Modifikace mendelovských poměrů

tisk

modifikace Mendelových principů, interakce genů, intraalelické interakce, neúplná dominance, kodominance, mnohonásobný alelizmus, letální alelyinteralelické interakce, epistáze dominantní a recesivníkomplementarita, inhibice, kompenzace, duplicitní faktory, pleiotropie

Z Mendelových experimentů vyplynuly nejjednodušší principy přenosu genetické informace, kdy jsou geny umístěny na homologních chromozomech, které segregují jeden od druhého a volně kombinují s ostatními segregujícími chromozomy během formování gamet. Tyto dva postuláty jsou základními principy přenosu genů z rodičů na potomky.

Mohou však nastat určité odchylky od klasických poměrů 3:1 a 9:3:3:1, kdy se říká, že dochází k modifikacím, které lze rozčlenit do několika skupin:

  1. Genové interakce kvalitativních vlastností: předpokládáme, že fenotypy diskontinuálních znaků jsou často kontrolovány více než jedním genovým párem (interalelické interakce); mezi alelami jednoho genového páru nemusí být jednoznačný vztah dominance a recesivity (intraalelické interakce - vztahy mezi alelami jednoho alelického páru, např. dominance, recesivita, neúplná dominance, superdominance, kodominance)
  2. Genové interakce kvantitativních vlastností: genetika fenotypů kontinuálních vlastností je studována v samostatné kapitole Kvantitativní genetika
  3. Geny vázané na pohlavní chromozomy: probíráno v kapitole Genetika pohlaví

A. Intraalelické interakce

Neúplná (částečná) dominance

Byla zjištěna při pozorování potomků se střední hodnotou fenotypu z křížení protikladných vlastností. Např. rostliny jako je nocenka jalapovitá nebo hledík s červenými květy a bílými květy, jejichž potomci mají růžové květy. Ani červená ani bílá barva se nezdá být plně  dominantní. Hovoříme pak o neúplné (částečné) dominanci. Pro srovnání různých stupňů dominance nahlédněte na graf níže.

Provedeme-li klasický genetický pokus podle Mendela, zjistíme v F2 generaci stejný poměr genotypový 1:2:1. Rozdíl je ve fenotypovém poměru, který je zde identický s genotypovým (1:2:1), na rozdíl od předpokládaného poměru 3:1 za úplné dominance.

Vlastnosti podmíněné neúplnou dominancí jsou vzácné. Známá neúplnou dominancí je u lidí Tay-Sachsova nemoc, kdy recesivní alela je zmutovaná pro enzym hexosaminidázu. Recesivní homozygoti mají nedostatečné ukládání lipidů a postižení jedinci umírají do tří let života. Heterozygoti jsou fenotypově normální v lipidovém metabolizmu, projevuje se však u nich jen 50 % enzymové aktivity oproti normálním homozygotům.

Kodominance 

Jestliže dvě alely jednoho genu jsou zodpovědné za produkci dvou variant znaku a oba produkty jsou exprimované ve stejné míře u heterozygotního genotypu, hovoříme o kodominanci. Krevní skupina MN může ilustrovat tento typ interakce. Genový produkt je glykoprotein, který se nachází na povrchu erytrocytů a je tedy detekovatelný pomocí protilátek. U lidí existují dvě varianty tohoto glykoproteinu, označených M a N. Tento gen je lokalizován na 4. chromozomu a má dvě alely LM a LN

Genotyp

Fenotyp

LMLM M
LMLN MN
LNL N

Křížení dvou heterozygotů

LMLN x LMLN

MN x MN

¼  LMLM M
½  LML MN
¼  LNL N

Mnohonásobný alelizmus

Typickým příkladem, kdy gen má více než dvě varianty (alely), je gen krevní skupiny AB0. Tento gen je lokalizován u lidí na 9. chromozomu. Stejně jako v systému MN, i zde je kodominantní způsob dědičnosti. AB0 fenotyp je zjistitelný smícháním krve s antisérem obsahující protilátky A nebo B. Jestliže je příslušný antigen přítomen na povrchu erytrocytů, bude reagovat s odpovídající protilátkou a způsobí aglutinaci erytrocytů. Každý jedinec má buď antigen A (A fenotyp), antigen B (B fenotyp), oba antigeny A i B (AB fenotyp), nebo ani jeden (0 fenotyp). Každý antigen je produkt jedné alely: IA, IB a I0. Je zřejmé, že studium mnohonásobného alelizmu lze studovat jen v populacích.  

Genotyp

Antigen

Fenotyp

IAIA A A
IAI0 A
IBIB B B
IBI0 B
IAIB A, B AB
I0I0 žádný 0

Jaké interakce jsou mezi alelami IA a IB a mezi alelami IA, IB a I0?

Následuje tabulka všech možných kombinací v rámci heterozygotních genotypů u rodičů.

Rodiče

Potomci

Fenotyp

Genotyp

A B AB 0
A x A IAI0 x IAI0 ¾ - - ¼
B x B IBI0 x IBI0 - ¾ - ¼
0 x 0 I0I0 x I0I0 - - - 100%
A x B IAI0 x IBI0 ¼ ¼ ¼ ¼
A x AB IAI0 x IAIB ½ ¼ ¼ -
A x 0 IAI0 x I0I0 ½ - - ½
B x AB IBI0 x IAIB ¼ ½ ¼ -
B x 0 IBI0 x I0I0 - ½ - ½
AB x 0 IAIB x I0I0 ½ ½ - -
AB x AB IAIB x IAIB ¼ ¼ ½ -

Letální alely a pleiotropie

Během prvních let po znovuobjevení Mendelových principů byly provedeny řady experimentů, jejichž výsledky se na první pohled neshodovaly s Mendelovými objevy. Mnoho genových produktů (enzymy bazálního metabolizmu) je nezbytných pro přežití organizmu. Mutace v těchto genech způsobuje nefunkčnost genových produktů (převážně enzymů), v homozygotním genotypu jsou fatálním stavem, ale u heterozygotů mohou být tolerovány a jejich nezmutovaná alela exprimuje dostatek funkčního enzymu. Tato mutace se chová jako recesivně letální alela. Někdy však nestačí jedna kopie nezmutovaného genu v heterozygotovi pro přežití či normální vývoj. Exprese dominantní alely je nedostatečná pro normální vývoj. V tomto případě se mutace chová jako dominantně letální alela, protože její přítomnost je nějak převážena expresí normálního produktu nebo jeho množství je nedostatečné pro podporu základních funkcí.

V určitých případech je alela zodpovědná za letální efekt, když homozygot se může projevit rozdílně vůči mutantnímu fenotypu heterozygota. Takováto alela se chová jako recesivně letální, ale je dominantní s ohledem na fenotyp.  V r. 1904 byla prováděna křížení mezi různými kombinacemi myší aguti a myší se žlutým zbarvením, která dávala neobvyklé výsledky a to hlavně křížení mezi aguti a žlutou myší. Myš zbarvení aguti (šedá) byla značně inbrední a tedy bylo předpokládáno, že je čistou linií. Žluté zbarvení srsti u myší je způsobeno mutací genu zbarvení.

Křížení myší
aguti x aguti všichni aguti
žlutá x žlutá 2/3  žlutá : 1/3 aguti
aguti x žlutá 1/2 žlutá : 1/2 aguti

Mutantní žlutá alela AY je dominantní k normální aguti alele A, takže heterozygotní myši mají žlutou srst. Zároveň se žlutá alela chová u homozygotů letálně. Nikdy se nenarodily myšky AYAY.

Jaké zde jsou alelické vztahy? 

Známe, že aguti myš je homozygotní (protože je čistou linií). Jestliže aguti srst je dominantní, pak by se očekávalo, že z křížení aguti x žlutá myš budou všechny myšky šedé. Protože jsme však získali myšky jak žluté tak šedé v poměru 1:1, žlutá musí být dominantní k šedé. Takže jaké jsou genotypy dvou myších populací? Z předešlé diskuze vyplývá, že genotyp šedé myši musí být AA. Jaký je genotyp žluté myši? Jestliže myš byla homozygotní, žádný potomek z tohoto křížení by nebyl šedý, takže genotyp žluté myši musí být heterozygotní AAy. Poměr 1:1 testovacího křížení je typický pro heterozygotní jedince.

Další křížení bylo prováděno mezi dvěma žlutými jedinci. Jaký genetický poměr bychom měli očekávat?

Řešení: Křížení AAy x AAy by mělo dát poměr 3 žluté : 1 šedé myšce. Výsledek, nicméně byl poměr 2 žluté k 1 šedé myšce. Poměr 2:1 je typický poměr pro letální gen, neboť jakýkoliv genotyp AyAy je letální.

Pleiotropie

Důležitá otázka je, jak může gen kontrolující barvu srsti zapříčinit smrt? Snad účinek jedné alely zapříčiní žlutou barvu srsti, ale když se projevuje ve dvou dávkách, produkt genu zabije zvíře. Zároveň lze říci, že je-li tento gen, který podmiňuje zbarvení srsti, homozygotní s alelou pro žluté zbarvení (AyAy), jeho produkt způsobí smrt jedince. Tento gen má ve skutečnosti vliv na dva fenotypy (zbarvení srsti a životaschopnost). Tomuto jevu se říká pleiotropie a gen se označuje jako pleiotropní.

Pleiotropie – jeden gen podmiňuje více fenotypových znaků. Biochemicky se může jednat o jeden enzym, který je zapojen do většího počtu biosyntetických drah.