Негізгі бет

Course: Биология > Unit 21

Lesson 2: Генетика туралы толығырақ

Полигенді тұқым қуалау және қоршаған ортаға әсерлері

Бірнеше гендермен басқарылатын және/немесе қоршаған орта әсер ететін қасиеттер. Пенетранттылық пен экспрессивтілік.

Бой қалай тұқым қуалайды?

Егер сіз адам генетикасына қатты қызықсаңыз, Мендель генетикасын оқу кейде қызықсыз болуы мүмкін. Сіз мұғалімнің адам қасиеттерін генетикалық есептерде мысал ретінде алып, кейін "бұл тым жеңілдетілген" немесе "ол бұған қарағанда едәуір қиын" дегенін естисіз. Сонда көз түсі, шаш пен тері түсі, бой және ауру қаупі сияқты адам қасиеттерімен шын қалай тұқым қуалайды?

Адамның бойын мысал ретінде алайық. Қарапайым Мендельдік сипаттамалармен салыстырғанда, адам бойының тұқым қуалауы төмендегі ерекшеліктерді көрсетеді:

Үздіксіз өзгергіштік. Адамдар Мендельдің бұршақ өсімдіктері сияқты тек "ұзын" немесе "қысқа" деп бөлінбейді, тіпті төрт, сегіз, және он алты да топқа бөле алмаймыз. Адамдардың бойлары әртүрлі болады және олар бірнеше сантиметрмен немесе сантиметрден де кіші өлшембірліктермен бір-бірінен ерекшеленуі мүмкін $^{1}$ ‍.
Гистограмма орта мектептегі ер балалардың бір тобының бойын дюйммен көрсетіп тұр. Гистограмма пішіні қоңырау тәрізді, екі шетінде аз ғана адамдар бар (60 және 77 дюйм) және көбісі ортасында, шамамен 69 дюймнің бойында орналасқан.
Орта мектептегі ер балалардың бойлары: Сурет осы дереккөзден өзгертіліп алынған: "Үздіксіз вариация: Сандық қасиеттер ," авторы J. W. Kimball (CC BY 3.0)
Күрделі тұқымқуалаушылық заңдылығы. Сіз бойы ұзын ата-аналарда бойы аласа бала, бойы аласа ата-аналарда бойы ұзын бала және бойлары әртүрлі ата-анада орташа бойлы бала болуы не болмауы мүмкін екендігін байқаған шығарсыз. Сонымен қатар, бір ата-анадан туған бауырластардың бойлары да түрліше бола алады, олардың нақты бір категорияға жатуы шарт емес.

Бір немесе екі геннен тұратын қарапайым модельдер барлық тұқым қуалаушылық заңдылықтарын болжай алмайды. Онда бой қалай тұқым қуалайды?

Бой және оған ұқсас белгілер бір генмен емес, әрқайсысы ақтық нәтижеге өз үлесін қосатын бірнеше генмен (жиі көп) басқарылады. Бұл тұқымқуалаушылық заңдылығы кейде полигенді тұқымқуалаушылық (poly- = көп) деп аталады. Мысалы, соңғы зерттеулер бой өзгергіштігіне 400-ден аса гендер қатысатынын анықтады

^{2}

Қатысатын гендердің саны көп болғанда, әр геннің жеке ықпалын айыру қиынға соғады және гендік нұсқалардың (аллельдердің) Мендель заңдарына байланысты тұқым қуалайтынын байқау одан да қиын. Қосымша кедергі ретінде бойдың тек генетикаға емес, баланың жалпы денсаулығы мен өсу кезінде алатын қоректік заттарының түрлері сынды қоршаған орта факторларына да тәуелді екендігін айтуға болады.

Бұл мақалада біз бой сияқты күрделі қасиеттердің қалай тұқым қуалайтынын сынайтын боламыз. Біз генетикалық фон мен қоршаған ортаның белгілі бір генотип (гендік нұсқалардың немесе аллельдердің жинағы) қалыптастырған фенотипке (бақыланатын белгілер) қалай әсер ететіндігін де көреміз.

Полигенді тұқымқуалаушылық

Адамның бой, көздің түсі және шаштың түсі сынды белгілері алуан түрлі формаларда келеді, себебі олар жалпы фенотипке белгілі мөлшерде әсер ететін көптеген гендермен басқарылады. Мысалы, көз түсінің екі негізгі гені бар, бірақ кем дегенде 14 ген адамның нақты көз түсін анықтауда маңызды рөл атқарады

^{3}

Адамның полигенді қасиетінің шын мысалын қарастыру қиын болуы мүмкін, себебі біз ондаған, тіпті жүздеген әртүрлі аллельдердің жұптарын (бойда кірістірілген 400 сияқты!) бақылауымыз керек. Алайда, біз бидай дәндеріндегі бір қасиетке ықпал ететін бірнеше аллельдердің фенотип спектрін түзуін үлгі ретінде пайдалана аламыз

^{1, 4}

Бұл мысалда, бидай дәнін қызылқай ететін үш ген бар, біз оларды A, B және C деп атаймыз. Әрқайсысы екі аллельден тұрады, оның бірі пигменттеледі (бас әріпті аллель), екіншісі пигменттелмейді (жай әріпті аллель). Бұл аллельдердің қосылғыш әсерлері бар: aa генотипінде пигмент болмайды, Aa генотипінде аздаған пигмент болады, AA генотипінде көбірек пигмент болады (Aa-дан екі есе көп). Дәл солай B және C гендері үшін

^{1, 4}

W. P. Armstrong-тың диаграммасына негізделген ұқсас диаграмма

^{5}

Енді бір-бірімен шағылыстырылған, барлық үш ген үшін гетерозиготалы екі өсімдікті елестетейік (AaBbCc). Өсімдіктердің әрқайсысында күлгіндеу дәнге әкелетін үш пигментті аллель болады. Бірақ олардың ұрпақтары мүлдем пигменті жоқ ақ дәндерден (aabbcc) пигменті көп қызыл дәндерге дейін (AABBCC) өзгеретін жеті түсті топтарға бөлінеді. Бұл ғалымдардың бірнеше бидайды шағылыстырғанда бақылаған нәтижелері

^{1, 4}

Бұл мысал біздің тек үш ген арқылы сәл өзгеше фенотиптер (үздіксіз өзгергіштікке жақын) спектрін қалай алатынымызды көрсетеді. Егер қатысушы гендердің санын өзгертсек, біз түстің немесе бой сияқты өзге қасиеттің бұдан да үлкен вариациясына қол жеткізетінімізді ойлап көріңізші.

Қоршаған орта әсері

Адам фенотиптері және өзге организмдердің фенотиптері де қоршаған орта ықпалына түседі. Мысалы, адам генетикалық тұрғыдан аз салмақтыққа немесе семіздікке жақын болуы мүмкін, бірақ оның нақты салмағы тамақтану мен жаттығуға тәуелді болады (бұл факторлар гендерге қарағанда көбірек рөл атқарады). Өзге мысалда, сіздің шашыңыздың түсі оларды күлгінге бояғанша ғана гендеріңізге байланысты болады!

Қоршаған ортаның фенотипке әсерінің жарқын мысалы тұқым қуалайтын ауру фенилкетонурия (ФКУ) бола алады

^{6}

. ФКУ ауруының гомозиготалы аллельдері кездесетін адамдарда фенилаланин аминқышқылын бұзатын ферменттің әрекеті әлсіз болады. Осы ауруға шалдыққан адамдар фенилаланиннің көп мөлшерінен айырыла алмағандықтан, олардың денелерінде жинақталып улай бастайды

^{7}

ФКУ уақытында емделмесе, қосымша фенилаланин мидың қалыпты дамуын тежеп, ақыл-ой кемістігі, ұстамалар мен көңіл-күйдің бұзылуына әкеледі. Бірақ ФКУ фенилаланиннің тым көп болуынан пайда болғандықтан, оның емі де өте қарапайым: ауруға шалдыққан балаларды фенилаланині аз диетаға отырғызу

^{8}

Егер фенилкетонурияға шалдыққан адамдар қатаң диетаны кішкентай кездерінен ұстанса, оларда симптомдар аз немесе мұлдем болмауы да мүмкін. Көптеген елдерде барлық жаңа туған нәрестелер ФКУ және соған ұқсас генетикалық аурулар үшін жоғарыдағы суретте көрсетілгендей қарапайым қан тапсыру арқылы скринингтен өтеді.

Өзгермелі экспрессивтілік, толық емес пенетранттылық

Тіпті жалғыз генмен басқарылатын сипаттамалар үшін, бірдей генотипті жеке ағзалардың әртүрлі фенотипі болуы мүмкін. Мысалы, генетикалық ауру жағдайында, аурудың бірдей генотипі бар адамдарда аурудың жеңіл немесе ауыр формалары болуы мүмкін және кейбіреуінде ауру мүлдем байқалмайды.

Өзгермелі экспрессивтілікте генотипі бірдей адамдарда фенотиптің көрінуі әлсіз немсе айқын бола алады. Мысалы, ауру тудыратын генотипі бар адамдар тобында ауру кейбіреуінде ауыр деңгейде, енді біреулерінде жұмсақ түрде болуы мүмкін. Экспрессивтілік идеясы фенотиптің күштілігін жасыл реңктермен көрсететін келесі диаграммада берілген.

Ретинобластома генетикалық ауруы көздің қатерлі ісігіне әкеледі, бірақ ауру бастаманың ауырлығы мен жылдамдығына байланысты өзгереді. Ретинобластомаға шалдыққан балаларда көздің қатерлі ісіктері бір көзде немесе екі көзде дамуы және туғаннан соң жылдамырақ не баяуырақ пайда болуы мүмкін

^{9}

Толық емес пенетранттылық, нақты бір генотипті адамдарда сол генотиппен байланысты фенотип дамымауы мүмкін. Мысалы, тұқым қуалайтын бірдей ауру тудырғыш генотипі бар адамдар арасында кейбіреулерінде ауру мүлдем болмауы мүмкін. Пенетранттылық идеясы фенотиптің болу-болмауын жасыл немесе ақ түспен көрсететін келесі диаграммада бейнеленген.

Ретинобластоманың кей мутацияларында пенетранттылық жоғары, біреулерінде пенетранттылық төменірек (толық емес). Соңғы категориядағы мутациялар үшін мутациясы бар кейбір отбасы мүшелері сау, ал басқаларында ретинобластома қатерлі ісіктері дамуы мүмкін

^{6, 11}

Steven M. Carr-тың суретіне негізделген ұқсас иллюстрация $^{10}$ ‍.

Өзгермелі экспрессивтілік пен толық емес пенетранттылықтың себебі неде? Мүмкін болатын себептердің бірі өзге гендер мен қоршаған орта әсерлері бола алады. Мысалы, ауру тудырғыш аллельден геномдағы өзге ген басым түсіп немесе жалпы денсаулық ауру фенотипінің күшіне ықпал етуі мүмкін.

Бұл мақала лицензияланған CC BY-NC-SA 4.0.

Пайдаланылған әдебиеттер:

Kimball, J. W. (2011, 8-наурыз). Continuous variation: Quantitative traits. Келесіден алынған: ttp://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/Q/QTL.html.
Wood, A. R., Esko, T., Yang, J., Vedantam, S., Pers, T. H., Gustafsson, S., ... Frayling, T. M. (2014). Defining the role of common variation in the genomic and biological architecture of adult human height. Nature Genetics, 46, 1173-1186. http://dx.doi.org/10.1038/ng.3097.
White, D. and Rabago-Smith, M. (2011). Genotype-phenotype associations and human eye color. Journal of Human Genetics, 56, 5-7. http://dx.doi.org/10.1038/jhg.2010.126.
Department of Agronomy, Iowa State University. (2016). Inheritance of a quantitative trait. Келесіден 26-шы шілде, 2016 жылы алынған: https://masters.agron.iastate.edu/classes/527/lesson07/detail/kernelColor.html.
Armstrong, W. P. (n.d.). Continuous variation and Rh blood factor. In Wayne's Word. Келесіден 26-шы шілдеде, 2016 жылы алынған: http://waynesword.palomar.edu/lmexer5.htm.
Bergmann, D. C. (2011). Variations on and complications of the basic Mendelian rules. In Genetics lecture notes. Biosci41, Stanford University, 10.
PAH. (2008). In Genetics home reference. Келесіден алынған: http://ghr.nlm.nih.gov/gene/PAH.
Phenylketonuria. (2012). In Genetics home reference. Келесіден алынған: http://ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.
National Cancer Institute. (2015, 14-тамыз). Retinoblastoma treatment – for health professionals. In Cancer types. Келесіден алынған: http://www.cancer.gov/types/retinoblastoma/hp/retinoblastoma-treatment-pdq.
Carr, S. M. (2014). Penetrance versus expressivity. Келесіден алынған: https://www.mun.ca/biology/scarr/Penetrance_vs_Expressivity.html.
Kelly, Jane. (2015, 14-қыркүйек). Retinoblastoma. In OMIM. Келесіден алынған: http://www.omim.org/entry/180200.
Griffiths, A. J. F., Miller, J. H., Suzuki, D. T., Lewontin, R. C., және Gelbart, W. M. (2000). Penetrance and expressivity. In An introduction to genetic analysis (7-ші басылым.). Келесіден алынған:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22090/.

Сілтемелер:

Armstrong, W. P. (n.d.). Continuous variation and Rh blood factor. In Wayne's Word. Келесіден 26-шы шілдеде, 2016 жылы алынған: http://waynesword.palomar.edu/lmexer5.htm.

Bergmann, D. C. (2011). Variations on and complications of the basic Mendelian rules. In Genetics lecture notes. Biosci41, Stanford University, 8-12.

Breeding for grain quality traits: The challenges of measuring phenotypes and identifying genotypes. (2015). In Plant and soil sciences eLibrary. Келесіден алынған: http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=1066416033&topicorder=12&maxto=13.

Carr, S. M. (2014). Penetrance versus expressivity. Келесіден алынған: https://www.mun.ca/biology/scarr/Penetrance_vs_Expressivity.html.

Department of Agronomy, Iowa State University. (2016). Inheritance of a quantitative trait. Келесіден 26-шы шілде, 2016 жылы алынған: https://masters.agron.iastate.edu/classes/527/lesson07/detail/kernelColor.html.

Duffy, D. L., Montgomery, G. W., Chen, W., Zhao, Z. Z., Le, L., James, M. R., ... Sturm, R. A. (2007). A three–single-nucleotide polymorphism haplotype in intron 1 of OCA2 explains most human eye-color variation. American Journal of Human Genetics, 80(2), 241-252. http://dx.doi.org/10.1086/510885.

Griffiths, A. J. F., Miller, J. H., Suzuki, D. T., Lewontin, R. C., және Gelbart, W. M. (2000). Penetrance and expressivity. In An introduction to genetic analysis (7-ші басылым.). Келесіден алынған:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22090/.

Kelly, Jane. (2015, 14-қыркүйек). Retinoblastoma. In OMIM. Келесіден алынған: http://www.omim.org/entry/180200.

Multifactorial traits: Genomics at the cellular and gene level. (n.d.). In MI genetics resource center. Келесіден алынған: https://www.migrc.org/TeachersAndStudents/MultifactorialTraits.html

National Cancer Institute. (2015, 14-тамыз). Retinoblastoma treatment – for health professionals. In Cancer types. Келесіден алынған: http://www.cancer.gov/types/retinoblastoma/hp/retinoblastoma-treatment-pdq.

NHS National Genetics and Genomics Education Centre (n.d.). In Genetic glossary. Келесіден алынған: http://www.geneticseducation.nhs.uk/genetic-glossary/221-penetrance.

Penetrance. (2015, 13 қараша). 2015 жылы 22 қарашада Wikipedia сайтынан алынды: https://en.wikipedia.org/wiki/Penetrance.

PAH. (2008). In Genetics home reference. Келесіден алынған: http://ghr.nlm.nih.gov/gene/PAH.

Phenylketonuria. (2012). In Genetics home reference. Келесіден алынған: http://ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.

Polygenic. (2015, 18-қараша). In Genetics home reference. Келесіден алынған: http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=polygenic.

Polygenic inheritance. (n.d.). In BioNinja. Келесіден алынған: ww.vce.bioninja.com.au/aos-3-heredity/inheritance/polygenic-inheritance.html.

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

What are reduced penetrance and variable expressivity? (2015, 18-қараша). In Genetics home reference. Келесіден алынған: ttp://ghr.nlm.nih.gov/handbook/inheritance/penetranceexpressivity.

White, D. және Rabago-Smith, M. (2011). Genotype-phenotype associations and human eye color. Journal of Human Genetics, 56, 5-7. http://dx.doi.org/10.1038/jhg.2010.126.

Wood, A. R., Esko, T., Yang, J., Vedantam, S., Pers, T. H., Gustafsson, S., ... Frayling, T. M. (2014). Defining the role of common variation in the genomic and biological architecture of adult human height. Nature Genetics, 46, 1173-1186. http://dx.doi.org/10.1038/ng.3097.

Zeratsky, K. (2015, 6-қазан). My favorite diet soda has a warning about phenylalanine. Is phenylalanine bad for you? [answer]. In Nutrition and healthy eating. Келесіден алынған: http://www.mayoclinic.org/healthy-lifestyle/nutrition-and-healthy-eating/expert-answers/phenylalanine/faq-20058361.

Zlotogora, J. (2003). Penetrance and expressivity in the molecular age. Genetics in Medicine, 5, 347-352. http://dx.doi.org/10.1097/01.GIM.0000086478.87623.69.

Талқылауға қосылғыңыз келе ме?

Кіру

Сұрыптау:

Әзірге посттар жоқ.

Ағылшынша түсінесің бе? Ағылшын тіліндегі Khan Academy сайтында қандай талқылау болып жатқанын білу үшін мына жерге бас.