Dominancia (genetika) - Dominance (genetics)
A genetika , dominancia az a jelenség, egy variáns ( allél ) egy gén egy kromoszómán maszkolás vagy felülírja a hatását egy másik változata az azonos gén , a másik példányt a kromoszóma . Az első változatot dominánsnak , a másodikat recesszívnek nevezik . Ezt az állapotot, hogy ugyanazon génnek két különböző változata van minden kromoszómán, eredetileg az egyik (akár új ( de novo )), akár az öröklött gén mutációja okozza . Az autoszomális domináns vagy autoszomális recesszív kifejezéseket a nemi kromoszómák ( autoszómák ) génváltozatainak és a hozzájuk tartozó tulajdonságok leírására használják , míg a nemi kromoszómákon (alloszómák) találhatók X-hez kapcsolódó domináns , X-kapcsolt recesszív vagy Y-kapcsolt ; ezek öröklődési és bemutatási mintázattal rendelkeznek, amely mind a szülő, mind a gyermek nemétől függ (lásd: Szexkapcsolat ). Mivel az Y kromoszómának csak egy példánya van, az Y-hez kapcsolódó tulajdonságok nem lehetnek dominánsak és recesszívek. Ezenkívül léteznek más dominanciaformák is, mint például a hiányos dominancia , amelyben a génváltozat részleges hatást fejt ki ahhoz képest, amikor mindkét kromoszómán jelen van, és az együttes dominancia , amelyben az egyes kromoszómák különböző változatai mind a kapcsolódó tulajdonságokat mutatják.
A dominancia nem jellemző az allélra vagy annak tulajdonságaira ( fenotípus ). Ez egy szigorúan relatív hatás bármely funkciójú adott gén két allélje között; az egyik allél domináns lehet ugyanazon gén második allélje felett, recesszív egy harmadikhoz, és egy domináns a negyedikvel. Ezenkívül az egyik allél domináns lehet egy tulajdonság esetében, de más nem.
Az uralom kulcsfontosságú fogalom a mendeli öröklődésben és a klasszikus genetikában . A betűk és a Punnett négyzetek a tanítás dominanciájának elveit mutatják be, a domináns alléloknál pedig a nagybetűk, a recesszív alléloknál pedig a kisbetűk használata. A klasszikus példája a dominancia a öröklődésének vetőmag alakját borsó . Borsó lehet kerek, társított allél R , vagy gyűrött, társított allél r . Ebben az esetben három allél -kombináció (genotípus) lehetséges: RR , Rr és rr . Az RR ( homozigóta ) egyedek kerek borsóval, az rr (homozigóta) egyedek pedig ráncos borsóval rendelkeznek. A Rr ( heterozigóta ) egyének, az R alléi maszkok jelenlétében a R allél, így ezek a személyek is kerek borsó. Így az R allél domináns az r allél felett , és az r allél recesszív az R alléllel szemben .
A dominancia eltér az episztázistól , az egyik gén alléljának jelensége, amely elfedi a különböző gén alléljainak hatását .
Háttér
_(14582377398).jpg)
Az erőfölény fogalmát Gregor Johann Mendel vezette be . Bár Mendel, a "Genetika atyja" először az 1860 -as években használta ezt a kifejezést, csak a huszadik század elején volt széles körben ismert. Mendel megjegyezte, hogy a kerti borsó különféle tulajdonságaival kapcsolatban, amelyek a magvak, maghüvelyek és növények megjelenésével kapcsolatosak, két különálló fenotípus létezik, például kerek és ráncos magvak, sárga kontra zöld mag, piros és fehér virágok, ill. magas és rövid növények. Külön tenyésztéskor a növények generációról generációra mindig ugyanazokat a fenotípusokat állították elő. Amikor azonban különböző fenotípusú vonalakat kereszteztek (keresztezték), a szülői fenotípusok közül csak egy jelent meg az utódokban (zöld, vagy kerek, vagy piros, vagy magas). Amikor azonban ezeket a hibrid növényeket keresztezték, az utódnövények a két eredeti fenotípust mutatták, jellegzetes 3: 1 arányban, a gyakoribb fenotípus a szülő hibrid növényeké. Mendel azzal indokolta, hogy az első keresztezésben minden szülő különböző allélok homozigótája volt (az egyik szülő AA és a másik szülő aa), és mindegyik egy alléllal járult hozzá az utódokhoz, aminek eredményeként ezek a hibridek mind heterozigóták voltak (Aa), és hogy a hibrid kereszt két allélja közül az egyik dominálta a másik kifejezését: A maszkos a. A két heterozigóta (Aa X Aa) közötti utolsó keresztezés AA, Aa és aa utódokat eredményezne 1: 2: 1 genotípus arányban, az első két osztály az (A) fenotípust, az utolsó pedig az (a) fenotípust mutatja , ezáltal előállítva a 3: 1 fenotípus arányt.
Mendel nem használta a gén, allél, fenotípus, genotípus, homozigóta és heterozigóta kifejezéseket, amelyeket később vezettünk be. Bevezette a nagybetűs és a kisbetűs jelölést a domináns és recesszív allélok esetében, amelyeket ma is használnak.
1928 -ban Ronald Fisher brit populációgenetikus azt javasolta, hogy a dominancia a természetes szelekción alapuljon a módosító gének segítségével . 1929 -ben Sewall Wright amerikai genetikus válaszként kijelentette, hogy a dominancia egyszerűen az anyagcsereutak fiziológiai következménye és az érintett gén relatív szükségessége. Wright magyarázata a genetika megalapozott tényévé vált, és a vita nagyrészt véget ért. Egyes tulajdonságok azonban dominanciájukat befolyásolhatják az evolúciós mechanizmusok.
Kromoszómák, gének és allélok
A legtöbb állatnak és néhány növénynek páros kromoszómái vannak , és diploidnak nevezik őket. Minden kromoszómájuknak két változata van, az egyik az anya petesejtje , a másik pedig az apa spermája , az ivarsejtek néven ismert, haploidnak nevezett, és meiózis révén jött létre . Ezek az ivarsejtek ezután összeolvadnak a megtermékenyítés során a szexuális szaporodás során , egy új egysejtes zigótává , amely többször osztódik, és új organizmust eredményez, amely ugyanannyi kromoszómapárral rendelkezik minden (nem gameta) sejtben, mint szülei.
Egy illeszkedő (homológ) pár minden kromoszómája szerkezetileg hasonló a másikhoz, és nagyon hasonló DNS -szekvenciájuk van ( lókuszok , szinguláris lókusz). Az egyes kromoszómák DNS -e különálló gének sorozataként működik, amelyek befolyásolják a különböző tulajdonságokat. Így minden génnek van egy megfelelő homológja is, amely különböző változatokban, alléloknak is létezhet . A két homológ kromoszóma azonos lókuszában lévő allélok azonosak vagy eltérőek lehetnek.
Az ember vércsoportját egy gén határozza meg, amely A, B, AB vagy O vércsoportot hoz létre , és a kilencedik kromoszóma hosszú karjában helyezkedik el. Három különböző allél lehet jelen ezen a lókuszon, de csak kettő lehet jelen minden egyénben, az egyik az anyjuktól és a másik az apjuktól örökölt.
Ha egy adott gén két allélja azonos, a szervezetet homozigótának nevezik, és azt mondják, hogy az adott génhez képest homozigóta; ha ehelyett a két allél eltér, akkor a szervezet heterozigóta és heterozigóta. A szervezet genetikai összetételét, akár egyetlen lókuson, akár az összes génjén együttesen, genotípusának nevezzük . A szervezet genotípusa közvetlenül és közvetve befolyásolja molekuláris, fizikai és egyéb tulajdonságait, amelyeket egyénileg vagy együttesen fenotípusának neveznek . A heterozigóta génlókuszokban a két allél kölcsönhatásba lépve létrehozza a fenotípust.
Dominancia
Teljes dominancia
Teljes dominanciában az egyik allél hatása heterozigóta genotípusban teljesen elfedi a másik hatását. Azt mondják, hogy az allél, amely maszkolja a másikat , az utóbbi esetében domináns , az álcázott allél pedig recesszív az előbbivel szemben. A teljes dominancia tehát azt jelenti, hogy a heterozigóta fenotípusa nem különböztethető meg a domináns homozigóta fenotípusától.
A dominancia klasszikus példája a mag alakjának (borsó alakjának) öröklése a borsóban. A borsó lehet kerek (az R allélhoz kapcsolódik ) vagy ráncos (az r allélhoz kapcsolódik ). Ebben az esetben az allélok ( genotípusok ) három kombinációja lehetséges: RR és rr homozigóta és Rr heterozigóta. Az RR egyedek kerek borsóval, az rr egyedek pedig ráncos borsóval rendelkeznek. Az Rr egyedekben az R allél elfedi az r allél jelenlétét , így ezeknek az egyedeknek is van kerek borsója. Így az R allél teljesen domináns az r alléllel szemben , és az r allél recesszív az R alléllel szemben .
Hiányos dominancia
A hiányos dominancia (más néven részleges dominancia , félig dominancia vagy köztes öröklődés ) akkor fordul elő, amikor a heterozigóta genotípus fenotípusa különbözik a homozigóta genotípusok fenotípusaitól, és gyakran köztes (a jellemzők heterozigóta állapotban való összekeverésének eredménye). Például a snapdragon virág színe vörös vagy fehér esetén homozigóta. Ha a vörös homozigóta virágot a fehér homozigóta virággal párosítjuk, az eredmény rózsaszín csattanóvirág lesz. A rózsaszín snapdragon a hiányos dominancia eredménye. Hasonló típusú hiányos dominancia tapasztalható a négy órás növényben is, ahol rózsaszínű szín jelenik meg, amikor keresztbe teszik a fehér és piros virágok valódi szüleit. A kvantitatív genetikában , ahol a fenotípusokat számszerűen mérik és kezelik, ha a heterozigóta fenotípusa pontosan a két homozigóta (numerikus) között van, akkor azt mondják, hogy a fenotípus egyáltalán nem dominál , azaz a dominancia csak akkor áll fenn, ha a heterozigóta fenotípus mértéke közelebb van az egyik homozigótához, mint a másikhoz.
Amikor az F 1 generáció növényei önbeporzók, az F 2 generáció fenotípusos és genotípusos aránya 1: 2: 1 lesz (piros: rózsaszín: fehér).
Lásd részleges dominancia hipotézist .
Együttes dominancia
Együttes dominancia akkor fordul elő, ha mindkét allél hozzájárulása látható a fenotípusban.
Például az ABO vércsoportrendszerben a glikoprotein (a H antigén) kémiai módosításait a vérsejtek felületén három allél szabályozza, amelyek közül kettő együtt domináns ( I A , I B ) és domináns a recesszív i -vel szemben az ABO lokuszban . Az I A és I B allélok különböző módosításokat produkálnak. Az enzim által kódolt I Egy hozzáad egy N-acetil-galaktózamin, hogy egy membránhoz kötött H antigén. Az I B enzim galaktózt ad hozzá. Az i allél nem termel módosítást. Így az I A és I B allélok mindegyike domináns az i számára ( I A I A és I A i egyedek egyaránt rendelkeznek A típusú vérrel, és I B I B és I B i egyedek egyaránt rendelkeznek B típusú vérrel), de én I A I A B egyedek vérsejtjeiken mindkét módosítás van, és így AB típusú vérük van, így az I A és I B allélok együttesen dominánsak.
Egy másik példa a hemoglobin béta-globin komponensének helyén fordul elő , ahol a Hb A /Hb A , Hb A /Hb S és Hb S /Hb S három molekuláris fenotípusa megkülönböztethető fehérjeelektroforézissel . (A heterozigóta genotípus által előidézett egészségügyi állapotot sarlósejtes tulajdonságnak nevezik, és enyhébb állapot, amely megkülönböztethető a sarlósejtes vérszegénységtől , így az allélok hiányos dominanciát mutatnak a vérszegénység tekintetében, lásd fent). A legtöbb gén lókuszok molekuláris szinten, mindkét allél expresszálódik CO-dominánsan, mivel mindkettő átírt be RNS .
Az együttes dominancia, ahol alléltermékek léteznek együtt a fenotípusban, különbözik a hiányos dominanciától, ahol az alléltermékek mennyiségi kölcsönhatása közbenső fenotípust eredményez. Például együttes dominanciában egy vörös homozigóta virág és egy fehér homozigóta virág utódokat szül, amelyek vörös és fehér foltokkal rendelkeznek. Amikor az F1 generáció növényei önbeporzók, az F2 generáció fenotípusos és genotípusos aránya 1: 2: 1 lesz (piros: foltos: fehér). Ezek az arányok megegyeznek a hiányos dominanciával. Ismétlem, ez a klasszikus terminológia nem megfelelő - a valóságban egyáltalán nem szabad azt mondani, hogy az ilyen esetek dominanciát mutatnak.
A gyakori tévhitek kezelése
Míg gyakran kényelmes beszélni recesszív allélről vagy domináns vonásról , a dominancia nem velejárója sem az allélnek, sem annak fenotípusának. A dominancia a gén két allélja és a hozzájuk tartozó fenotípusok közötti kapcsolat. A "domináns" allél domináns ugyanazon gén egy adott alléljára, amely a kontextusból következtethető, de lehet, hogy recesszív egy harmadik allélre, és kodomináns a negyedikre. Hasonlóképpen, a "recesszív" tulajdonság a kontextusból adódóan egy adott recesszív allélhoz kapcsolódó tulajdonság, de ugyanez a tulajdonság előfordulhat más kontextusban is, ahol valamilyen más gén és egy domináns allél okozza.
A dominancia nem függ a fenotípus természetétől, vagyis attól, hogy "normálisnak" vagy "rendellenesnek", "standardnak" vagy "nem szabványosnak", "egészségesnek" vagy "betegnek", "erősebbnek" vagy "gyengébbnek" tekintik -e, "vagy többé -kevésbé extrém. Egy domináns vagy recesszív allél felelős lehet ezeknek a tulajdonságoknak.
A dominancia nem határozza meg, hogy egy allél káros, semleges vagy előnyös. A szelekciónak azonban a fenotípusokon keresztül közvetett módon kell működnie a géneken, és a dominancia befolyásolja a fenotípusokban lévő allélok expozícióját, és ezáltal az allélgyakoriság változásának sebességét a kiválasztás alatt. A káros recesszív allélok alacsony gyakorisággal fennmaradhatnak a populációban, a legtöbb példányt heterozigótákban hordozzák, és ez az egyének számára nem jelent költséget. Ezek a ritka recessziók sok örökletes genetikai rendellenesség alapját képezik .
A dominancia szintén nem függ össze az allélok populációban való megoszlásával. Mind a domináns, mind a recesszív allél rendkívül gyakori vagy rendkívül ritka lehet.
Elnevezéstan
A genetikában a szimbólumok algebrai helyőrzőként kezdődtek. Ha az egyik allél domináns a másik számára, akkor a legrégebbi konvenció szerint az uralkodó allélt nagy betűvel kell szimbolizálni. A recesszív allél kisbetűvel azonos betűt kap. A borsó példában, ha a két allél közötti dominanciaviszony ismert, lehetséges a nagybetűs R szimbólummal megjelölni azt a domináns allélt, amely kerek alakot állít elő , és a recesszív allélt, amely alacsonyabb tok szimbólum r . A homozigóta domináns, heterozigóta és homozigóta recesszív genotípusokat ezután RR , Rr és rr írják fel . Lehetséges lenne továbbá a két allél W és w , valamint a három WW , Ww és ww genotípus megjelölése , amelyek közül az első kettő kerek borsót, a harmadik pedig ráncos borsót termelt. Az " R " vagy " W " választása a domináns allél szimbólumaként nem határozza meg előre, hogy a homozigóta "kerek" vagy "ráncos" fenotípust okozó allél a domináns.
Egy génnek több allélja is lehet. Minden allélt a lókusz szimbólum szimbolizál, amelyet egy egyedi felső index követ. Sok fajnál a vad populáció leggyakoribb allélját vad típusú allélnak nevezik. Felső indexként + karakter jelképezi. A többi allél domináns vagy recesszív a vad típusú alléllel szemben. A recesszív allélok esetében a locus szimbólum kisbetűvel van írva. A vad típusú alléllal szemben bármilyen mértékű dominanciával rendelkező allélok esetében a locus szimbólum első betűje nagybetűs. Például, itt van néhány az allélok a egy lókusz a laboratóriumi egér, Mus musculus : A y , domináns sárga; a + , vad típus; és egy bt , fekete és barnás. Az a bt allél recesszív a vad típusú alléllel szemben, és az A y allél kodomináns a vad típusú alléllel szemben. Az A y allél is kodomináns az a bt allélhez , de azt mutatja, hogy a kapcsolat meghaladja az egér genetikai nómenklatúrára vonatkozó szabályok határait.
A genetikai nómenklatúra szabályai a genetika összetettebbé válásával fejlődtek. A bizottságok egyes fajokra vonatkozóan egységesítették a szabályokat, de nem minden fajra. Az egyik fajra vonatkozó szabályok némileg eltérhetnek a különböző fajokra vonatkozó szabályoktól.
Kapcsolat más genetikai fogalmakkal
Több allél
Bár egy diploid szervezet bármely egyedének legfeljebb két különböző allélja van egy lókuszon ( aneuploidia nélkül ), a legtöbb gén nagyszámú allél változatban létezik a populáció egészében. Ha az allélok eltérő hatással vannak a fenotípusra, néha dominanciaviszonyaikat sorozatként írhatjuk le.
Például a házimacskák szőrzetének színét a TYR gén allélsora befolyásolja (amely a tirozináz enzimet kódolja ). A C , c b , c s és c a allélok (teljes színű, burmai , sziámi és albínó ) különböző színű pigmentet termelnek, és ezáltal különböző színhígítást. A C allél (teljes színű) teljesen domináns az utolsó háromnál, és a c a allél (albínó) teljesen recesszív az első háromhoz képest.
Autoszomális kontra szexuális dominancia
Emberben és más emlős fajok, neme határozza két nemi kromoszóma úgynevezett X-kromoszóma és a Y kromoszóma . Az emberi nőstények jellemzően XX ; a hímek jellemzően XY . A fennmaradó kromoszómapárok mindkét nemben megtalálhatók, és autoszómáknak nevezik őket ; ezeken a kromoszómákon a lókuszok miatti genetikai tulajdonságokat autoszomálisnak nevezik, és lehetnek dominánsak vagy recesszívek. Az X és Y kromoszómák genetikai tulajdonságait nemhez kötöttnek nevezzük, mert nemi kromoszómákhoz kapcsolódnak, nem pedig azért, mert egyik vagy másik nemre jellemzőek. A gyakorlatban ez a kifejezés szinte mindig X -hez kapcsolódó tulajdonságokra utal, és nagyon sok ilyen tulajdonságot (például a vörös -zöld színlátás hiányát) nem érint a szex. A nőstények két másolatot kapnak az X -kromoszómán található minden génlókuszról, csakúgy, mint az autoszómák esetében, és ugyanazok a dominanciaviszonyok érvényesek. A hímeknek azonban csak egy példányuk van minden X kromoszóma génlókuszból, és ezeket a géneket hemizigótanak nevezik . Az Y -kromoszóma sokkal kisebb, mint az X , és sokkal kisebb génkészletet tartalmaz, beleértve, de nem kizárólagosan, azokat, amelyek befolyásolják a „férfiasságot”, például a here -meghatározó faktor SRY -génjét . A nemhez kötött génlókuszok dominanciaszabályait a nőstény viselkedése határozza meg: mivel a hímnek csak egy allélje van (kivéve az Y-kromoszóma bizonyos aneuploidia típusait ), ez az allél mindig kifejeződik, függetlenül attól, hogy domináns vagy recesszív. A madarak ellentétes nemű kromoszómákkal rendelkeznek: a hím madarak ZZ, a nőstények ZW kromoszómákkal rendelkeznek. A tulajdonságok öröklődése azonban másként emlékezteti az XY-rendszert; A hím zebrapintyek fehér színező gént hordozhatnak a két Z -kromoszómájuk egyikében, de a nőstények mindig fehér színt kapnak. A szöcskék XO rendszerrel rendelkeznek. A nőstények XX, de a hímek csak az X. Y kromoszóma egyáltalán nincs.
Episztázis
Episztázis [ „ epi + pangás = ülni a tetején”] közötti kölcsönhatás allélok két különböző gén lókuszokat, amelyek befolyásolják egyetlen tulajdonság, amelyek néha hasonlít egy dominancia közötti kölcsönhatás két különböző alléljainak a ugyanazon lókusz. Az episztázis módosítja a két nem episztatikus génre jellemző 9: 3: 3: 1 arányt. Két lókusz esetében az episztatikus kölcsönhatások 14 osztályát ismerik fel. A recesszív episztázis példájaként az egyik génlókusz meghatározhatja, hogy a virágpigment sárga ( AA vagy Aa ) vagy zöld ( aa ), míg egy másik lókusz határozza meg, hogy a pigment keletkezik -e ( BB vagy Bb ) vagy sem ( bb ). Egy bb növényben a virágok fehérek lesznek, függetlenül a másik lókusz genotípusától, mint AA , Aa vagy aa . A bb kombináció nem domináns az A allél esetében: a B gén recesszív episztázist mutat az A génnel szemben, mivel a B lokusz, amikor homozigóta a recesszív allélre ( bb ), elnyomja az A lókusz fenotípusos kifejeződését . Két AaBb növény keresztezésében ez jellegzetes 9: 3: 4 arányt eredményez, ebben az esetben sárga: zöld: fehér virágokat.
A domináns episztázisban egy génlókusz meghatározhatja a sárga vagy zöld pigmentet, mint az előző példában: AA és Aa sárga, aa zöld. Egy második lókusz határozza meg, hogy pigment prekurzor keletkezik -e ( dd ) vagy sem ( DD vagy Dd ). Itt, egy DD vagy Dd növényben a virágok színtelenek lesznek, függetlenül az A lókusz genotípusától , a domináns D allél episztatikus hatása miatt . Így két AaDd növény keresztezésénél a növények 3/4 része színtelen lesz, és a sárga és zöld fenotípusok csak dd növényekben fejeződnek ki . Ez a fehér: sárga: zöld növények jellegzetes 12: 3: 1 arányát eredményezi.
Kiegészítő episztázis akkor fordul elő, ha két lókusz ugyanazt a fenotípust érinti. Például, ha a pigment színét CC vagy Cc, de nem cc , és DD vagy Dd, de nem dd állítja elő, akkor a pigment nem jön létre semmilyen genotípusos kombinációban sem a cc, sem a dd -vel . Vagyis mindkét lókusznak rendelkeznie kell legalább egy domináns alléllal a fenotípus előállításához. Eza pigmentált és pigmentálatlan növényekjellegzetes 9: 7 arányát eredményezi. Ezzel ellentétben a kiegészítő episztázia akkor és csak akkor eredményez pigmentálatlan növényt, ha a genotípus cc és dd , és a jellemző arány 15: 1 a pigmentált és a pigment nélküli növények között.
A klasszikus genetika egyszerre két gén episztatikus kölcsönhatását vette figyelembe. Molekuláris genetikából nyilvánvaló, hogy minden génlókusz sok más génnel való komplex kölcsönhatásban vesz részt (pl. Az anyagcsere útvonalak sok gént tartalmazhatnak), és ez episztatikus kölcsönhatásokat hoz létre, amelyek sokkal összetettebbek, mint a klasszikus kétlókuszos modellek .
Hardy -Weinberg elv (a hordozófrekvencia becslése)
A heterozigóta állapot gyakorisága (amely a recesszív tulajdonság hordozó állapota) a Hardy -Weinberg képlet segítségével becsülhető meg :
Ez a képlet egy pontosan két allélú génre vonatkozik, és ezeknek az alléloknak a gyakoriságát viszonyítja a nagy populációhoz a három genotípus gyakoriságához.
Például, ha p jelentése a gyakorisága allél A , és q jelentése a gyakorisága allél egy , akkor a kifejezések p 2 , 2 pq , és q 2 a frekvenciák a genotípusok AA , Aa és AA volt. Mivel a gén csak két allél, összes allél kell vagy A , vagy egy , és p + q = 1 . Most, ha A teljesen domináns a számára , akkor az Aa hordozó genotípus gyakorisága közvetlenül nem figyelhető meg (mivel ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, mint az AA homozigóta genotípus ), azonban a populáció recesszív tulajdonságának gyakoriságából becsülhető , mivel ez ugyanaz, mint az aa homozigóta genotípusé . azaz becsülhetők az egyes allélgyakoriságok: q = √ f (aa) , p = 1 - q , és ezekből származtatható a hordozó genotípus gyakorisága: f (Aa) = 2 pq .
Ez a képlet számos feltételezésen és a recesszív tulajdonság gyakoriságának pontos becslésén alapul. Általánosságban elmondható, hogy a valós helyzetek bizonyos mértékben eltérnek ezektől a feltételezésektől, és ennek megfelelően pontatlanságokat vezetnek be a becslésbe. Ha a recesszív tulajdonság ritka, akkor nehéz lesz pontosan megbecsülni a gyakoriságát, mivel nagyon nagy minta szükséges.
Domináns, előnyös
Az "uralkodó" tulajdonságát néha összetévesztik az előnyös fogalmával, a "recesszív" tulajdonságát pedig néha a káros fogalommal, de a jelenségek megkülönböztethetők. A dominancia a heterozigóták fenotípusát írja le, tekintettel a homozigóták fenotípusaira, és tekintet nélkül arra, hogy a különböző fenotípusok milyen mértékben lehetnek előnyösek vagy károsak. Mivel sok genetikai betegség allél recesszív, és mivel a dominancia szó pozitív konnotációval rendelkezik, gyakran feltételezik, hogy a domináns fenotípus felülmúlja az alkalmasságot. Ez azonban nem biztosított; Amint azt az alábbiakban tárgyaljuk, míg a legtöbb genetikai betegség allél káros és recesszív, nem minden genetikai betegség recesszív.
Ennek ellenére ez a zűrzavar átható volt a genetika történetében, és a mai napig fennáll. Ennek a zűrzavarnak a kezelése volt az egyik fő motiváció a Hardy – Weinberg elv közzétételéhez .
Molekuláris mechanizmusok
A dominancia molekuláris alapja Mendel számára ismeretlen volt. Ma már érthető, hogy a génlókusz a dezoxiribonukleinsav (DNS) bázisainak vagy nukleotidjainak hosszú sorát (több száz -ezer ) tartalmazza egy kromoszóma egy adott pontján. A molekuláris biológia központi dogmája kimondja, hogy "a DNS az RNS -ből fehérjét termel ", vagyis a DNS -t átírják , hogy RNS -másolatot készítsenek, és az RNS -t lefordítják , hogy fehérje keletkezzen. Ebben a folyamatban a lókusz különböző alléljait átírhatják vagy nem, és ha átírják, akkor ugyanazon fehérje kissé eltérő változataira (azaz izoformákra ) is lefordíthatók . A fehérjék gyakran enzimként működnek, amelyek katalizálják a sejtben végbemenő kémiai reakciókat, amelyek közvetlenül vagy közvetve fenotípusokat termelnek. Bármely diploid szervezetben a két génlókuszban lévő allél DNS -szekvenciája azonos (homozigóta) vagy különböző (heterozigóta) lehet. Még akkor is, ha a génlókusz heterozigóta a DNS -szekvencia szintjén, az egyes allélok által termelt fehérjék azonosak lehetnek. A fehérjetermékek közötti különbség hiányában egyik allél sem mondható dominánsnak (lásd fent az együttes dominanciát ). Még akkor is, ha a két fehérjetermék kissé eltér ( allozimek ), valószínű, hogy ugyanazt a fenotípust állítják elő az enzimhatás tekintetében, és ismét egyik allél sem mondható dominánsnak.
Funkcióvesztés és haplosufficiency
A dominancia jellemzően akkor fordul elő, ha a két allél egyike molekuláris szinten nem funkcionális, azaz nem íródik át, vagy nem termel funkcionális fehérjeterméket. Ez egy olyan mutáció eredménye lehet, amely megváltoztatja az allél DNS -szekvenciáját. A nem funkcionális allél tekintetében homozigóta szervezet általában megkülönböztető fenotípust mutat, a fehérjetermék hiánya miatt. Például, az emberek és más élőlények, a nem pigmentált bőr a albínó fenotípust eredményeket, amikor az egyén homozigóta egy allél kódol egy nem-funkcionális változata egy enzim előállításához szükséges a bőr pigment melanin . Fontos megérteni, hogy nem a funkció hiánya teszi lehetővé az allél recesszívként való leírását: ez a kölcsönhatás a heterozigóta alternatív alléllel. Három általános típusú interakció lehetséges:
- Tipikus esetben az egyetlen funkcionális allél elegendő fehérjét termel a homozigóta fenotípusának előállításához: ezt haplosufficiency -nek hívják . Tegyük fel például, hogy a funkcionális homozigótában előállított enzim standard mennyisége 100%, a két funkcionális allél mindegyike 50% -kal járul hozzá. A heterozigóta egyetlen funkcionális allél a standard enzimmennyiség 50% -át termeli, ami elegendő a standard fenotípus előállításához. Ha a heterozigóta és a funkcionális allél homozigóta azonos fenotípusú, akkor a funkcionális allél domináns a nem funkcionális alléllel szemben. Ez az albínó gén lókuszában fordul elő: a heterozigóta elegendő enzimet termel, hogy a pigment prekurzort melaninná alakítsa, és az egyén standard pigmentációval rendelkezik.
- Ritkábban egyetlen funkcionális allél jelenléte olyan fenotípust eredményez, amely nem normális, de kevésbé súlyos, mint a nem funkcionális homozigóta. Ez akkor fordul elő, ha a funkcionális allél nem elégséges. A haplo-elégtelenség és a hiányos dominancia kifejezéseket általában ezekre az esetekre alkalmazzák. A köztes kölcsönhatás akkor következik be, amikor a heterozigóta genotípus fenotípus köztiterméket termel a két homozigóta között. Attól függően, hogy a két homozigóta közül melyikre hasonlít leginkább a heterozigóta, azt mondják, hogy az egyik allél hiányos dominanciát mutat a másik felett. Például emberekben a Hb génlókuszt felelős a béta-lánc fehérje ( HBB ), amely egyike a két globin fehérjék teszik ki a vér pigment hemoglobin . Sok ember homozigóta a Hb A nevű allélre ; néhány személy hordoz egy alternatív allélt, a Hb S -t, akár homozigótaként, akár heterozigótaként. A Hb S / Hb S homozigóták hemoglobin molekulái alakváltozáson mennek keresztül, ami torzítja a vörösvértestek morfológiáját , és súlyos, életveszélyes anémiaformát okoz, amelyet sarlósejtes vérszegénységnek neveznek . Az allél heterozigóta Hb A / Hb S személyei sokkal kevésbé súlyos vérszegénységben szenvednek, amelyet sarlósejtes tulajdonságnak neveznek . Mivel a Hb A / Hb S heterozigóták betegségfenotípusa jobban hasonlít a Hb A / Hb A homozigótához, de nem azonos azzal , a Hb A allél állítólag nem teljes mértékben domináns a Hb S alléllel szemben.
- A heterozigóta egyetlen funkcionális allélja ritkán termelhet elégtelen génterméket a gén bármely funkciójához, és a fenotípus hasonlít a nem funkcionális allél homozigótájához. Ez a teljes haploinhiány nagyon szokatlan. Ezekben az esetekben azt mondják, hogy a nem funkcionális allél domináns a funkcionális alléllel szemben. Ez a helyzet akkor fordulhat elő, ha a nem funkcionális allél hibás fehérjét termel, amely zavarja a standard allél által termelt fehérje megfelelő működését. A hibás fehérje jelenléte "uralja" a standard fehérjét, és a heterozigóta betegség -fenotípusa jobban hasonlít a két hibás allél homozigótájához. A "domináns" kifejezést gyakran helytelenül alkalmazzák a hibás allélokra, amelyek homozigóta fenotípusát nem vizsgálták, de amelyek a normál alléllel heterozigóta módon különálló fenotípust okoznak. Ez a jelenség számos trinukleotid ismétlődő betegségben fordul elő , az egyik példa a Huntington -kór .
Domináns-negatív mutációk
Sok fehérje általában multimer formájában aktív, ugyanazon fehérje több példányának aggregátuma, más néven homomultimer fehérje vagy homooligomer fehérje . Valójában a BRENDA enzimadatbázis 9800 különböző organizmusából származó 83 000 különböző enzim többsége homooligomereket képvisel. Ha a fehérje vad típusú változata jelen van egy mutáns verzióval együtt, vegyes multimer képződhet. Az a mutáció, amely olyan mutáns fehérjéhez vezet, amely megzavarja a vad típusú fehérje aktivitását a multimerben, domináns-negatív mutáció.
Domináns-negatív mutáció léphet fel az emberi szomatikus sejtben, és proliferációs előnyt biztosít a mutáns sejtnek, ami klonális expanziójához vezet. Például egy gén domináns-negatív mutációja, amely szükséges a programozott sejthalál ( Apoptosis ) normális folyamatához, válaszul a DNS károsodására, a sejtet rezisztenssé teheti az apoptózissal szemben. Ez lehetővé teszi a klón szaporodását akkor is, ha túlzott DNS -károsodás van jelen. Ilyen domináns-negatív mutációk fordulnak elő a p53 tumorszuppresszor génben . A P53 vad típusú fehérje általában négyfehérje multimer (oligotetramer) formájában van jelen. Domináns-negatív p53 mutációk fordulnak elő számos különböző típusú rákban és rák előtti elváltozásban (pl. Agydaganatok, emlőrák, szájüregi rák előtti elváltozások és szájrák).
Domináns-negatív mutációk más tumorszuppresszor génekben is előfordulnak. Például két domináns-negatív csíravonal-mutációt azonosítottak az Ataxia telangiectasia mutated (ATM) génben, ami növeli az emlőrákra való fogékonyságot. A C/EBPα transzkripciós faktor domináns negatív mutációi akut myeloid leukémiát okozhatnak. Az öröklött domináns negatív mutációk a rákon kívül más betegségek kockázatát is növelhetik. A peroxiszóma proliferátor által aktivált gamma (PPARγ) domináns negatív mutációi súlyos inzulinrezisztenciával, cukorbetegséggel és magas vérnyomással járnak.
Domináns-negatív mutációkat is leírtak más szervezetekben, mint az emberek. Valójában az első tanulmány, amely egy mutáns fehérjéről számolt be, amely gátolja a vad típusú fehérje normál működését vegyes multimerben, a GP37 T4 farostrost fehérjével történt. Azok a mutációk, amelyek csonka fehérjét termelnek, nem pedig teljes hosszúságú mutáns fehérjét, a legerősebb domináns-negatív hatást mutatják a P53, az ATM, a C/EBPα és a T4 GP37 bakteriofág vizsgálatai során.
Domináns és recesszív genetikai betegségek emberekben
Az emberekben sok genetikai tulajdonság vagy betegség egyszerűen "domináns" vagy "recesszív" besorolású. Különösen az úgynevezett recesszív betegségeknél, amelyek valóban a recesszív gének tényezői, de túlzottan leegyszerűsíthetik a mögöttes molekuláris bázist, és a dominancia természetének félreértéséhez vezethetnek. Például a recesszív genetikai betegség, a fenilketonuria (PKU) a fenilalanin -hidroxiláz ( PAH ) enzim génlókuszában található allélok nagy számának (> 60) bármelyikéből ered . Ezen allélok közül sok PAH -t alig vagy egyáltalán nem termel , ennek eredményeként a fenil -alanin (Phe) szubsztrát és metabolikus melléktermékei felhalmozódnak a központi idegrendszerben, és kezeletlenül súlyos értelmi fogyatékosságot okozhatnak .
Ezen árnyalatok szemléltetésére a három hipotetikus PAH allél közötti kölcsönhatások genotípusait és fenotípusos következményeit mutatja be az alábbi táblázat:
| Genotípus | PAH -aktivitás | [ Phe ] konc | PKU? |
|---|---|---|---|
| AA | 100% | 60 μM | Nem |
| AB | 30% | 120 μM | Nem |
| CC | 5% | 200 ~ 300 μM | Hiperfenilalaninémia |
| BB | 0,3% | 600 ~ 2400 μM | Igen |
A normál funkcionális allél ( AA ) homozigóta nem érintett személyeknél a PAH aktivitás standard (100%), és a vér fenilalanin koncentrációja [ Phe ] körülbelül 60 μM (= μmol/L ). Az egyik PKU allél ( BB ) homozigóta kezeletlen személyeknél a PAH aktivitás közel nulla, [Phe] tíz -negyvenszer standard, és az egyén PKU -t mutat.
Az AB heterozigóta PAH aktivitása csak 30% -a (nem 50%) a standardé, a vér [ Phe ] kétszeresére emelkedik, és a személy nem manifesztálja a PKU-t. Így az A allél domináns a B allélra nézve a PKU tekintetében, de a B allél nem teljes mértékben domináns az A allél tekintetében molekuláris hatása, a PAH aktivitás szintjének meghatározása tekintetében (0,3% <30% << 100%) . Végül az A allél hiányos domináns a B számára [Phe] vonatkozásában, mivel 60 μM <120 μM << 600 μM. Ismét jegyezzük meg, hogy a dominancia kérdése szempontjából lényegtelen, hogy a recesszív allél extrémebb [Phe] fenotípust produkál.
A harmadik C allél esetében a CC homozigóta nagyon kis mennyiségű PAH enzimet termel , ami némileg megemelkedett [ Phe ] szintet eredményez a vérben, hiperfenilalaninémiának nevezett állapotot , amely nem eredményez értelmi fogyatékosságot.
Vagyis bármelyik két allél dominanciaviszonyai változhatnak aszerint, hogy a fenotípus melyik aspektusát veszik figyelembe. Általában hasznosabb beszélni a genotípusba tartozó allél kölcsönhatások fenotípusos következményeiről, ahelyett, hogy domináns és recesszív kategóriákba kényszerítenénk őket.
Lásd még
Hivatkozások
- "On-line jegyzetek a biológiához 2250-A genetika alapelvei" . Memorial University of Newfoundland.
- Online Mendeli öröklődés az emberben (OMIM): Hemoglobin - Béta Locus; HBB - 141900 - Sarlósejtes vérszegénység
- Online Mendeli örökség emberben (OMIM): ABO glikoziltranszferáz - 110300 - ABO vércsoportok