Pleiotropi

Pleiotropi adalah fenomena genetik di mana gen tunggal mempengaruhi beberapa karakteristik, seperti yang terjadi pada sindrom gading, penyakit yang mempengaruhi jaringan ikat, jantung, mata, tulang dan pembuluh darah

Apa itu Pleiotropy?

Itu Pleiotropi Ini adalah fenomena genetik di mana gen tunggal mempengaruhi individu manifestasi fenotipik dari karakter lain yang berbeda dan tidak terkait.

Secara etimologis, pleiotropia berarti "lebih banyak perubahan" atau "banyak efek": yaitu, lebih banyak efek dari yang diharapkan dengan ekspresi gen tunggal. Ini juga dikenal sebagai polifen (banyak fenotipe), tetapi itu adalah istilah yang sedikit digunakan.

Contoh pleiotropia adalah albinisme pada hewan, talasyemia, sejenis anemia sel, atau sindrom gading, gangguan genetik yang dihasilkan oleh gen.

Salah satu fenomena warisan yang lebih membingungkan para ahli genetika selama awal ilmu ini adalah mutasi yang mempengaruhi lebih dari satu karakter.

Pada awalnya diyakini bahwa setiap karakter dikendalikan oleh satu gen. Kemudian kami menyadari bahwa manifestasi karakter dapat memerlukan partisipasi lebih dari satu gen.

Namun, hal yang paling mengejutkan adalah bahwa satu gen dapat mempengaruhi manifestasi lebih dari fitur yang diwariskan, yang pada dasarnya adalah apa yang mendefinisikan pleiotropia.

Secara umum, ketika pleiotropi ditunjukkan lebih tepat untuk mengatakan bahwa gen yang bertanggung jawab Itu memiliki efek Pleiotropik yang menjadi gen adalah Pleiotropik.

Meskipun tidak semua orang menghormati konvensi ini, penting untuk menekankan bahwa gen dengan efek pleiotropik mengkodekan untuk fitur tertentu dan bukan untuk pleiotropi sendiri.

Kalau tidak, "normalitas" tidak lebih dari efek manifestasi pleiotropik dari aksi alel liar gen tertentu pada orang lain. Namun, ini secara genetik keliru.

Sejarah

Syarat Pleiotropi Ini pertama kali digunakan oleh ahli genetika Jerman bernama Ludwig Plate pada tahun 1910. Lempeng menggunakan istilah untuk menjelaskan penampilan beberapa fitur fenotipik yang berbeda yang selalu terjadi bersama -sama dan mungkin tampak berkorelasi. Menurutnya, fenomena ini, ketika itu terjadi, disebabkan oleh unit warisan pleiotropik.

Jerman lainnya, Hans Gruneberg, membagi pleiotropi menjadi "asli" dan "spuria". Yang pertama ditandai dengan munculnya dua produk utama selain dari satu tempat.

Yang kedua, menurut penulis ini, merujuk pada produk utama tunggal yang digunakan dengan cara yang berbeda. Hari ini makna gruneberg pleiotropi asli telah dibuang, sedangkan pleiotropi palsu dianggap hanya sebagai pleiotropi.

Pembagian lain dari konsep pleiotropi dibuat oleh Ernst Hadorn, yang mengatakan bahwa ada dua jenis pleiotropi: mosaik dan relasional. Yang pertama terjadi ketika suatu gen mengkodekan informasi yang mempengaruhi dua fitur fenotipik yang berbeda.

Pleiotropi relasional, di sisi lain, terjadi ketika suatu gen menentukan awal dari berbagai peristiwa terkait dan yang akan mempengaruhi beberapa fitur independen.

Kacser dan Burns, di sisi lain, menunjukkan bahwa variasi apa pun di bagian mana pun dari genom mempengaruhi semua sifat dalam derajat yang berbeda, baik secara langsung maupun tidak langsung. Gagasan ini dikenal sebagai Pleiotropi Universal.

Contoh gen dengan efek pleiotropik

Pleiotropy, menjadi fenomena yang menggambarkan beberapa konsekuensi dari interaksi antara produk gen, bersifat universal.

Dapat melayani Anda: garpu replikasi

Virus, serta semua organisme seluler, memiliki gen yang produknya penting untuk manifestasi karakter lain. Gen -gen ini, yang alelnya liar dan mutan memiliki efek pleiotropik, memiliki sifat yang berbeda.

Gen vestigial di Drosophila

Di dalam Drosophila (Lalat buah), gen vestigial menentukan tingkat perkembangan sayap. Ketika gen ini diwarisi dari kedua orang tua, lalat keturunan akan menghadirkan sayap vestigial dan tidak bisa terbang.

Namun, ini bukan satu -satunya efek dari gen vestigial. Gen ini bersifat pleiotropik dan kehadirannya juga menyebabkan pengurangan jumlah ovula dalam ovarium terbang. Ini juga memodifikasi jumlah dan pembuangan induk babi di toraks dan mengurangi masa hidup ini.

Pitmentasi dan tuli pada kucing

Gen yang mengkode informasi pigmentasi pada kucing adalah gen pleiotropik. Karena itu, persentase kucing yang cukup tinggi yang memiliki bulu putih dan mata biru, juga tuli.

Bahkan kucing putih yang memiliki mata biru dan kuning, hanya tuli dari telinga yang berada di sisi yang sama dengan mata biru.

Pleiotropi pada kucing. Kucing putih dengan heterokromia. Sumber: Wikimedia Commons.

Ayam bulu goreng

Pada ayam, gen dominan menghasilkan efek bulu keriting. Gen ini menunjukkan bahwa itu adalah efek pleiotropik, karena ia memanifestasikan efek fenotipik lainnya: peningkatan laju metabolisme, peningkatan suhu tubuh, konsumsi makanan yang lebih besar.

Selain itu, ayam dengan gen ini memiliki keterlambatan kematangan seksual dan penurunan kesuburan.

Pada manusia

Sindrom Marfan

Di antara gejala sindrom ini adalah: ukuran tubuh yang luar biasa tinggi, gangguan jantung progresif, dislokasi mata kristal, gangguan paru.

Semua gejala ini berhubungan langsung dengan mutasi gen tunggal. Gen ini, yang disebut FBN1, adalah pleiotropik, karena fungsinya adalah mengkode glikoprotein yang digunakan dalam jaringan ikat dari berbagai bagian tubuh.

Sindrom Holt-Oram

Pasien dalam sindrom ini memiliki anomali dalam tulang carpy dan tulang lainnya dari anggota tubuh sebelumnya. Selain itu, sekitar 3 dari 4 pasien dengan sindrom ini memiliki masalah jantung.

Sindrom Nijmegen

Ditandai bahwa mereka yang menderita karena memiliki mikrosefali, defisiensi imun, perkembangan dan gangguan kecenderungan untuk kanker limfatik dan leukemia.

Phenylcetonuria

Kasus efek pleiotropik yang diketahui adalah yang disebabkan oleh alel mutan yang bertanggung jawab untuk fenilcetonuria.

Phenylcetonuria, penyakit yang bersifat metabolisme, disebabkan oleh mutasi gen tunggal yang mengkode enzim fenilalanin hidroksilase enzim. Enzim mutan tidak aktif tidak dapat menguraikan fenilalanin asam amino. Dengan mengumpulkan ini, organisme ini mabuk.

Oleh karena itu, efek yang diamati pada pembawa dua salinan gen bermutasi adalah beberapa (pleiotropik).

Penyebab penyakit, atau sindrom, adalah kurangnya aktivitas metabolisme yang menyebabkan letusan kulit, gangguan neurologis, mikrosefali, kulit ringan dan mata biru (karena kurangnya generasi melanin), dll., Dengan cara yang berbeda.

Dapat melayani Anda: alel dominan: karakteristik dan contoh

Tak satu pun dari gen yang berpartisipasi dalam demonstrasi yang diubah dari karakter -karakter lain ini harus bermutasi.

Jalur metabolisme lainnya

Sangat umum di mana beberapa enzim berbagi atau menggunakan kofaktor yang sama untuk aktif. Kofaktor ini adalah produk akhir dari aksi bersama beberapa protein lain yang berpartisipasi dalam rute biosintetik ini.

Jika mutasi dihasilkan pada salah satu gen yang mengkode protein dari jalur ini, kofaktor tidak akan terjadi.

Mutasi ini akan memiliki efek pleiotropik, karena tidak ada protein yang bergantung pada kofaktor yang aktif mungkin, meskipun gen mereka sendiri berfungsi dengan sempurna.

Molybdenum

Baik prokariota dan eukariota, misalnya, molibdenum sangat penting untuk fungsi enzim tertentu.

Molibdenum, agar berguna secara biologis, harus kompleks dengan molekul organik lain, produk dari aksi beberapa enzim dalam jalur metabolisme yang kompleks.

Setelah kofaktor sadar diri ini dengan molibdenum terbentuk, itu akan digunakan oleh semua molybdoprotein untuk menjalankan fungsi mereka sendiri.

Efek pleiotropik pada mutasi yang mencegah sintesis moibdocofactor akan dimanifestasikan tidak hanya dengan tidak adanya ini, tetapi dalam hilangnya aktivitas enzimatik dari semua molibdoenzim dari pembawa individu mutasi tersebut.

Laminopati

Lembar nuklir adalah jala rumit di dalam nukleus, secara dinamis melekat pada membran internalnya. Lamina nuklir mengatur arsitektur nukleus, partisi antara euchromatin dan heterokromatin, ekspresi genetik, serta replikasi DNA, antara lain.

Lembar inti dibentuk oleh beberapa protein yang secara kolektif dikenal sebagai laminin. Karena ini adalah protein struktural yang dengannya banyak dari banyak orang berinteraksi, mutasi apa pun yang mempengaruhi gennya akan memiliki efek pleiotropik.

Efek pleiotropik mutasi pada gen laminin akan dimanifestasikan sebagai penyakit yang disebut laminopati.

Artinya, laminopati adalah manifestasi pleiotropik sebagai konsekuensi dari mutasi pada gen laminin. Manifestasi klinis dari laminopati termasuk, tetapi tidak terbatas pada, progeria, distrofi otot yang lebih buruk dan efek lain yang tak ada habisnya lebih banyak.

Regulator transkriptif

Gen lain yang mutasinya memunculkan banyak efek pleiotropik yang berbeda, adalah yang mengkode pengatur transkripsional.

Ini adalah protein yang mengontrol ekspresi gen secara khusus. Ada orang lain yang merupakan regulator umum transkripsi. Bagaimanapun, tidak adanya produk ini menentukan bahwa gen lain tidak diekspresikan.

Mutasi yang menentukan ketidakhadiran atau kerusakan regulator transkripsional umum atau spesifik akan memiliki efek pleiotropik pada tubuh, karena tidak ada gen yang akan diekspresikan di bawah kendali.

Pleiotropi dan Epigenetika

Penemuan mekanisme perubahan dalam ekspresi genetik yang tidak bergantung pada perubahan dalam urutan nukleotida gen (epigenetik) telah memperkaya visi kita tentang pleiotropia.

Itu dapat melayani Anda: dominasi yang tidak lengkap atau semi -kepadatan

Salah satu aspek epigenetik yang paling banyak dipelajari adalah aksi mikroarnet endogen. Ini adalah produk dari transkripsi gen yang disebut mir.

Transkripsi gen mir Ini memunculkan RNA bahwa, setelah diproses, bertindak dalam sitoplasma sebagai RNA yang tidak aktif kecil.

ARN ini disebut peredam kecil karena mereka memiliki kemampuan untuk saling melengkapi. Untuk bergabung dengan mereka, messenger terdegradasi dan karakternya tidak diungkapkan.

Dalam beberapa kasus, molekul kecil ini dapat bergabung dengan lebih dari sekadar utusan yang berbeda, memberi, tentu saja, efek pleiotropik.

Pleiotropi dan penuaan

Penjelasan tentang penyebab alami penuaan bisa dalam efek gen pleiotropik. Menurut hipotesis yang diangkat oleh G. C. Williams, penuaan adalah konsekuensi dari apa yang disebutnya pleiotropi antagonis.

Jika ada gen yang produknya memiliki efek antagonis pada berbagai tahap kehidupan suatu organisme, maka gen ini dapat berkontribusi pada penuaan.

Jika efek menguntungkan dimanifestasikan sebelum reproduksi dan efek merusak setelah ini, maka mereka akan disukai oleh seleksi alam. Tetapi sebaliknya, seleksi alam akan bertindak terhadap gen -gen itu.

Dengan cara ini, jika gen benar -benar pleiotropik, penuaan tidak akan terhindarkan, karena seleksi alam akan selalu bertindak mendukung gen yang mendukung reproduksi.

Pleiotropi dan spesiasi

Spesiasi Simpatrik adalah jenis spesiasi yang terjadi tanpa hambatan geografis antar populasi. Jenis spesiasi ini tampaknya disukai oleh mutasi pleiotropik.

Model simulasi matematika yang dikembangkan oleh Kondrashov menunjukkan bahwa isolasi reproduksi antara populasi simpatrik dapat terjadi karena penampilan fitur kuantitatif yang penting secara ekologis di bawah seleksi yang mengganggu.

Model yang sama menunjukkan bahwa sifat -sifat ini harus terkait dengan gen pleiotropik. Jika perubahan disebabkan oleh beberapa gen, dan bukan pada yang pleiotropik, rekombinasi gen selama reproduksi akan mencegah spesiasi. Pleiotropi akan menghindari efek gangguan rekombinasi.

Pleiotropi dan adaptasi

Bumi terus berubah. Organisme harus berubah terus menerus untuk beradaptasi dengan kondisi baru. Perubahan ini mengarah pada apa yang dikenal sebagai evolusi.

Banyak penulis berpendapat bahwa evolusi mengarah pada kompleksitas organisme yang meningkat. Kompleksitas ini bisa morfologis, di mana karakter tertentu dapat berevolusi independen dari yang lain dalam kondisi lingkungan tertentu.

Namun, karena organisme menjadi lebih kompleks, kemampuan mereka untuk merespons perubahan menjadi lebih lambat. Inilah yang disebut "biaya evolusioner kompleksitas".

Model matematika berpendapat bahwa adaptasi karena perubahan gen pleiotropik akan lebih murah secara evolusioner daripada yang karena perubahan karakter yang dikodekan oleh gen individu.

Referensi

1. Goodenough, u. W. (1984). Genetika. W. B. Saunders co. Ltd.
2. Griffiths, a. J. F., Wessler, r., Carroll, s. B., Doebley, J. (2015). Pengantar analisis genetik. 
3. Serigala, i. (2008). Pleiotropy: Satu gen dapat kasih sayang beberapa sifat. Pendidikan Alam.