Wat is pleiotropie? (met voorbeelden)

de pleiotropie het is het genetische fenomeen waarin de expressie van een gen in een individu de fenotypische manifestatie van andere niet-verwante karakters beïnvloedt. Etymologisch betekent pleiotropie "meer veranderingen" of "vele effecten": dat wil zeggen, meer effecten dan verwacht door de expressie van een enkel gen. Het is ook bekend als polyfenie (veel fenotypen), maar het is een weinig gebruikte term.

Een van de fenomenen van overerving die de genetici meer verwarde tijdens de kinderjaren van deze wetenschap, was die van mutaties die meer dan één personage beïnvloedden..

Aanvankelijk geloofde men dat elk personage werd bestuurd door een enkel gen. Toen beseften we dat de manifestatie van een personage de deelname van meer dan één gen kon vereisen.

Het meest verrassende is echter dat een enkel gen de manifestatie van meer dan één erfelijke eigenschap kan beïnvloeden, wat in wezen is wat pleiotropie definieert..

In het algemeen, wanneer pleiotropie wordt aangetoond, is het beter om te stellen dat het verantwoordelijke gen pleiotrope effecten heeft op het gen dit is pleiotrópico.

Hoewel niet iedereen deze conventie respecteert, is het belangrijk om te benadrukken dat het gen met pleiotropisch effect codeert voor een bepaald kenmerk en niet voor pleiotropie. per se.

Anders zou 'normaliteit' niets meer zijn dan het pleiotrope manifestatie-effect van de actie van een wild allel van een bepaald gen op andere. Dit is echter genetisch verkeerd.

index

• 1 Geschiedenis
• 2 Voorbeelden van genen met pleiotrope effecten
  • 2.1 - Het rudimentaire gen in Drosophila
  • 2.2 -Pigmentatie en doofheid bij katten
  • 2.3 - Frizzy gevederde kippen
  • 2.4 -In mensen
  • 2.5 - Fenylketonurie
  • 2.6 - Andere metabole routes
  • 2.7 - Pathologieën
  • 2.8 - Regelaars voor transcriptie
• 3 Pleiotropie en epigenetica
• 4 Pleiotropie en veroudering
• 5 Pleiotropie en soortvorming
• 6 Pleiotropie en aanpassing
• 7 Referenties

geschiedenis

Pleiotropie De term werd voor het eerst gebruikt door een Duitse geneticus genaamd Ludwig Plate Plate in 1910 gebruikte de term om het uiterlijk van verschillende fenotypische kenmerken die altijd samen voorkomen verklaren en kunnen lijken gecorreleerd. Volgens hem is dit verschijnsel, wanneer het zich voordoet, te wijten aan een eenheid van pleiotrope overerving.

Een andere Duitser, Hans Gruneberg, verdeelde de pleiotropie in 'echt' en 'onecht'. De eerste werd gekenmerkt door de opkomst van twee verschillende primaire producten van een enkele plaats.

De tweede, volgens deze auteur, verwees naar een enkel primair product dat op verschillende manieren werd gebruikt. Vandaag de dag heeft de betekenis van echte pleiotropie van Gruneberg afgewezen, terwijl de onechte pleiotropie gewoon wordt beschouwd als pleiotropie.

Een andere indeling van het pleiotropieconcept werd gemaakt door Ernst Hadorn, die erop wees dat er twee soorten pleiotropie waren: mozaïek en relationeel. De eerste treedt op wanneer een gen codeert voor informatie die van invloed is op twee verschillende fenotypische kenmerken.

Relationele pleiotropie, aan de andere kant, treedt op wanneer een gen het begin van verschillende onderling gerelateerde gebeurtenissen bepaalt die van invloed zijn op meerdere onafhankelijke kenmerken.

Kacser en Burns wezen er daarentegen op dat elke variatie in een deel van het genoom alle eigenschappen in verschillende mate beïnvloedt, hetzij direct, hetzij indirect. Dit idee staat bekend als universele pleiotropie.

Voorbeelden van genen met pleiotrope effecten

Pleiotropie, een fenomeen dat enkele van de gevolgen van de interactie tussen de producten van genen beschrijft, is universeel.

Virussen, evenals alle organismen van cellulaire aard, bezitten genen waarvan de producten belangrijk zijn voor de manifestatie van andere karakters. Deze genen, waarvan de wilde allelen en mutanten pleiotrope effecten hebben, zijn van verschillende aard.

-Het rudimentaire gen in Drosophila

in Drosophila (de fruitvlieg), bepaalt het rudimentaire gen het ontwikkelingsniveau van de vleugels. Wanneer dit gen van beide ouders wordt geërfd, zal de afstammelingenvlieg rudimentaire vleugels hebben en niet kunnen vliegen.

Dit zullen echter niet de enige effecten zijn van het rudimentaire gen. Dit gen is pleiotroop en de aanwezigheid ervan leidt ook tot een vermindering van het aantal eitjes in de eierstokken van de vlieg. Het past ook het aantal en de plaatsing van de borstelharen in de thorax aan en verkort de levensduur is dit.

-Pigmentatie en doofheid bij katten

Het gen dat codeert voor de pigmentatie-informatie bij katten is een pleiotroop gen. Daarom is een redelijk hoog percentage katten met witte vacht en blauwe ogen ook doof.

Zelfs witte katten met een blauw en een geel oog zijn alleen doof van het oor dat zich aan dezelfde kant van het hoofd bevindt als het blauwe oog.

-De kippen met gekrulde veren

Bij kippen produceert een dominant gen het effect van gekrulde veren. Dit gen toonde aan dat het een pleiotroop effect heeft omdat het andere fenotypische effecten manifesteert: een toename in metabolische snelheden, een toename van de lichaamstemperatuur, een grotere consumptie van voedsel.

Bovendien hebben kippen met dit gen de seksuele volwassenheid vertraagd en de vruchtbaarheid verminderd.

-Bij mensen

Marfan syndroom

Onder de symptomen van dit syndroom zijn: ongewoon hoge lichaamslengte, progressieve hartaandoeningen, dislocatie van de ooglens, longaandoeningen.

Al deze symptomen zijn direct gerelateerd aan de mutatie van een enkel gen. Dit gen, FBN1 genaamd, is pleiotroop, omdat het de functie heeft om te coderen voor een glycoproteïne dat wordt gebruikt in bindweefsels van verschillende delen van het lichaam..

Holt-Oram-syndroom

Patiënten met dit syndroom hebben een afwijking in de carpale botten en andere botten van de voorpoten. Bovendien hebben ongeveer 3 van de 4 patiënten met dit syndroom hartproblemen.

Nijmegen syndroom

Het wordt gekenmerkt, omdat degenen die er last van hebben microcefalie, immunodeficiëntie, ontwikkelingsstoornissen en neiging tot lymfekanker en leukemie hebben..

-fenylketonurie

Een bekend geval van pleiotropisch effect is dat veroorzaakt door mutante allelen die verantwoordelijk zijn voor fenylketonurie.

Fenylketonurie, een ziekte met een metabolisch karakter, is het gevolg van de mutatie van een enkel gen dat codeert voor het enzym fenylalaninehydroxylase. Het inactieve mutante enzym is niet in staat om het aminozuur fenylalanine te ontbinden; wanneer dit zich ophoopt, raakt het organisme bedwelmd.

Daarom is het effect dat wordt waargenomen bij de personen die de twee kopieën van het gemuteerde gen dragen, meervoudig (pleiotroop).

De oorzaak van de ziekte of syndroom is het ontbreken van metabolische activiteit die uitslag, neurologische aandoeningen, microcefalie, blanke huid en blauwe ogen veroorzaakt (bij gebrek aan melanine generatie), enz., Op verschillende manieren.

Geen van de genen die betrokken zijn bij de veranderde manifestatie van deze andere karakters is noodzakelijkerwijs gemuteerd.

-Andere metabole routes

Het is heel gebruikelijk dat verschillende enzymen dezelfde cofactor delen of gebruiken om actief te zijn. Deze cofactor is het eindproduct van de gecoördineerde actie van verschillende andere eiwitten die deelnemen aan deze biosynthetische route.

Als een mutatie wordt gegenereerd in een van de genen die coderen voor de eiwitten in dit pad, zal de cofactor niet worden geproduceerd. Deze mutaties hebben een pleiotroop effect, omdat geen van de eiwitten die afhankelijk zijn van de cofactor actief kan zijn, hoewel hun eigen genen perfect functioneel zijn..

molybdenum

Zowel in prokaryoten als in eukaryoten is bijvoorbeeld molybdeen essentieel voor het functioneren van bepaalde enzymen.

Molybdeen, dat biologisch bruikbaar is, moet worden gecomplexeerd met een ander organisch molecuul, product van de werking van verschillende enzymen in een complexe metabole route.

Zodra deze cofactor gecomplexeerd met molybdeen is gevormd, zal deze door alle molybdoproteïnen worden gebruikt om elk een eigen functie uit te oefenen.

Het pleiotrope effect van een mutatie die de synthese van molybdocofactor voorkomt komt tot uiting niet alleen in afwezigheid maar het verlies aan enzymactiviteit van de drager molibdoenzimas mutatie.

-laminopathies

De nucleaire lamina is een ingewikkeld netwerk binnen de kern, dynamisch bevestigd aan het binnenmembraan. De nucleaire lamina regelt core architectuur, de scheidingswand tussen heterochromatine en euchromatine, genexpressie en DNA-replicatie oa.

De lamina van de kern wordt gevormd door enkele eiwitten die gezamenlijk bekend staan ​​als lamininen. Aangezien dit structurele eiwitten zijn waarmee een groot aantal van vele andere in wisselwerking treedt, zal elke mutatie die hun genen beïnvloedt, pleiotrope effecten hebben.

De pleiotrope effecten van mutaties in de lamininegenen zullen zich manifesteren als ziekten die laminopathieën worden genoemd.

Dat wil zeggen, een laminopathie is de pleiotrope manifestatie die resulteert uit mutaties in de lamininegenen. Klinische manifestaties van laminopathies omvatten, maar zijn niet beperkt tot, progeria, de Emery-Dreifuss spierdystrofie en tal van andere affectations meer.

-Transcriptionele regulators

Andere genen waarvan de mutaties aanleiding geven tot een groot aantal verschillende pleiotrope effecten, zijn die welke coderen voor transcriptionele regulatoren.

Dit zijn eiwitten die de expressie van genen op een specifieke manier regelen; er zijn anderen die algemene regulatoren van transcriptie zijn. In elk geval bepaalt de afwezigheid van deze producten dat andere genen niet worden getranscribeerd (dat wil zeggen, niet worden uitgedrukt).

Een mutatie die de afwezigheid of storing van een algemene of specifieke transcriptionele regulator bepaalt, zal pleiotrope effecten hebben in het organisme, omdat geen enkel gen onder zijn controle tot expressie zal komen.

Pleiotropie en epigenetica

De ontdekking van alterermechanismen in genexpressie die niet afhankelijk zijn van veranderingen in de nucleotidesequentie van genen (epigenetica) heeft onze visie op pleiotropie verrijkt.

Een van de meest bestudeerde aspecten van epigenetica is die van de werking van endogene microRNA's. Dit zijn het product van de transcriptie van genen die worden genoemd mir.

De transcriptie van een gen mir geeft aanleiding tot een RNA dat, na te zijn verwerkt, in het cytoplasma fungeert als een klein inactiverend RNA.

Deze RNA's worden kleine silencing-RNA's genoemd omdat ze het vermogen hebben om complementair te zijn aan witte messenger-RNA's. Om zich bij hen aan te sluiten, wordt de boodschapper gedegradeerd en wordt het karakter niet uitgedrukt.

In sommige gevallen kan dit kleine molecuul binden aan meer dan één verschillende boodschapper, wat natuurlijk aanleiding geeft tot een pleiotroop effect.

Pleiotropie en veroudering

De verklaring van de natuurlijke oorzaken van senescentie zou kunnen liggen in het effect van pleiotrope genen. Volgens een hypothese van G. C. Williams is senescentie een gevolg van wat hij antagonistische pleiotropie noemde.

Als er genen zijn waarvan de producten antagonistische effecten hebben in verschillende stadia van de levensduur van een organisme, dan kunnen deze genen bijdragen aan veroudering.

Als de gunstige effecten zich vóór de reproductie en de nadelige effecten daarna manifesteren, dan zouden ze de voorkeur genieten door natuurlijke selectie. Maar anders zou natuurlijke selectie tegen die genen werken.

Op deze manier, als de genen echt pleiotropisch zijn, zou senescentie onvermijdelijk zijn, omdat natuurlijke selectie altijd in het voordeel zou werken van genen die reproductie bevorderen.

Pleiotropie en soortvorming

Sympatrische soortvorming is een soort soortvorming dat optreedt zonder geografische barrières tussen populaties. Dit soort soortvorming wordt blijkbaar begunstigd door pleiotropische mutaties.

Wiskundige simulatiemodellen ontwikkeld door Kondrashov tonen aan dat reproductieve isolatie tussen sympatrische populaties kan optreden als gevolg van de opkomst van ecologisch belangrijke kwantitatieve kenmerken onder disruptieve selectie.

Deze zelfde modellen geven aan dat deze eigenschappen gerelateerd moeten zijn aan pleiotrope genen. Als de veranderingen het gevolg zijn van verschillende genen, en niet van een pleiotroop, zou de recombinatie van genen tijdens de reproductie speciatie voorkomen. Pleiotropie zou de verstorende effecten van recombinatie vermijden.

Pleiotropie en aanpassing

De aarde verandert voortdurend. De organismen moeten constant veranderen om zich aan de nieuwe omstandigheden aan te passen. Deze veranderingen leiden tot wat bekend staat als evolutie.

Veel auteurs beweren dat evolutie leidt tot een toenemende complexiteit van organismen. Deze complexiteit kan van morfologisch type zijn, waarbij een bepaald karakter onafhankelijk van een ander kan evolueren in specifieke omgevingsomstandigheden.

Naarmate organismen echter complexer worden, wordt hun vermogen om te reageren op veranderingen langzamer. Het is wat de "evolutionaire kosten van complexiteit" worden genoemd.

Wiskundige modellen stellen dat aanpassingen als gevolg van veranderingen in pleiotrope genen evolutionair minder kostbaar zijn dan die welke het gevolg zijn van veranderingen in karakters die door individuele genen worden gecodeerd.

referenties

1. Brooker, R. J. (2017). Genetica: analyse en principes. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, VS..
2. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W.B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, VS..
3. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Een inleiding tot genetische analyse (11^th red.). New York: W.H. Freeman, New York, NY, VS..
4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Complexe effecten van laminopathie-mutaties op de nucleaire structuur en functie. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropie: één gen kan meerdere kenmerken beïnvloeden. Natuureducatie, 1:10.
6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) Maïs domesticatie en geninteractie. The New Phytologist, 220: 395-408.