Vad är Pleiotropy? Definition och exempel

Pleiotropi hänvisar till uttrycket av flera drag av en enda gen. Dessa uttryckta egenskaper kan eller inte är relaterade. Pleitropy märktes först av genetikern Gregor Mendel, som är känd för sina berömda studier med ärtväxter. Mendel märkte att växtblommfärg (vit eller lila) alltid var relaterad till färgen på bladaxeln (området på en växtstam bestående av vinkeln mellan stambladets övre del) och fröskiktet.

Studiet av pleitropiska gener är viktigt för genetik eftersom det hjälper oss att förstå hur vissa egenskaper är kopplade till genetiska sjukdomar. Pleitropi kan talas om i olika former: gen-pleiotropi, utvecklings-pleiotropi, selektiv pleiotropi och antagonistisk pleiotropi.

Key Takeaways: What is Pleiotropy?

Pleiotropy är uttrycket av flera drag av en enda gen.
Gen pleiotropi fokuserar på antalet egenskaper och biokemiska faktorer som påverkas av en gen.
Utvecklings pleiotropi fokuserar på mutationer och deras inflytande på flera drag.
Selektiv pleiotropi fokuserar på antalet separata fitnesskomponenter som påverkas av en genmutation.
Antagonistisk pleiotropi fokuserar på förekomsten av genmutationer som har fördelar tidigt i livet och nackdelar senare i livet.

Pleiotropy Definition

Vid pleiotropi kontrollerar en gen uttrycket av flera fenotypiska egenskaper. Fenotyper är egenskaper som uttrycks fysiskt såsom färg, kroppsform och höjd. Det är ofta svårt att upptäcka vilka egenskaper som kan vara resultatet av pleitoropi om inte en mutation inträffar i en gen. Eftersom pleiotropiska gener kontrollerar flera egenskaper kommer en mutation i en pleiotropisk gen att påverka mer än ett drag.

Typiskt bestäms egenskaper av två alleler (variant av en gen). Specifika allelkombinationer bestämmer produktionen av proteiner som driver processerna för utveckling av fenotypiska egenskaper. En mutation som förekommer i en gen förändrar genens DNA-sekvens. Förändrade gensegmentsekvenser resulterar ofta i icke-fungerande proteiner. I en pleiotropisk gen kommer alla egenskaper som är associerade med genen att förändras av mutationen.

Gen pleiotropi, även kallad pleiotropi med molekylär gen, fokuserar på antalet funktioner hos en viss gen. Funktionerna bestäms av antalet egenskaper och biokemiska faktorer som påverkas av en gen. Biokemiska faktorer inkluderar antalet enzymreaktioner som katalyseras av genens proteinprodukter.

Utvecklings pleiotropi fokuserar på mutationer och deras inflytande på flera drag. Mutationen av en enda gen manifesteras i förändringen av flera olika egenskaper. Sjukdomar som involverar mutationell pleiotropi kännetecknas av brister i flera organ som påverkar flera kroppssystem.

Selektiv pleiotropi fokuserar på antalet separata fitnesskomponenter som påverkas av en genmutation. Begreppet fitness hänför sig till hur framgångsrik en viss organisme är att överföra sina gener till nästa generation genom sexuell reproduktion. Denna typ av pleiotropi handlar bara om påverkan av naturligt urval på egenskaper.

Pleiotropy-exempel

Ett exempel på pleiotropi som förekommer hos människor är sicklecellanemi. Sjukcellstörning är resultatet av utvecklingen av onormalt formade röda blodkroppar. Normala röda blodkroppar har en biconcave, skivliknande form och innehåller enorma mängder av ett protein som kallas hemoglobin.

Jämförelse av sigdceller och normala röda blodkroppar. ttsz / Getty Images Plus

Hemoglobin hjälper röda blodkroppar att binda till och transportera syre till celler och vävnader i kroppen. Sicklecell är ett resultat av en mutation i beta-globingenen. Denna mutation resulterar i röda blodkroppar som är seglformade, vilket får dem att klumpas samman och fastna i blodkärlen, vilket blockerar normalt blodflöde. Den enda mutationen av beta-globingenen resulterar i olika hälsokomplikationer och orsakar skador på flera organ inklusive hjärta, hjärna och lungor.

PKU

PKU-testning. Scientifica / Getty Images Plus

Fenylketonuria eller PKU, är en annan sjukdom till följd av pleiotropi. PKU orsakas av en mutation av genen som är ansvarig för produktionen av ett enzym som kallas fenylalaninhydroxylas. Detta enzym bryter ner aminosyran fenylalanin som vi får från proteinsmältning. Utan detta enzym ökar nivåerna av aminosyran fenylalanin i blodet och skada nervsystemet hos spädbarn. PKU-störning kan leda till flera tillstånd hos spädbarn inklusive intellektuella funktionsnedsättningar, kramper, hjärtproblem och utvecklingsförseningar.

Frizzled Feather Trait

Den här bilden illustrerar aspekter av frizzle-kycklingfenotypen. Vuxna homozygota krusiga kycklingfjädrar svänger bort från kroppen. Ng, Chen Siang, et al. PLoS Genet 8 (7): e1002748. doi.org/10.1371/journal.pgen.1002748

De krusiga fjäderdrag är ett exempel på pleiotropi sett hos kycklingar. Hönor med denna speciella muterade fjädergen visar fjädrar som krullar utåt i motsats till att ligga platt. Förutom krullade fjädrar inkluderar andra pleiotropiska effekter en snabbare ämnesomsättning och förstorade organ. Fjädrarnas krulning leder till en förlust av kroppsvärme som kräver en snabbare basmetabolism för att upprätthålla homeostasen. Andra biologiska förändringar inkluderar högre matkonsumtion, infertilitet och förseningar av sexuell mognad.

Antagonistisk pleiotropyhypotes

Antagonistisk pleiotropi är en teori som föreslås för att förklara hur senescens, eller biologiskt åldrande, kan tillskrivas naturligt urval av vissa pleiotropiska alleler. Vid antagonistisk pleiotropi kan en allel som har en negativ inverkan på en organisme gynnas av naturligt urval om allelen också ger fördelaktiga effekter. Antagonistiskt pleiotropiska alleler som ökar reproduktionskonditionen tidigt i livet men främjar biologiskt åldrande senare i livet tenderar att väljas ut genom naturligt urval. De positiva fenotyperna på den pleiotropa genen uttrycks tidigt när reproduktiv framgång är hög, medan de negativa fenotyperna uttrycks senare i livet när reproduktiv framgång är låg.

SEM av sigdcell och normala röda blodkroppar. Callista-bilder / Getty Images

Sicklecell-drag är ett exempel på antagonistisk pleiotropi genom att Hb-S-allelmutationen av hemoglobingenen ger fördelar och nackdelar för överlevnad. De som är homozygota för Hb-S-allelen, vilket innebär att de har två Hb-S-alleler av hemoglobingenen, har en kort livslängd på grund av den negativa påverkan (skada på flera kroppssystem) av sigdcellens drag. De som är heterozygota för egenskaperna, vilket innebär att de har en Hb-S-allel och en normal allel av hemoglobingenen, upplever inte samma grad av negativa symtom och visar resistens mot malaria. Frekvensen för Hb-S-allelen är högre i populationer och regioner där malariahastigheterna är höga.

källor

Carter, Ashley Jr och Andrew Q Nguyen. "Antagonistisk pleiotropi som en vidsträckt mekanism för upprätthållande av polymorfiska sjukdomar alleler." BMC Medical Genetics, vol. 12, nr. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
Ng, Chen Siang, et al. "Chicken Frizzle Feather beror på en α-Keratin (KRT75) mutation som orsakar en defekt Rachis." PLoS Genetics, vol. 8, nr. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748.
Paaby, Annalize B. och Matthew V. Rockman. "De många ansiktena med pleiotropi." Trender i genetik, vol. 29, nr. 2, 2013, s. 66-73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.
"Fenylketonuri." U.S. National Library of Medicine, National Institute of Health, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.

Vetenskap