ძირითადი მასალა

კურსი: ბიოლოგია > თემა 13

გაკვეთილი 2: მენდელისეული გენეტიკის ვარიაციები

პლეიოტროპიზმი და ლეტალური ალელები

პლეიოტროპიზმი: როცა ერთი გენი მრავალ ნიშან-თვისებაზე ახდენს გავლენას. ლეტალური ალელები: ალელები, რომლებიც ჰომოზიგოტურ ან ჰეტეროზიგოტურ მდგომარეობაში არსებობისას ორგანიზმის დაღუპვას იწვევენ.

შესავალი

მენდელის ექსპერიმენტების გაცნობის შემდეგ, შეიძლება, წარმოგიდგენიათ, რომ ყველა გენი ერთ ნიშან-თვისებას განსაზღვრავს და ორგანიზმის გარეგნობის რომელიმე უვნებელ ასპექტზე ახდენს გავლენას (მაგ. ფერზე, სიმაღლეზე ან ფორმაზე). ეს ასეცაა ზოგი გენის შემთხვევაში, მაგრამ არა ყველასი! მაგალითად:

ადამიანის გენეტიკურ დაავადებს, მარფანის სინდრომს, სულ ერთი გენის მუტაცია იწვევს, მაგრამ იგი ზრდისა და განვითარების მრავალ ასპექტზე ახდენს გავლენას, მათ შორის სიმაღლეზე, მხედველობასა და გულზე. ეს პლეიოტროპიის, ანუ ერთი გენის მიერ მრავალი ნიშან-თვისების განსაზღვრის, მაგალითია.
ორი ჰეტეროზიგოტი ყვითელი თაგვის შეჯვარებისას ყვითელი და ყავისფერი თაგვები მიიღება თანაფარდობით $2 : 1$ ‍ და არა - $3 : 1$ ‍. ეს ლეტალური ალელის მაგალითია, რომლის დროსაც რაიმე გენოტიპის მქონე ორგანიზმი აუცილებლად იღუპება.

ამ სტატიაში უფრო დეტალურად განვიხილავთ პლეიოტროპულ გენებსა და ლეტალურ ალელებს და ვნახავთ, როგორ ჯდება მენდელის კანონების ეს გამონაკლისები დამემკვიდრების თანამედროვე პრინციპებში.

პლეიოტროპია

მენდელის ექსპერიმენტები რომ განვიხილეთ იისფერ და თეთრყვავილიან ბარდებზე, არ გვიხსენებია ამ ფერებთან დაკავშირებული სხვა ფენოტიპები. მენდელმა შეამჩნია, რომ ყვავილის ფერი ყოველთვის ორ სხვა ნიშან-თვისებასთან იყო დაკავშირებული: მარცვლის ქერქის ფერთან და უბეს (ფოთლის ღეროსთან დაკავშირების ადგილი) ფერთან

^{1, 2}

თეთრყვავილიან მცენარეებში მარცვლის ქერქი და უბეები უფერო იყო, იისფერყვავილიანებში კი - მარცვლის ქერქი მოყავისფრო-მონაცრისფრო, ხოლო უბეები - მოწითალო. შესაბამისად, ყვავილის ფერის გენი ერთ კი არა სამ ნიშან-თვისებას განსაზღვრავდა.

ასეთ გენებს, რომლებიც მრავალ, ერთი შეხედვით ერთმანეთთან დაუკავშირებელ ნიშან-თვისებებს განსაზღვრავენ, პლეიოტროპული ეწოდება (პლეიო = მრავალი, -ტროპული = ეფექტის მომხდენი)

^{1}

. ახლა უკვე ვიცით, რომ მენდელის ყვავილის ფერის გენი აკოდირებს ცილას, რომელიც ფერიან ნაწილაკებს, ანუ პიგმენტებს, წარმოქმნის.

^{2}

ეს ცილა ბარდის სხვადასხვა ნაწილში ფუნქციონირებს (ყვავილებში, მარცვლის ქერქსა და ფოთოლთა უბეებში). ამგვარად, ერთი შეხედვით ერთმანეთთან კავშირის არმქონე ფენოტიპებიც შეიძლება, რამდენიმე ფუნქციის მქონე ერთი გენის მუტაციის ბრალი იყოს.

დაფუძნებულია მსგავს დიაგრამაზე ინგრიდ ლობოს ავტორობით $^{1}$ ‍.

მნიშვნელოვანია, რომ პლეიოტროპული გენების ალელები ისევე გადაეცემა მემკვიდრეობით, როგორც ერთი ნიშან-თვისების განმსაზღვრელები. მიუხედავად იმისა, რომ ფენოტიპი რამდენიმე ნიშნისგან შედგება, ისინი ერთ „შეფუთვაშია" და ამ შეფუთვის დომინანტური და რეცესიული ვარიანტები ორი ჰეტეროზიგოტის შთამომავლობაში მაინც

3 : 1

თანაფარდობით ვლინდება.

პლეიოტროპია და ადამიანის გენეტიკური დაავადებები

ადამიანის გენეტიკური დაავადებების გამომწვევი მუტანტური გენები ხშირად პლეიოტროპულია. მაგალითად, მარფანის სინდრომის მქონე ინდივიდებს ერთი შეხედვით ერთმანეთთან დაუკავშირებელი სიმპტომები უვლინდებათ, მათ შორის

^{1, 3}

უჩვეულოდ დიდი სიმაღლე
წვრილი ხელის და ფეხის თითები
თვალის ბროლის ფერის შეცვლა
გულის პრობლემები (აორტა, გულიდან სისხლის გამომტანი დიდი სისხლძარღვი, გამოიბერება ან სკდება).

ეს სიმპტომები პირდაპირ დაკავშირებული, თითქოს, არაა, მაგრამ როგორც აღმოჩნდა, თითოეულის მიზეზს ერთ მუტანტურ გენში შეიძლება მივაკვლიოთ. ეს გენი აკოდირებს ცილას, რომელიც ჯაჭვებს წარმოქმნის და ორგანიზმის შემაერთებელი ქსოვილის ელასტიკურ ბოჭკოებს ძალასა და მოქნილობას ანიჭებს

^{4}

. მარფანის სინდრომის გამომწვევი მუტაციები ამცირებენ ამ ფუნქციური ცილის რაოდენობას ორგანიზმში, რის გამოც უფრო ნაკლები ბოჭკო წარმოიქმნება.

როგორ შეიძლება, ეს მრავალნაირი სიმპტომი ერთ გენს უკავშირდებოდეს? ჩვენი თვალები და აორტა, ნორმაში, შეიცავს მრავალ ბოჭკოს, რომლებიც მათ სტრუქტურას უნარჩუნებს. სწორედ ამიტომ ზიანდება ეს ორგანოები მარფანის სინდრომის დროს

^{5}

. ამასთანავე, ეს ბოჭკოები ზრდის ფაქტორების „შესანახი თაროებია". მარფანის სინდრომის დროს ისინი ცოტაა, ამიტომ ზრდის ფაქტორებს საკმარისად ვერ ინახავენ და ადამიანი ზედმეტად იზრდება (რის გამოც სინდრომისთვის დამახასიათებელი დიდი სიმაღლე და აგებულება ვლინდება).

ლეტალური ალელები

ყველა იმ ალელის შემთხვევაში, რომლებსაც მენდელი სწავლობდა, თანაბარალბათური იყო დომინანტური ჰომოზიგოტის, რეცესიული ჰომოზიგოტისა და ჰეტეროზიგოტური გენოტიპების მიღება. ეს ნიშნავს, რომ ეს გენოტიპები ბარდების გადარჩენაზე არ მოქმედებდნენ, თუმცა ეს ყველა გენისა და ალელის შემთხვევაში ასე არ არის.

ორგანიზმის გენომში მრავალი გენი სასიცოცხლოდ აუცილებელია. თუ ასეთი გენის ერთ-ერთი ალელი არ ფუნქციონირებს ან პათოლოგიურ, მავნე ეფექტს იწვევს, შესაძლოა, ჰომოზიგოტური, ანუ ორი ასეთი ალელის მქონე (ან ზოგჯერ ჰეტეროზიგოტურიც კი, ანუ ერთი ალელის მქონე), ორგანიზმი ვერ გადარჩეს.

მაგალითი: ყვითელი თაგვი

ინდივიდის გადარჩენაზე მოქმედი ალელის კლასიკური მაგალითია ყვითელი ლეტალური ალელი, რომელიც სპონტანური მუტაციის შედეგად ჩნდება თაგვებში და ბეწვის ყვითელ შეფერილობას განსაზღვრავს. ეს ალელი მე-20 საუკუნის დასაწყისში აღმოაჩინა ფრანგმა გენეტიკოსმა, ლუსიენ ქუენომ, როცა შეამჩნია, რომ იგი უჩვეულო კანონზომიერებთ მემკვიდრეობდა

^{6, 7}

ყვითელი თაგვების ნორმალურ, აგუტი (ყავისფერ) თაგვებთან შეჯვარებისას შთამომავლობის ნახევარი ყვითელი იყო, ნახევარი - ყავისფერი. ეს ნიშნავდა, რომ ყვითელი თაგვები ჰეტეროზიგოტები იყვნენ და ეს ალელი,

A^{Y}

, აგუტი ალელზე (

A

) დომინირებდა. მაგრამ ორი ყვითელი თაგვის შეჯვარებისას ყვითელი და ყავისფერი შთამომავლობა

2 : 1

თანაფარდობით მიიღებოდა და ყვითელი ინდივიდებისგან წმინდა ხაზის მიღება შეუძლებელი იყო (ისინი მუდამ ჰეტეროზიგოტები იყვნენ და ჰომოზიგოტები არასდროს). რატომ?

შეაჯვარეს

A^{Y} A

გენოტიპის მქონე ორი ყვითელი თაგვი. ამ შეჯვარების პენეტის ცხრილი შემდეგნაირია:

		$A^{Y}$ ‍	$A$ ‍
$A^{Y}$ ‍		$A^{Y}$ ‍ $A^{Y}$ ‍ (ემბრიონი კვდება)	$A^{Y}$ ‍ $A$ ‍ (ყვითელი)
$A$ ‍		$A^{Y}$ ‍ $A$ ‍ (ყვითელი)	$A$ ‍ $A$ ‍ (აგუტი/ყავისფერი)

ცოცხლად დაბადებულ თაგვებში ყვითელი:ყავისფერი ბეწვის შეფარდებაა 2:1.

როგორც აღმოჩნდა, ეს უცნაური თანაფარდობა იმის შედეგი იყო, რომ თაგვების ემბრიონების ნაწილი (

A^{Y} A^{Y}

ჰომოზიგოტური გენოტიპით) განვითარების ადრეულ პერიოდშივე იღუპებოდა, დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე. სხვანაირად რომ ვთქვათ, კვერცხუჯრედების, სპერმატოზოიდებისა და განაყოფიერების დონეზე ყველაფერი ნორმალურად ხდებოდა, ფერის გენის სეგრეგაციაცა და

1 : 2 : 1

თანაფარდობით

A^{Y} A^{Y}

A^{Y} A

და

A A

გენოტიპების წარმოქმნაც. მიუხედავად ამისა,

A^{Y} A^{Y}

წრუწუნები ემბრიონობის პერიოდშივე იღუპებოდნენ და შედეგად, დაბადებულ თაგვებში გენოტიპთა და ფენოტიპთა თანაფარდობა

2 : 1

იყო

^{7, 8}

A^{Y}

-ს მსგავსი ალელები, რომლებიც ლეტალურნი არიან ჰომოზიგოტურ მდგომარეობაში, მაგრამ არა ჰეტეროზიგოტულში, რეცესიულ ლეტალურ ალელებად იწოდებიან.

ლეტალური რეცესიული

A^{Y}

ალელი დომინანტური, არალეტალური ფენოტიპის გამოვლენას იწვევს ჰეტეროზიგოტებში (ყვითელი ფერი ჯანმრთელობის პრობლემებთან, სიმსუქნესთან, დიაბეტსა და სიმსივნეებთან ერთად). საქმე ისაა, რომ ლეტალობა რეცესიულია, ხოლო ყვითელი ფერის ფენოტიპი - დომინანტური.

ყვითელი ჰეტეროზიგოტი თაგვის ფერი გვეხმარება, თვალი მივადევნოთ გენოტიპებს თაობებში, მაგრამ მრავალ შემთხვევაში რეცესიულ ლეტალურ ალელებს ჰეტეროზიგოტებში დომინანტური ფენოტიპი არ აქვთ. ისინი ხშირად რეცესიულია ნორმალური ალელისადმი და შესაბამისად, ჰეტეროზიგოტებს ნორმალური ფენოტიპი აქვთ, ჰომოზიგოტებს კი - ლეტალური და ემბრიონობის პერიოდშივე იღუპებიან.

ლეტალური ალელები და ადამიანის გენეტიკური დაავადებები

ადამიანის გენეტიკური დაავადებების გამომწვევი ზოგი ალელი რეცესიული ლეტალურია. ასეთია, მაგალითად, აქონდროპლაზიის, ჯუჯობის ერთ-ერთი ფორმის გამომწვევი ალელი. ჰეტეროზიგოტ ინდივიდს მოკლე კიდურები ექნება და დაბალი იქნება (აქონდროპლაზია), რაც ლეტალური, ანუ სასიკვდილო, არ არის. მიუხედავად ამისა, ამ ალელისადმი ჰომოზიგოტი ინდივიდი ემბრიონობის პერიოდშივე დაიღუპება, პირველ რამდენიმე თვეში, რაც სწორედ რეცესიული ლეტალური ალელის ეფექტის მაგალითია

^{7, 9}

ადამიანის ზოგ დაავადებას დომინანტური ლეტალური ალელებიც იწვევს. ამ შემთხვევაში ერთი ასეთი ალელის ქონის დროსაც კი იღუპება ინდივიდი. თუ ეს ალელი ჰეტეროზიგოტის დაღუპვას დაბადებამდე იწვევს, მის მქონე ცოცხალ ადამიანს ვერასდროს ვნახავთ (ჩანასახი ვერ ჩაინერგება საშვილოსნოში ან თვითნებური აბორტი განვითარდება). თუმცაღა, თუ დომინანტური ლეტალური ალელის მქონე ჰეტეროზიგოტი დაბადების შემდეგაც გადარჩება, მას გენეტიკური, სასიკვდილო დაავადება ექნება.

მეტიც, შესაძლოა დომინანტური ლეტალური დაავადების მქონე ადამიანმა რეპროდუქციულ ასაკამდეც მიაღწიოს და დაავადება შვილებსაც გადასცეს. ამის მაგალითია ჰანტინგტონის დაავადება, ფატალური გენეტიკური დარღვევა, რომელიც ნერვულ სისტემას აზიანებს. ჰანტინგტონის ალელის მქონე ადამიანებს დაავადება უვითარდებათ, მაგრამ შესაძლოა, 40 წლის ასაკამდე სიმპტომები არ გამოუვლინდეთ, არც იცოდნენ ამის შესახებ და შვილებს ლეტალური ალელი გადასცენ მემკვიდრეობით.

ატრიბუცია:

მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიაა “ნიშან-თვისებები,” მფლობელი ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0). გადმოწერეთ თავდაპირველი სტატია უფასოდ ვებსაიტიდან http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85.

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები:

Lobo, I. (2008). Pleiotropy: One gene can affect multiple traits. Nature Education, 1(1), 10. წყარო www.nature.com/scitable/topicpage/pleiotropy-one-gene-can-affect-multiple-traits-569.
Reid, J. B. and Ross, J. J. (2011). Mendel's genes: Towards a full molecular characterization. Genetics 189(1), 3-10. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176118/#s4title.
მარფანის სინდრომი (2012). In Genetics home reference. წყარო http://ghr.nlm.nih.gov/condition/marfan-syndrome.
FBN1. (2015). In Genetics home reference. წყარო http://ghr.nlm.nih.gov/gene/FBN1.
მარფანის სინდრომი. (3 ნოემბერი, 2015). მოძიების თარიღი 21 ნოემბერი, 2015 წყარო Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Marfan_syndrome.
ლეტალური ალელი. (13 ივლისი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 26 ივლისი, 2015 Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Lethal_allele#History.
Lobo, I. (2008). Mendelian ratios and lethal genes. Nature Education, 1(1), 138. წყარო http://www.nature.com/scitable/topicpage/mendelian-ratios-and-lethal-genes-557.
Griffiths, A. J. F., Gelbart, W. M., Miller, J. H., and Lewontin, R. C. (1999). Interactions between alleles of one gene. In Modern Genetic Analysis. New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21226/#_A824_.
1. აქონდროპლაზია. (12 სექტემბერი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 21 ნოემბერი, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Achondroplasia.

დამატებითი ბიბლიოგრაფია:

აქონდროპლაზია. (12 სექტემბერი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 21 ნოემბერი, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Achondroplasia.

Bergmann, D. C. (2011). Genetics lecture notes. Biosci 41, Stanford.

FBN1. (2015). In Genetics home reference. წყარო http://ghr.nlm.nih.gov/gene/FBN1.

Griffiths, A. J. F., Gelbart, W. M., Miller, J. H., and Lewontin, R. C. (1999). Interactions between alleles of one gene. In Modern Genetic Analysis. New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21226.

ლეტალური ალელი. (2015). In The free dictionary. წყარო http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/lethal+allele.

ლეტალური ალელი. (13 ივლისი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 26 ივლისი, 2015 Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Lethal_allele.

7Lobo, I. (2008). Mendelian ratios and lethal genes. Nature Education, 1(1), 138. წყარო http://www.nature.com/scitable/topicpage/mendelian-ratios-and-lethal-genes-557.

Lobo, I. (2008). Pleiotropy: One gene can affect multiple traits. Nature Education, 1(1), 10. წყარო www.nature.com/scitable/topicpage/pleiotropy-one-gene-can-affect-multiple-traits-569.

ლუსიენ ქუენო. (13 თებერვალი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილი: 26 ივლისი, 2015 Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Lucien_Cuénot.

მარფანის სინდრომი (2012). In Genetics home reference. წყარო http://ghr.nlm.nih.gov/condition/marfan-syndrome.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Mendel and the gene idea. In Campbell biology (10th ed., pp. 267-291). San Francisco, CA: Pearson.

Reid, J. B. and Ross, J. J. (2011). Mendel's genes: Towards a full molecular characterization. Genetics 189(1), 3-10. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3176118/

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.