katte
    • 2.3 - Frisede fjervildt kyllinger
    • 2.4 -I mennesker
    • 2,5 - phenylketonuri
    • 2.6 - Andre metabolske veje
    • 2.7 - Patologier
    • 2.8 - Transkriptionelle regulatorer
  • 3 Pleiotropi og epigenetika
  • 4 Pleiotropi og aldring
  • 5 Pleiotropi og speciering
  • 6 Pleiotropi og tilpasning
  • 7 referencer

historie

Pleiotropi Begrebet blev første gang brugt af en tysk genetiker ved navn Ludwig Plate Plate i 1910 brugte udtrykket til at forklare forekomsten af ​​flere forskellige fænotypiske træk, der altid forekommer sammen og kan forekomme korreleret. Ifølge ham er dette fænomen, når det opstår, skyldes en enhed af pleiotropisk arv.

En anden tysk, Hans Gruneberg, opdelte pleiotropien i "ægte" og "falsk". Den første blev kendetegnet ved fremkomsten af ​​to forskellige primærprodukter fra et enkelt sted.

Den anden, ifølge denne forfatter, refererede til et enkelt primærprodukt, der blev anvendt på forskellige måder. I dag har afvist betydningen af ​​ægte pleiotropi af Grüneberg, mens den falske pleiotropi betragtes blot som pleiotropi.

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

Relativ pleiotropi forekommer derimod, når et gen bestemmer starten på forskellige indbyrdes forbundne hændelser, som vil påvirke flere uafhængige træk.

Kacser og Burns påpegede derimod, at enhver variation i nogen del af genomet påvirker alle træk i forskellige grader, enten direkte eller indirekte. Denne idé er kendt som universel pleiotropi.

Eksempler på gener med pleiotrope virkninger

Pleiotropi, der er et fænomen, der beskriver nogle af konsekvenserne af vekselvirkningen mellem genernes produkter, er universel.

Virus, såvel som alle organismer af cellulær natur, har gener, hvis produkter er vigtige for manifestationen af ​​andre tegn. Disse gener, hvis wild alleler og mutanter har pleiotropiske virkninger, er af forskellig art.

-Det vestigiale gen i Drosophila

i Drosophila (frugtflyvet) bestemmer vestigialgenet vingenes udvikling. Når dette gen er arvet fra begge forældre, vil efterkommerne flyve vestigial vinger og vil ikke være i stand til at flyve.

Disse vil imidlertid ikke være de eneste virkninger af det vestigiale gen. Dette gen er pleiotropisk, og dets tilstedeværelse fører også til en reduktion af antallet af ægløsninger i æggestokkene. Det ændrer også antallet og dispositionen af ​​børster i thoraxen og reducerer levetiden er dette.

-Pigmentering og døvhed hos katte

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

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

-Kyllingerne med krøllede fjer

Hos kyllinger producerer et dominerende gen effekten af ​​krøllede fjer. Dette gen viste pleiotropisk virkning manifesteres som andre fænotypiske effekter: øget stofskifte, forhøjet kropstemperatur, øget forbrug af fødevarer.

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

-Hos mennesker

Marfan syndrom

Blandt symptomerne på dette syndrom er: usædvanlig høj kropsstørrelse, progressive hjerteforstyrrelser, dislokation af øjets linsen, lungesygdomme.

Alle disse symptomer er direkte relateret til mutationen af ​​et enkelt gen. Dette gen, der hedder FBN1, er pleiotropisk, da dets funktion er at kode et glykoprotein, der anvendes i bindevæv fra forskellige dele af kroppen..

Holt-Oram syndrom

Patienter med dette syndrom har en abnormitet i carpalbenene og andre ben 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, udviklingsbetingelser og tilbøjelighed til lymfatisk cancer og leukæmi..

-phenylketonuri

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

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

Derfor er den effekt, der observeres i de personer, der bærer de to kopier af det muterede gen, multiple (pleiotropiske).

Årsagen til sygdommen eller syndromet er manglen på en metabolisk aktivitet, der forårsager hududslæt, neurologiske lidelser, mikrocefalier, klare hud- og blå øjne (på grund af manglende melaningenerering) osv. På forskellige måder..

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

-Andre metabolske veje

Det er meget almindeligt, hvor flere enzymer deler eller bruger den samme cofactor til at være aktive. Denne cofactor er det endelige produkt af den samordnede virkning af flere andre proteiner, der deltager i denne biosyntetiske vej.

Hvis en mutation genereres i et hvilket som helst af de gener, som koder for proteinerne i denne vej, vil cofaktoren ikke blive produceret. Disse mutationer vil have en pleiotropisk virkning, da ingen af ​​proteinerne, der afhænger af cofaktoren for at være aktiv, vil kunne være, selvom deres egne gener er helt funktionelle.

molybdæn

Både i prokaryoter og i eukaryoter er for eksempel molybdæn afgørende for visse enzymers funktion.

Molybdæn, der skal være biologisk nyttig, skal komplekseres til et andet organisk molekyle, produkt af virkningen af ​​flere enzymer i en kompleks metabolisk vej.

Når først denne cofaktor er kompleksbundet med molybdæn, vil den blive anvendt af alle molybdoproteinerne til at udøve hver sin egen funktion.

Den pleiotrope effekt en mutation, som forhindrer syntese af molybdocofactor vil blive manifesteret ikke kun i mangel, men tabet af enzymaktivitet af alle bærerens molibdoenzimas mutationen.

-laminopathies

Den nukleare lamina er et indviklet net inde i kernen, dynamisk fastgjort til dets indre membran. Den nukleare lamina regulerer core-arkitektur, skillevæggen mellem eukromatin og heterokromatin, genekspression og DNA-replikation, bl.a..

Kernens lamina er dannet af få proteiner, der kollektivt kaldes lamininer. Da disse er strukturelle proteiner, med hvilke en lang række mange andre interagerer, vil enhver mutation, som påvirker deres gener, have pleiotropiske virkninger.

De pleiotropiske virkninger af mutationer i laminin-generne vil manifestere sig som sygdomme, der kaldes laminopatier.

Det vil sige, at en laminopati er den pleiotropiske manifestation som følge af mutationer i laminingenerne. Kliniske manifestationer af laminopathies omfatter, men er ikke begrænset til, progeria, den Emery-Dreifuss muskeldystrofi og et væld af andre affectations flere.

-Transkriptionelle regulatorer

Andre gener, hvis mutationer giver anledning til en lang række forskellige pleiotropiske virkninger, er dem, der koder for transkriptionelle regulatorer.

Disse er proteiner, der styrer ekspressionen af ​​gener på en bestemt måde; der er andre, der er generelle regulatorer for transkription. Under alle omstændigheder bestemmer fraværet af disse produkter, at andre gener ikke transkriberes (det vil sige ikke udtrykt).

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

Pleiotropi og epigenetik

Opdagelsen af ​​ændringsmekanismer i genekspression, der ikke er afhængige af ændringer i nukleotidsekvensen af ​​gener (epigenetika) har beriget vores vision om pleiotropi.

Et af de mest studerede aspekter af epigenetik er det, der er for virkningen af ​​endogene mikroRNA'er. Disse er produktet af transkriptionen af ​​gener kaldte mir.

Transkriptionen af ​​et gen mir giver anledning til et RNA, som efter at være blevet behandlet virker i cytoplasma som et lille inaktiverende RNA.

Disse RNA'er kaldes små silencing RNA'er, fordi de besidder evnen til at være komplementære til hvide messenger-RNA'er. For at slutte sig til dem er messenger nedbrydes og karakteren er ikke udtrykt.

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 af ​​de naturlige årsager til senescens kunne være i kraft af pleiotrope gener. Ifølge en hypotese stillet af G. C. Williams er senescens en konsekvens af det, han kaldte antagonistisk pleiotropi.

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

Hvis de gavnlige virkninger manifesteres før reproduktion og de skadelige virkninger efter det, vil de blive begunstiget af naturlig udvælgelse. Men ellers ville det naturlige valg arbejde imod disse gener.

På denne måde, hvis generne er virkelig pleiotropiske, ville senescence være uundgåeligt, da naturlig udvælgelse altid ville være til gavn for gener, der favoriserer reproduktion.

Pleiotropi og speciering

Sympatrisk speciering er en form for speciering, der opstår uden geografiske barrierer mellem befolkninger. Denne type speciering favoriseres tilsyneladende ved pleiotropiske mutationer.

Matematiske simuleringsmodeller udviklet af Kondrashov viser, at reproduktiv isolering mellem sympatriske populationer kan forekomme på grund af fremkomsten af ​​økologisk vigtige kvantitative træk under forstyrrende udvælgelse.

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

Pleiotropi og tilpasning

Jorden er i konstant forandring. Organismerne skal ændre sig konstant for at tilpasse sig de nye forhold. Disse ændringer fører til, hvad der er kendt som evolution.

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

Men som organismer bliver mere komplekse bliver deres evne til at reagere på ændringer langsommere. Det er det, der kaldes "evolutionære omkostninger ved kompleksitet".

Matematiske modeller hævder, at tilpasninger som følge af ændringer i pleiotropiske gener ville være mindre kostbare evolutionært end dem som følge 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) Genetics. 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 virkninger 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. Naturuddannelse, 1:10.
  6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) Maize domestication and gene interaction. Den Nye Fytolog, 220: 395-408.