Hakimiyet (genetik) - Dominance (genetics)

Otozomal dominant ve otozomal resesif kalıtım, en yaygın iki Mendel kalıtım modeli. Bir otozom , cinsiyet kromozomu dışındaki herhangi bir kromozomdur .

Olarak genetik , baskınlık bir varyantında (olgusudur alel a) geni , bir ilgili kromozom maskeleme veya geçersiz kılma etkisi aynı genin farklı bir varyantının kromozom diğer kopyası . İlk varyant baskın ve ikinci resesif olarak adlandırılır . Her kromozomda aynı genin iki farklı varyantına sahip olma durumu , orijinal olarak genlerden birinde yeni ( de novo ) veya kalıtsal bir mutasyondan kaynaklanır . Otozomal dominant veya otozomal resesif terimleri , cinsiyet dışı kromozomlar ( otozomlar ) üzerindeki gen varyantlarını ve bunlarla ilişkili özellikleri tanımlamak için kullanılırken , cinsiyet kromozomları (allozomlar) üzerindekiler , X'e bağlı baskın , X'e bağlı çekinik veya Y'ye bağlı olarak adlandırılır ; bunların hem ebeveynin hem de çocuğun cinsiyetine bağlı olan bir kalıtım ve sunum modeli vardır (bkz. Cinsiyet bağlantısı ). Y kromozomunun tek bir kopyası olduğu için Y'ye bağlı özellikler baskın veya çekinik olamaz. Ek olarak, bir gen varyantının her iki kromozom üzerinde bulunduğu zamana kıyasla kısmi bir etkiye sahip olduğu eksik baskınlık ve her kromozomdaki farklı varyantların her ikisinin de ilişkili özelliklerini gösterdiği ortak baskınlık gibi başka baskınlık biçimleri vardır.

Baskınlık, bir alel veya onun özelliklerine ( fenotip ) özgü değildir . Herhangi bir fonksiyonun belirli bir geninin iki aleli arasındaki kesinlikle göreli bir etkidir; bir alel, aynı genin ikinci bir aleline baskın, üçüncüye çekinik ve dördüncüsüne eş baskın olabilir . Ek olarak, bir alel bir özellik için baskın olabilirken diğerleri için baskın olmayabilir.

Hakimiyet, Mendel kalıtımında ve klasik genetikte anahtar bir kavramdır . Harfler ve Punnett kareler , öğretimde baskınlık ilkelerini göstermek için kullanılır ve baskın aleller için büyük harflerin ve çekinik aleller için küçük harflerin kullanılması yaygın olarak takip edilen bir gelenektir. Klasik bir baskınlık örneği, bezelyede tohum şeklinin kalıtımıdır . Bezelye, alel R ile ilişkili yuvarlak veya alel r ile ilişkili buruşuk olabilir . Bu durumda, alellerin (genotiplerin) üç kombinasyonu mümkündür: RR , Rr ve rr . RR ( homozigot ) bireyler yuvarlak bezelye, ve rr (homozigot) bireyler bezelye buruşuk olan. Gelen Rr ( heterozigot ) bireylere, R, maske alel mevcudiyeti r alel, bu kişiler aynı zamanda yuvarlak bezelye zorunda. Böylece, aleli R , r aleline baskındır ve aleli r , R aleline çekiniktir .

Dan baskınlık farklıdır epistazi bir alellerinin maskeleme etkisi bir genin bir aleli olgusu farklı gen.

Arka plan

Mısırda cüceliğin kalıtımı. İki ana varyasyondan ve bunların F1 heterozigoz hibritinden (ortada) bitkilerin boylarının gösterilmesi

Hakimiyet kavramı Gregor Johann Mendel tarafından tanıtıldı . Mendel, "Genetiğin Babası" terimi ilk kez 1860'larda kullanmış olsa da, yirminci yüzyılın başlarına kadar yaygın olarak bilinmiyordu. Mendel, tohumların, tohum kabuklarının ve bitkilerin görünümüyle ilgili olan bahçe bezelyelerinin çeşitli özellikleri için, yuvarlak ve buruşuk tohumlar, sarıya karşı yeşil tohumlar, kırmızıya karşı beyaz çiçekler veya uzun bitkilere karşı kısa bitkiler. Ayrı olarak yetiştirildiğinde, bitkiler nesilden nesile her zaman aynı fenotipleri üretti. Bununla birlikte, farklı fenotiplere sahip hatlar çaprazlandığında (birbirleriyle çiftleştirildiğinde), ebeveyn fenotiplerinden sadece biri ve sadece biri yavrularda ortaya çıktı (yeşil veya yuvarlak veya kırmızı veya uzun). Bununla birlikte, bu hibrit bitkiler çaprazlandığında, yavru bitkiler karakteristik 3:1 oranında iki orijinal fenotip gösterdi, daha yaygın fenotip ebeveyn hibrit bitkilerinkiydi. Mendel, ilk çaprazlamadaki her ebeveynin farklı aleller (bir ebeveyn AA ve diğer ebeveyn aa) için bir homozigot olduğunu, her birinin yavruya bir alel katkıda bulunduğunu ve bunun sonucunda tüm bu melezlerin heterozigot (Aa) olduğu sonucuna vardı ve hibriddeki iki alelden birinin diğerinin çapraz baskın ifadesine sahip olduğu: A maskeli a. İki heterozigot (Aa X Aa) arasındaki son çaprazlama, ilk iki sınıf (A) fenotipini ve sonuncusu (a) fenotipini gösterecek şekilde 1:2:1 genotip oranında AA, Aa ve aa yavruları üretecektir. , böylece 3:1 fenotip oranı üretilir.

Mendel, tümü daha sonra tanıtılan gen, alel, fenotip, genotip, homozigot ve heterozigot terimlerini kullanmadı. Baskın ve çekinik aleller için büyük ve küçük harflerin gösterimini bugün hala kullanımda olan sırasıyla tanıttı.

1928'de İngiliz popülasyon genetikçisi Ronald Fisher , baskınlığın değiştirici genlerin katkısıyla doğal seçilime dayalı olduğunu öne sürdü . 1929'da Amerikalı genetikçi Sewall Wright , baskınlığın sadece metabolik yolların fizyolojik bir sonucu ve ilgili genin göreceli gerekliliği olduğunu belirterek yanıt verdi. Wright'ın açıklaması, genetikte yerleşik bir gerçek haline geldi ve tartışma büyük ölçüde sona erdi. Bununla birlikte, bazı özelliklerin baskınlıkları evrimsel mekanizmalardan etkilenmiş olabilir.

Kromozomlar, genler ve aleller

Çoğu hayvan ve bazı bitkiler çift kromozomlara sahiptir ve diploid olarak tanımlanır. Her kromozomun iki versiyonu vardır, biri annenin yumurtası tarafından, diğeri ise gamet olarak bilinen , haploid olarak tanımlanan ve mayoz bölünme yoluyla yaratılan babanın spermi tarafından sağlanır . Bu gametler daha sonra eşeyli üreme sırasında döllenme sırasında birleşerek yeni bir tek hücreli zigota dönüşür , bu da birçok kez bölünür ve her (gamet olmayan) hücrede ebeveynleri ile aynı sayıda kromozom çiftine sahip yeni bir organizma ile sonuçlanır.

Eşleşen (homolog) bir çiftin her bir kromozomu, yapısal olarak diğerine benzer ve çok benzer bir DNA dizisine ( lokus , tekil lokus) sahiptir. Her kromozomdaki DNA, çeşitli özellikleri etkileyen bir dizi ayrı gen olarak işlev görür . Bu nedenle, her genin aynı zamanda, alel adı verilen farklı versiyonlarda bulunabilen karşılık gelen bir homologu vardır . İki homolog kromozom üzerinde aynı lokustaki aleller aynı veya farklı olabilir.

Kan bir insanın oluşturan bir gen tarafından belirlenir , A, B, B veya O kan grubu ve kromozom dokuz uzun kolu bulunur. Bu lokusta bulunabilecek üç farklı alel vardır, ancak herhangi bir bireyde biri annesinden diğeri babasından miras kalan yalnızca ikisi bulunabilir.

Belirli bir genin iki alleli aynıysa, organizmaya homozigot denir ve o gene göre homozigot olduğu söylenir; bunun yerine iki alel farklıysa, organizma bir heterozigottur ve heterozigottur. Bir organizmanın ya tek bir lokusta ya da tüm genleri üzerinde toplu olarak genetik yapısına, onun genotipi denir . Bir organizmanın genotipi, bireysel veya toplu olarak fenotip olarak adlandırılan moleküler, fiziksel ve diğer özelliklerini doğrudan ve dolaylı olarak etkiler . Heterozigot gen lokuslarında, iki alel fenotipi üretmek için etkileşir.

hakimiyet

tam hakimiyet

Tam baskınlıkta, bir heterozigot genotipte bir alelin etkisi diğerinin etkisini tamamen maskeler. Diğerini maskeleyen alelin ikincisine baskın olduğu söylenir ve maskelenen alelin birincisine çekinik olduğu söylenir . Bu nedenle tam baskınlık, heterozigotun fenotipinin baskın homozigotun fenotipinden ayırt edilemez olduğu anlamına gelir.

Klasik bir baskınlık örneği, bezelyelerde tohum şeklinin (bezelye şekli) kalıtımıdır. Bezelye yuvarlak (alel R ile ilişkili ) veya buruşuk (alel r ile ilişkili ) olabilir. Bu durumda, üç alel kombinasyonu ( genotipler ) mümkündür: RR ve rr homozigottur ve Rr heterozigottur. RR bireyler yuvarlak bezelye ve rr bireyler bezelye buruşuk olması. Gelen Rr bireyler R maskeleri alel mevcudiyeti r bu kişiler aynı zamanda yuvarlak bezelye zorunda alel,. Böylece, aleli R , alel r'ye tamamen baskındır ve aleli r , R aleline çekiniktir .

eksik baskınlık

Bu Punnett karesi eksik baskınlığı göstermektedir. Bu örnekte, R aleli ile ilişkili kırmızı taç yaprağı özelliği, r alelinin beyaz taç yaprağı özelliği ile yeniden birleşir. Bitki, Rr genotipine sahip bitkilerin daha az kırmızı pigmentli çiçekleri ifade etmesine ve bunun sonucunda pembe çiçeklere neden olan baskın özelliği (R) eksik olarak ifade eder. Renkler birbirine karışmaz, baskın özellik sadece daha az güçlü bir şekilde ifade edilir.

Eksik baskınlık ( kısmi baskınlık , yarı baskınlık veya ara kalıtım olarak da adlandırılır ), heterozigot genotipin fenotipi, homozigot genotiplerin fenotiplerinden farklı ve genellikle ara (heterozigot durumdaki özelliklerin harmanlanmasından kaynaklanır) olduğunda ortaya çıkar. Örneğin, aslanağzı çiçeği rengi, kırmızı veya beyaz için homozigottur. Kırmızı homozigot çiçek beyaz homozigot çiçek ile eşleştirildiğinde, sonuç pembe bir aslanağzı çiçeği verir. Pembe aslanağzı, eksik egemenliğin sonucudur. Benzer bir eksik baskınlık türü, beyaz ve kırmızı çiçeklerin gerçek ebeveynleri çaprazlandığında pembe rengin üretildiği saat dört bitkisinde bulunur . Olarak kantitatif genetik bir heterozigot fenotipi iki homozigot fenotip gösterdiği söylenir ki (sayısal) arasında tam olarak ise fenotipleri, sayısal olarak ölçülmüş ve tedavi edilir, herhangi bir üstünlük hiç örneğin, baskınlık yakın sadece heterozigot fenotipi ölçer yalan var diğerinden daha bir homozigot için.

F 1 neslinin bitkileri kendi kendine tozlaştığında, F 2 neslinin fenotipik ve genotipik oranı 1:2:1 (Kırmızı:Pembe:Beyaz) olacaktır.

Kısmi baskınlık hipotezine bakın .

eş baskınlık

Bir Camellia çeşidinde eş baskınlık
İnsanlarda A ve B kan grupları birlikte baskınlık gösterir, ancak O grubu A ve B'ye çekiniktir.
Bu Punnett karesi eş baskınlığı gösterir. Bu örnekte beyaz bir boğa (WW) ile kırmızı bir inek (RR) çiftleşir ve onların yavruları hem beyaz hem de kırmızı tüyleri ifade eden bir birlikte baskınlık sergiler.

Eş baskınlık , her iki alelin katkıları fenotipte görünür olduğunda ortaya çıkar.

Örneğin, ABO kan grubu sisteminde , kan hücrelerinin yüzeylerindeki bir glikoproteine (H antijeni) yapılan kimyasal modifikasyonlar , ikisi birbirine eş baskın olan ( I A , I B ) ve üç alel tarafından kontrol edilir. resesif üzerinde baskın i de ABO lokusu . I A ve I B alelleri farklı modifikasyonları üretme. I A tarafından kodlanan enzim , zara bağlı bir H antijenine bir N-asetilgalaktozamin ekler. I B enzimi bir galaktoz ekler. İ alel modifikasyon üretir. Böylece I A ve I B alellerinin her biri i'ye baskındır ( I A I A ve I A i bireylerinin her ikisi de A tipi kana sahiptir ve I B I B ve I B i bireylerinin her ikisi de B tipi kana sahiptir), ancak I A I B bireylerinin kan hücrelerinde her iki modifikasyon da vardır ve bu nedenle AB tipi kana sahiptir, bu nedenle I A ve I B alellerinin birlikte baskın olduğu söylenir.

Başka bir örnek , Hb A /Hb A , Hb A /Hb S ve Hb S /Hb S'nin üç moleküler fenotipinin hepsinin protein elektroforezi ile ayırt edilebildiği hemoglobinin beta-globin bileşeni için lokusta ortaya çıkar . (Heterozigot genotip tarafından üretilen tıbbi durum olarak adlandırılır orak hücre özellik ve bir hafif durum ayırt edilebilir , orak hücreli anemi , böylece alellerin göstermektedir, Eksik baskınlık yukarı bakınız, anemi ile ilgili olarak). Her iki çünkü moleküler düzeyde çok gen loci için, iki gen, ko-dominant ifade edilmiştir transkribe içine RNA .

Fenotipte alelik ürünlerin bir arada bulunduğu eş baskınlık, alel ürünlerinin nicel etkileşiminin bir ara fenotip ürettiği eksik baskınlıktan farklıdır. Örneğin, birlikte baskınlıkta, kırmızı bir homozigot çiçek ve beyaz bir homozigot çiçek, kırmızı ve beyaz benekli yavrular üretecektir. F1 neslinin bitkileri kendi kendine tozlaştığında, F2 neslinin fenotipik ve genotipik oranı 1:2:1 (Kırmızı:Benekli:Beyaz) olacaktır. Bu oranlar eksik baskınlık için olanlarla aynıdır. Yine, bu klasik terminoloji uygunsuzdur - gerçekte bu tür vakaların hiçbir şekilde baskın olduğu söylenmemelidir.

Yaygın yanlış anlamaları ele almak

Çekinik bir alel veya baskın bir özellik hakkında konuşmak genellikle uygun olsa da , baskınlık ne bir alel ne de onun fenotipine özgü değildir. Baskınlık, bir genin iki aleli ve bunlarla ilişkili fenotipler arasındaki ilişkidir. Bir "baskın" alel, bağlamdan çıkarsanabilen aynı genin belirli bir aleline baskındır, ancak üçüncü bir alele çekinik ve dördüncüye eş baskın olabilir. Benzer şekilde, bir "çekinik" özellik, bağlam tarafından ima edilen belirli bir çekinik alel ile ilişkili bir özelliktir, ancak aynı özellik, başka bir gen ve baskın bir alelden kaynaklandığı farklı bir bağlamda ortaya çıkabilir.

Baskınlık, fenotipin kendisinin doğasıyla, yani "normal" veya "anormal", "standart" veya "standart dışı", "sağlıklı" veya "hastalıklı", "daha güçlü" veya "daha zayıf" olarak kabul edilip edilmemesiyle ilgisizdir. " veya daha fazla veya daha az aşırı. Baskın veya çekinik bir alel, bu özellik tiplerinden herhangi birini açıklayabilir.

Baskınlık, bir alelin zararlı, nötr veya avantajlı olup olmadığını belirlemez. Bununla birlikte, seçim , fenotipler yoluyla dolaylı olarak genler üzerinde çalışmalıdır ve baskınlık, fenotiplerdeki alellerin maruz kalmasını ve dolayısıyla seçim altındaki alel frekanslarındaki değişim oranını etkiler. Zararlı çekinik aleller, bir popülasyonda düşük frekanslarda kalabilir ve çoğu kopya heterozigotlarda taşınır ve bu bireylere hiçbir maliyeti yoktur. Bu nadir resesifler, birçok kalıtsal genetik bozukluğun temelidir .

Baskınlık, popülasyondaki alellerin dağılımı ile de ilgisizdir. Hem baskın hem de çekinik aleller çok yaygın veya çok nadir olabilir.

isimlendirme

Genetikte, semboller cebirsel yer tutucular olarak başladı. Bir alel diğerine baskın olduğunda, en eski gelenek baskın aleli büyük harfle sembolize etmektir. Çekinik alel küçük harfle aynı harfle atanır. Bezelye örneğinde, iki alel arasındaki baskınlık ilişkisi bilindikten sonra, yuvarlak bir şekil oluşturan baskın alel, büyük harfli bir sembol R ile ve buruşuk bir şekil oluşturan çekinik alel, daha düşük bir alel ile belirlenebilir. durum sembolü r . Homozigot baskın, heterozigot ve homozigot çekinik genotipler sırasıyla RR , Rr ve rr olarak yazılır . İki alleli W ve w olarak ve ilk ikisi yuvarlak bezelye ve üçüncü buruşuk bezelye üreten üç genotip WW , Ww ve ww olarak belirlemek de mümkün olacaktır . Baskın alel için sembol olarak " R " veya " W " seçimi, homozigot baskın olduğunda "yuvarlak" veya "buruşuk" fenotipe neden olan alelin olup olmadığı konusunda ön yargıda bulunmaz.

Bir genin birkaç alleli olabilir. Her alel, lokus sembolü ve ardından benzersiz bir üst simge ile sembolize edilir. Birçok türde, vahşi popülasyondaki en yaygın alel, vahşi tip alel olarak adlandırılır. Üst simge olarak + karakteri ile sembolize edilir. Diğer aleller, vahşi tip alel için baskın veya çekiniktir. Çekinik aleller için lokus sembolü küçük harflerle yazılır. Vahşi tip alele herhangi bir derecede baskın olan aleller için, lokus sembolünün ilk harfi büyük harftir. Örneğin , laboratuar faresinin bir lokusundaki alellerden bazıları şunlardır : Mus musculus : A y , baskın sarı; a + , vahşi tip; ve bir bt , siyah ve ten rengi. Bir bt alel DNA'sı, resesif ve bir y alel DNA'sı için codominant edilir. Bir y aleli ayrıca codominant olan bir bt alel, ama bu ilişkiyi gösteren fare genetik terminoloji kurallarına sınırları dışındadır.

Genetik daha karmaşık hale geldikçe, genetik isimlendirme kuralları da gelişti. Komiteler, bazı türler için kuralları standartlaştırdı, ancak hepsi için değil. Bir türün kuralları, farklı bir türün kurallarından biraz farklı olabilir.

Diğer genetik kavramlarla ilişkisi

çoklu alel

Bir diploid organizmanın herhangi bir bireyinin herhangi bir lokusta en fazla iki farklı alleli olmasına rağmen ( anöploidiler hariç ), çoğu gen bir bütün olarak popülasyonda çok sayıda allel versiyonunda bulunur. Alellerin fenotip üzerinde farklı etkileri varsa, bazen onların baskınlık ilişkileri bir dizi olarak tanımlanabilir.

Örneğin, evcil kedilerde tüy rengi, TYR geninin ( tirozinaz enzimini kodlayan ) bir dizi alelinden etkilenir . Aleller C , c b , c s ve c a ( sırasıyla tam renkli, Birmanya , Siyam ve albino ) farklı pigment seviyeleri ve dolayısıyla farklı seviyelerde renk seyreltme üretir. aleli (renkli) son üç üzerinde tamamen hakim olduğu C bir alel (albino) ilk üç tamamen resesiftir.

Otozomal ve cinsiyete bağlı baskınlık

İnsanlarda ve diğer memeli türlerinde cinsiyet, X kromozomu ve Y kromozomu adı verilen iki cinsiyet kromozomu tarafından belirlenir . İnsan dişileri tipik olarak XX'dir ; erkekler tipik olarak XY'dir . Kalan kromozom çiftleri her iki cinsiyette de bulunur ve otozom olarak adlandırılır ; Bu kromozomlardaki lokuslara bağlı genetik özellikler otozomal olarak tanımlanır ve baskın veya çekinik olabilir. X ve Y kromozomlarındaki genetik özellikler, cinsiyete bağlı olarak adlandırılır, çünkü bunlar bir cinsiyetin veya diğerinin karakteristiği oldukları için değil, cinsiyet kromozomlarıyla bağlantılıdır. Uygulamada, terim neredeyse her zaman X'e bağlı özellikleri ifade eder ve bu tür pek çok özellik (kırmızı-yeşil renk görme eksikliği gibi) cinsiyetten etkilenmez. Dişiler, tıpkı otozomlarda olduğu gibi X kromozomunda bulunan her gen lokusunun iki kopyasına sahiptir ve aynı baskınlık ilişkileri geçerlidir. Ancak erkeklerde her X kromozomu gen lokusunun yalnızca bir kopyası bulunur ve bu genler için hemizigos olarak tanımlanır . Y kromozomu, X'ten çok daha küçüktür ve testis belirleyici faktör için SRY geni gibi 'erkekliği' etkileyenler dahil ancak bunlarla sınırlı olmayan çok daha küçük bir gen seti içerir . Cinsiyete bağlı gen lokusları için baskınlık kuralları, dişideki davranışlarıyla belirlenir: erkekte yalnızca bir alele sahip olduğundan (belirli Y kromozomu anöploidi türleri hariç ), bu alel, baskın olup olmadığına bakılmaksızın her zaman ifade edilir. çekinik. Kuşların karşı cinsiyet kromozomları vardır: erkek kuşlarda ZZ ve dişi kuşlarda ZW kromozomları bulunur. Ancak, özelliklerin kalıtımı, aksi halde XY sistemini hatırlatır; erkek zebra ispinozları iki Z kromozomundan birinde beyaz renklendirme geni taşıyabilir, ancak dişiler her zaman beyaz renk geliştirir. Çekirgelerin XO sistemi vardır. Dişilerde XX var, ama erkeklerde sadece X var. Hiç Y kromozomu yok.

epistaz

Epistasis [" epi + stasis = üstüne oturmak"], tek bir özelliği etkileyen iki farklı gen lokusundaki aleller arasındaki bir etkileşimdir ve bazen aynı lokustaki iki farklı alel arasındaki bir baskınlık etkileşimine benzeyebilir . Epistasis, epistatik olmayan iki gen için beklenen karakteristik 9:3:3:1 oranını değiştirir . İki lokus için 14 sınıf epistatik etkileşim tanınır. Çekinik epistasisin bir örneği olarak , bir gen lokusu bir çiçek pigmentinin sarı ( AA veya Aa ) veya yeşil ( aa ) olup olmadığını belirleyebilirken, başka bir lokus pigmentin üretilip üretilmediğini ( BB veya Bb ) ( bb ) belirler. Bir bb bitkisinde, diğer lokusun AA , Aa veya aa gibi genotipinden bağımsız olarak çiçekler beyaz olacaktır . Bb kombinasyonudur değil baskın bir aleli: ziyade, B geni gösterir resesif epistasi için bir çünkü gen, B için homozigot lokus resesif alel ( bb ) fenotipik ekspresyonunu baskılayan bir lokus. İki AaBb bitkisi arasındaki çaprazlamada , bu , sarı : yeşil : beyaz çiçekler durumunda karakteristik 9:3:4 oranı üretir .

Olarak baskın epistazi , tek bir gen lokusu, önceki örnekte olduğu gibi, sarı veya yeşil pigment belirleyebilir: AA ve Aa sarı ve aa yeşildir. İkinci bir lokus, bir pigment öncüsünün üretilip üretilmediğini ( dd ) veya üretilmediğini ( DD veya Dd ) belirler. Burada, bir DD veya Dd bitkisinde, baskın D alelinin epistatik etkisi nedeniyle çiçekler A lokusundaki genotipten bağımsız olarak renksiz olacaktır . Böylece, iki AaDd bitkisi arasındaki çaprazlamada, bitkilerin 3/4'ü renksiz olacaktır ve sarı ve yeşil fenotipler sadece dd bitkilerinde ifade edilir . Bu, karakteristik 12:3:1 oranında beyaz : sarı : yeşil bitkiler üretir .

Ek epistasis , iki lokus aynı fenotipi etkilediğinde meydana gelir. Örneğin, pigment rengi CC veya Cc tarafından üretilirancak cc tarafından üretilmezseve DD veya Dd tarafındanüretilirancak dd tarafındanüretilmezse, pigment cc veya dd ile herhangi bir genotipik kombinasyonda üretilmez. Yani,fenotipi üretmek için her iki lokusun da en az bir baskın alel olması gerekir. Bu, pigmentli ve pigmentsiz bitkilerinkarakteristik 9:7 oranınıüretir. Buna karşılık tamamlayıcı epistasis , ancak ve ancak genotip cc ve dd ise vepigmentli ve pigmentsiz bitkiler arasındakikarakteristik oran 15:1 ise pigmentsiz bir bitki üretir.

Klasik genetik, bir seferde iki gen arasındaki epistatik etkileşimleri dikkate aldı. Moleküler genetikten, tüm gen lokuslarının diğer birçok gen ile karmaşık etkileşimlerde yer aldığı (örneğin, metabolik yollar çok sayıda gen içerebilir) ve bunun klasik iki lokuslu modellerden çok daha karmaşık epistatik etkileşimler yarattığı artık açıktır. .

Hardy-Weinberg ilkesi (taşıyıcı frekansının tahmini)

Çekinik bir özellik için taşıyıcı durum olan heterozigot durumun sıklığı, Hardy-Weinberg formülü kullanılarak tahmin edilebilir :

Bu formül, tam olarak iki alel içeren bir gene uygulanır ve büyük bir popülasyondaki bu alellerin frekanslarını, o popülasyondaki üç genotipinin frekanslarıyla ilişkilendirir.

Örneğin, s alel frekansıdır A ve q, alel frekansıdır bir daha sonra şartlar p 2 , 2 pq , ve q 2 genotip arasında frekansları AA , Aa ve aa sırasıyla. Genin sadece iki aleli olduğundan, tüm aleller ya A ya da a ve p + q = 1 olmalıdır . Şimdi, eğer A a'ya tamamen baskın ise , o zaman taşıyıcı genotip Aa'nın frekansı doğrudan gözlemlenemez (çünkü homozigot genotip AA ile aynı özelliklere sahiptir ), ancak popülasyondaki çekinik özelliğin sıklığından tahmin edilebilir. , çünkü bu homozigot genotip aa ile aynıdır . yani bireysel alel frekansları tahmin edilebilir: q = f (aa) , p = 1 − q ve bunlardan taşıyıcı genotipin frekansı türetilebilir: f (Aa) = 2 pq .

Bu formül, bir dizi varsayıma ve çekinik özelliğin sıklığının doğru bir tahminine dayanır . Genel olarak, herhangi bir gerçek dünya durumu, bu varsayımlardan bir dereceye kadar sapacak ve tahmine karşılık gelen yanlışlıklar getirecektir. Çekinik özellik nadir ise, çok büyük bir örneklem büyüklüğü gerekeceğinden, sıklığını doğru bir şekilde tahmin etmek zor olacaktır.

Baskın ve avantajlı

"Baskın" özelliği bazen avantajlı kavramıyla, "çekinik" özelliği bazen zararlı kavramıyla karıştırılsa da olgular ayrıdır. Baskınlık, heterozigotların fenotipini, homozigotların fenotiplerine göre ve farklı fenotiplerin yararlı veya zararlı olma derecesine bakılmaksızın tanımlar. Birçok genetik hastalık aleli çekinik olduğundan ve baskınlık kelimesinin olumlu bir çağrışımı olduğundan, baskın fenotipin uygunluk açısından daha üstün olduğu varsayımı sıklıkla yapılır. Ancak bu garanti edilmez; Aşağıda tartışıldığı gibi, çoğu genetik hastalık aleli zararlı ve çekinik iken, tüm genetik hastalıklar çekinik değildir.

Bununla birlikte, bu karışıklık, genetik tarihi boyunca yaygın olmuştur ve bu güne kadar devam etmektedir. Bu karışıklığı ele almak, Hardy-Weinberg ilkesinin yayınlanmasının başlıca motivasyonlarından biriydi .

moleküler mekanizmalar

Baskınlığın moleküler temeli Mendel tarafından bilinmiyordu. Şimdi, bir gen lokusu (binlerce yüzlerce) uzun bir dizi içerdiği anlaşılmalıdır bazlar ya da nükleotid arasında deoksiribonükleik asidin bir kromozom üzerinde belli bir noktada (DNA). Moleküler biyoloji merkez dogma "durumları , DNA yapan RNA yapan protein , DNA olduğu, olduğu," transkribe RNA kopyasını yapmak, ve RNA olduğu çevrilmiş bir protein yapmak için. Bu süreçte, bir lokustaki farklı aleller kopyalanabilir veya kopyalanamaz ve eğer kopyalanırsa aynı proteinin biraz farklı versiyonlarına çevrilebilir ( izoformlar olarak adlandırılır ). Proteinler genellikle hücrede doğrudan veya dolaylı olarak fenotip üreten kimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler olarak işlev görür . Herhangi bir diploid organizmada, herhangi bir gen lokusunda bulunan iki allelin DNA dizileri aynı (homozigot) veya farklı (heterozigot) olabilir. Gen lokusu DNA dizisi seviyesinde heterozigot olsa bile, her alel tarafından yapılan proteinler aynı olabilir. Protein ürünleri arasında herhangi bir fark olmadığında, alellerin hiçbirinin baskın olduğu söylenemez ( yukarıdaki eş baskınlığa bakınız). İki protein ürünü biraz farklı olsa bile ( alozimler ), enzim etkisine göre aynı fenotipi üretmeleri muhtemeldir ve yine hiçbir alelin baskın olduğu söylenemez.

Fonksiyon kaybı ve haplossufficiency

Baskınlık tipik olarak, iki alelden biri moleküler düzeyde işlevsel olmadığında, yani kopyalanmadığında veya işlevsel bir protein ürünü üretmediğinde ortaya çıkar. Bu , alelin DNA dizisini değiştiren bir mutasyonun sonucu olabilir . Fonksiyonel olmayan alel için homozigot bir organizma, protein ürününün olmaması nedeniyle genellikle farklı bir fenotip gösterecektir. Örneğin, insanlarda ve diğer organizmalarda, albino fenotipinin pigmentsiz derisi, bir birey, deri pigmenti melanini üretmek için gerekli olan bir enzimin işlevsel olmayan bir versiyonunu kodlayan bir alel için homozigot olduğunda ortaya çıkar . Alelin çekinik olarak tanımlanmasına izin verenin fonksiyon eksikliği olmadığını anlamak önemlidir: Bu, heterozigottaki alternatif alel ile etkileşimdir. Üç genel etkileşim türü mümkündür:

  1. Tipik durumda, tek fonksiyonel alel, homozigotunkiyle özdeş bir fenotip üretmek için yeterli proteini üretir: buna haplosufficiency denir . Örneğin, fonksiyonel homozigotta üretilen standart enzim miktarının %100 olduğunu ve iki fonksiyonel allelin her birinin %50 katkıda bulunduğunu varsayalım. Heterozigottaki tek fonksiyonel alel, standart fenotipi üretmek için yeterli olan standart enzim miktarının %50'sini üretir. Heterozigot ve fonksiyonel alel homozigot aynı fenotiplere sahipse, fonksiyonel alel fonksiyonel olmayan alele baskındır. Bu, albino gen lokusunda meydana gelir: heterozigot, pigment öncüsünü melanine dönüştürmek için yeterli enzim üretir ve birey standart pigmentasyona sahiptir.
  2. Daha az yaygın olarak, tek bir fonksiyonel alelin varlığı, normal olmayan ancak fonksiyonel olmayan homozigottan daha az şiddetli bir fenotip verir. Bu, fonksiyonel alel haplo-yeterli olmadığında meydana gelir. Haplo-yetersizlik ve eksik baskınlık terimleri tipik olarak bu durumlara uygulanır. Ara etkileşim, heterozigot genotipin iki homozigot arasında bir fenotip ara ürünü ürettiği yerde meydana gelir. Heterozigotun iki homozigottan hangisine en çok benzediğine bağlı olarak, bir alelin diğerine eksik baskınlık gösterdiği söylenir . Örneğin, insanlarda Hb gen lokusu, kan pigmenti hemoglobinini oluşturan iki globin proteininden biri olan Beta-zincir proteininden ( HBB ) sorumludur . Birçok insan Hb A adı verilen bir alel için homozigottur ; bazı kişiler , homozigot veya heterozigot olarak Hb S adı verilen alternatif bir alel taşır . Hb S / Hb S homozigotlarının hemoglobin molekülleri , kırmızı kan hücrelerinin morfolojisini bozan ve orak hücreli anemi adı verilen ciddi, yaşamı tehdit eden bir anemi formuna neden olan bir şekil değişikliğine uğrar . Bu alel için heterozigot Hb A / Hb S olan kişiler , orak hücre özelliği olarak adlandırılan çok daha az şiddetli bir anemi formuna sahiptir . Hb A / Hb S heterozigotlarının hastalık fenotipi , Hb A / Hb A homozigotuna daha benzer ancak aynı olmadığı için , Hb A alelinin Hb S aleline tam olarak baskın olmadığı söylenir .
  3. Nadiren, heterozigottaki tek bir işlevsel alel, genin herhangi bir işlevi için yetersiz gen ürünü üretebilir ve fenotip, işlevsel olmayan alel için homozigotunkine benzer. Bu tam haploinsufficiency çok sıradışı. Bu durumlarda, fonksiyonel olmayan alelin fonksiyonel alele baskın olduğu söylenecektir. Bu durum, işlevsel olmayan alel, standart alel tarafından üretilen proteinin düzgün işlevine müdahale eden kusurlu bir protein ürettiğinde ortaya çıkabilir. Kusurlu proteinin mevcudiyeti, standart proteine ​​"baskındır" ve heterozigotun hastalık fenotipi, iki kusurlu alel için homozigotunkine daha çok benzemektedir. "Baskın" terimi genellikle, homozigot fenotipi incelenmemiş, ancak normal alel ile heterozigot olduğunda farklı bir fenotipe neden olan kusurlu aleller için yanlış bir şekilde kullanılır. Bu fenomen , bir örnek Huntington hastalığı olmak üzere bir dizi trinükleotid tekrar hastalığında ortaya çıkar .

Baskın-negatif mutasyonlar

Birçok protein normalde bir multimer formunda aktiftir, aynı proteinin çoklu kopyalarının bir toplamıdır, aksi takdirde homomultimerik protein veya homooligomerik protein olarak bilinir . Aslında, BRENDA Enzim Veritabanındaki 9800 farklı organizmadan 83.000 farklı enzimin çoğunluğu homooligomerleri temsil eder. Bir mutant versiyonu ile birlikte proteinin vahşi tip versiyonu mevcut olduğunda, bir karışık multimer oluşturulabilir. Multimerdeki vahşi tip proteinin aktivitesini bozan bir mutant proteine ​​yol açan bir mutasyon, baskın-negatif bir mutasyondur.

Bir insan somatik hücresinde baskın-negatif bir mutasyon ortaya çıkabilir ve mutant hücreye çoğalma avantajı sağlayarak klonal genişlemesine yol açabilir. Örneğin, DNA hasarına yanıt olarak normal programlanmış hücre ölümü ( Apoptoz ) süreci için gerekli olan bir gendeki baskın-negatif mutasyon , hücreyi apoptoza dirençli hale getirebilir. Bu, aşırı DNA hasarı mevcut olduğunda bile klonun çoğalmasına izin verecektir. Bu tür baskın-negatif mutasyonlar, tümör baskılayıcı gen p53'te meydana gelir . P53 vahşi tip protein normalde dört proteinli bir multimer (oligotetramer) olarak bulunur. Baskın-negatif p53 mutasyonları, bir dizi farklı kanser türünde ve kanser öncesi lezyonlarda (örneğin beyin tümörleri, meme kanseri, oral kanser öncesi lezyonlar ve ağız kanseri) meydana gelir.

Baskın-negatif mutasyonlar, diğer tümör baskılayıcı genlerde de meydana gelir. Örneğin , meme kanserine yatkınlığı artıran Ataxia telenjiektazi mutasyona uğramış (ATM) geninde iki baskın-negatif germ hattı mutasyonu tanımlanmıştır . Transkripsiyon faktörü C/EBPa'nın baskın negatif mutasyonları, akut miyeloid lösemiye neden olabilir. Kalıtsal baskın negatif mutasyonlar, kanser dışındaki hastalıkların riskini de artırabilir. Peroksizom proliferatörü ile aktive olan reseptör gamadaki (PPARy) baskın negatif mutasyonlar, şiddetli insülin direnci, diyabet ve hipertansiyon ile ilişkilidir.

Dominant-negatif mutasyonlar, insan dışındaki organizmalarda da tanımlanmıştır. Aslında, karışık bir multimerde vahşi tipte bir proteinin normal fonksiyonunu inhibe eden bir mutant proteini bildiren ilk çalışma , bakteriyofaj T4 kuyruk lifi proteini GP37 ile yapıldı. P53, ATM, C/EBPa ve bakteriyofaj T4 GP37 çalışmalarında tam uzunluktaki bir mutant protein yerine kesilmiş bir protein üreten mutasyonların en güçlü baskın-negatif etkiye sahip olduğu görülmektedir.

İnsanlarda baskın ve çekinik genetik hastalıklar

İnsanlarda birçok genetik özellik veya hastalık basitçe "baskın" veya "çekinik" olarak sınıflandırılır. Özellikle çekinik genlerin bir faktörü olan, ancak altta yatan moleküler temeli aşırı basitleştirebilen ve baskınlığın doğasının yanlış anlaşılmasına yol açabilen sözde çekinik hastalıklarda. Örneğin, resesif genetik hastalık fenilketonüri (PKU), fenilalanin hidroksilaz ( PAH ) enzimi için gen lokusunda çok sayıda (>60) alelden herhangi birinden kaynaklanır . Bu alellerin çoğu çok az PAH üretir veya hiç üretmez , bunun sonucunda fenilalanin (Phe) substratı ve metabolik yan ürünleri merkezi sinir sisteminde birikir ve tedavi edilmezse ciddi zihinsel sakatlığa neden olabilir .

Bu nüansları göstermek için, üç varsayımsal PAH aleli arasındaki etkileşimlerin genotipleri ve fenotipik sonuçları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir:

Genotip PAH aktivitesi [ Phe ] kons PKU'ya mı?
AA 100% 60 μM Numara
AB %30 120 μM Numara
CC %5 200 ~ 300 μM hiperfenilalaninemi
BB %0.3 600 ~ 2400 μM Evet

Standart bir fonksiyonel alel ( AA ) için homozigot olan etkilenmemiş kişilerde , PAH aktivitesi standarttır (%100) ve kandaki fenilalanin konsantrasyonu [ Phe ] yaklaşık 60 μM'dir (= μmol/L ). PKU alellerinden biri ( BB ) için homozigot olan tedavi edilmemiş kişilerde PAH aktivitesi sıfıra yakındır, [Phe] on ila kırk kat standarttır ve birey PKU gösterir.

Olarak AB heterozigot, PAH aktivitesi, standart, kan (değil% 50), sadece% 30 kadar [ Phe ] iki kat yükselmiş ve kişinin PKU tezahür yapar. Bu nedenle, A aleli PKU'ya göre B aleline baskındır , ancak B aleli moleküler etkisine göre A aleline eksik baskındır , PAH aktivite seviyesinin belirlenmesi (%0,3 < %30 << %100) . Son olarak, A aleli, 60 μM < 120 μM << 600 μM olarak [Phe] ile ilgili olarak B'ye eksik bir baskındır . Bir kez daha, çekinik alelin daha aşırı bir [Phe] fenotipi üretmesinin baskınlık sorunuyla alakasız olduğuna dikkat edin.

Üçüncü bir C alel için , bir CC homozigotu çok az miktarda PAH enzimi üretir ve bu da kanda bir miktar yüksek [ Phe ] düzeyi ile sonuçlanır , bu durum hiperfenilalaninemi adı verilen ve zihinsel engellilikle sonuçlanmayan bir durumdur .

Yani, herhangi iki alelin baskınlık ilişkileri, fenotipin hangi yönünün dikkate alındığına göre değişebilir. Herhangi bir genotipte yer alan alelik etkileşimlerin fenotipik sonuçları hakkında, onları baskın ve çekinik kategorilere zorlamaya çalışmaktan ziyade, tipik olarak daha yararlıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar