Hvad er pleiotropi? Definition og eksempler

Pleiotropi henviser til udtrykket af multiple træk af en enkelt gen. Disse udtrykte træk er muligvis ikke relaterede. Pleitropy blev først bemærket af genetiker Gregor Mendel, der er kendt for sine berømte studier med ærter. Mendel bemærkede, at planteblomsterfarve (hvid eller lilla) altid var relateret til farven på blad aksel (område på en plantestamme bestående af vinklen mellem bladets øverste del af stammen) og frøbelægning.

Undersøgelsen af ​​pleitropiske gener er vigtig for genetik, da det hjælper os med at forstå, hvordan visse træk er forbundet med genetiske sygdomme. Man kan tale om pleitropi i forskellige former: gen-pleiotropi, udviklings-pleiotropi, selektionel pleropropi og antagonistisk pleiotropi.

Key takeaways: Hvad er pleiotropi?

Ved pleiotropi styrer et gen ekspressionen af ​​flere fænotype træk. fænotyper er træk, der udtrykkes fysisk, såsom farve, kropsform og højde. Det er ofte vanskeligt at opdage, hvilke træk der kan være resultatet af pleitoropi, medmindre a mutation forekommer i et gen. Fordi pleiotropiske gener kontrollerer flere træk, vil en mutation i et pleiotropisk gen påvirke mere end en egenskab.

Egenskaber bestemmes typisk af to alleler (variant af et gen). Specifikke allelskombinationer bestemmer produktionen af ​​proteiner, der driver processerne til udvikling af fænotype træk. En mutation, der forekommer i et gen, ændrer genets DNA-sekvens. Ændring af gensegmentsekvenser resulterer ofte i, at de ikke fungerer proteiner. I et pleiotropisk gen ændres alle træk, der er forbundet med genet, af mutationen.

Gen pleiotropi, også omtalt som molekylærgen-pleiotropi, fokuserer på antallet af funktioner af et bestemt gen. Funktionerne bestemmes af antallet af træk og biokemiske faktorer, der er påvirket af et gen. Biokemiske faktorer inkluderer antallet af enzymet reaktioner katalyseret af proteinprodukterne i genet.

Udviklings-pleiotropi fokuserer på mutationer og deres indflydelse på flere træk. Mutationen af ​​et enkelt gen manifesterer sig i ændringen af ​​flere forskellige træk. Sygdomme, der involverer mutationel pleiotropi, er kendetegnet ved mangler i flere organer, der påvirker flere kropssystemer.

Selektionel pleiotropi fokuserer på antallet af separate fitness-komponenter, der er påvirket af en genmutation. Udtrykket fitness relaterer til, hvor vellykket en bestemt organisme er ved at overføre sine gener til den næste generation igennem seksuel reproduktion. Denne type pleiotropi vedrører kun virkningen af naturlig selektion på træk.

Et eksempel på pleiotropi, der forekommer hos mennesker, er sigdcelle sygdom. Sigdecelleforstyrrelse er resultatet af udviklingen af ​​unormalt formet røde blodlegemer. Normale røde blodlegemer har en biconcave, disklignende form og indeholder enorme mængder af et protein kaldet hæmoglobin.

Hemoglobin hjælper røde blodlegemer med at binde til og transportere ilt til celler og væv i kroppen. Sigdcelle er et resultat af en mutation i beta-globin-genet. Denne mutation resulterer i røde blodlegemer, der er seglformede, hvilket får dem til at klumpe sig sammen og sidde fast i blodkar, hvilket blokerer for normal blodgennemstrømning. Den enkelte mutation af beta-globin-genet resulterer i forskellige sundhedsmæssige komplikationer og forårsager skade på flere organer inklusive hjerte, hjerne, og lunger.

Phenylketonuria eller PKU, er en anden sygdom, der skyldes pleiotropi. PKU er forårsaget af en mutation af genet, der er ansvarlig for produktionen af ​​et enzym kaldet phenylalaninhydroxylase. Dette enzym nedbryder aminosyre phenylalanin, som vi får ved proteinfordøjelse. Uden dette enzym øges niveauerne af aminosyren phenylalanin i blodet og beskadiger nervesystem hos spædbørn. PKU-lidelse kan resultere i flere tilstande hos spædbørn, herunder intellektuel handicap, anfald, hjerteproblemer og udviklingsforsinkelser.

Det krøllet fjertræk er et eksempel på pleiotropi set hos kyllinger. Kyllinger med dette særlige muterede fjergen viser fjer, der krøller sig udad i modsætning til at ligge fladt. Ud over krøllede fjer inkluderer andre pleiotropiske effekter en hurtigere stofskifte og forstørrede organer. Krulningen af ​​fjerne fører til et tab af kropsvarme, der kræver en hurtigere basal stofskifte for at opretholde homeostase. Andre biologiske ændringer inkluderer højere fødevareforbrug, infertilitet og seksuelle modningsforsinkelser.

Antagonistisk pleiotropi er en teori, der foreslås for at forklare, hvordan senescens eller biologisk aldring kan tilskrives naturlig udvælgelse af visse pleiotropiske alleler. Ved antagonistisk pleiotropi kan en allel, der har en negativ indvirkning på en organisme, foretrækkes ved naturlig selektion, hvis allelen også giver fordelagtige virkninger. Antagonistisk øges pleiotropiske alleler reproduktiv fitness tidligt i livet, men fremmer biologisk aldring senere i livet har en tendens til at blive valgt ud ved naturlig udvælgelse. De positive fænotyper af det pleiotropiske gen udtrykkes tidligt, når den reproduktive succes er høj, mens de negative fænotyper udtrykkes senere i livet, når den reproduktive succes er lav.

Sigdecelleegenskaber er et eksempel på antagonistisk pleiotropi, idet Hb-S-allelmutationen af ​​hæmoglobingenet giver fordele og ulemper for overlevelse. De der er homozygot for Hb-S-allelen, hvilket betyder, at de har to Hb-S-alleler af hæmoglobingenet, har en kort levetid på grund af den negative påvirkning (skade på flere kropssystemer) af seglcelleanlægget. De der er heterozygot for egenskaben, hvilket betyder, at de har en Hb-S-allel og en normal allel af hæmoglobingenet, oplever ikke den samme grad af negative symptomer og viser resistens mod malaria. Hyppigheden af ​​Hb-S-allelen er højere i populationer og regioner, hvor malariahastigheden er høj.

• Carter, Ashley Jr og Andrew Q Nguyen. "Antagonistisk pleiotropi som en udbredt mekanisme til opretholdelse af polymorfe sygdomsalleler." BMC medicinsk genetik, vol. 12, nr. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
• Ng, Chen Siang, et al. "Kyllingfrizzle-fjæren skyldes en α-Keratin (KRT75) mutation, der forårsager en mangelfuld Rachis." PLoS Genetik, vol. 8, nr. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748.
• Paaby, Annalize B. og Matthew V. Rockman. "Pleiotropys mange ansigter." Tendenser inden for genetik, vol. 29, nr. 2, 2013, s. 66–73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.
• "Phenylketonuria." U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.