การถ่ายทอดคุณลักษณะจากรุ่นสู่รุ่นเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างยีนที่แตกต่างกัน ยีนคืออะไร และมีปฏิสัมพันธ์ประเภทใดบ้าง
ยีนคืออะไร
ภายใต้ยีนปัจจุบัน หมายถึง หน่วยของการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม ยีนอยู่ใน DNA และสร้างส่วนโครงสร้างของมัน ยีนแต่ละตัวมีหน้าที่ในการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนจำเพาะ ซึ่งเป็นตัวกำหนดการแสดงออกของลักษณะเฉพาะในมนุษย์
ยีนแต่ละชนิดมีหลายชนิดย่อยหรืออัลลีล ซึ่งทำให้เกิดลักษณะที่หลากหลาย (เช่น ตาสีน้ำตาลเกิดจากอัลลีลที่โดดเด่นของยีน ในขณะที่สีน้ำเงินเป็นลักษณะด้อย) อัลลีลอยู่ในบริเวณเดียวกันของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกัน และการแพร่กระจายของโครโมโซมหนึ่งหรืออีกโครโมโซมทำให้เกิดลักษณะเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง
ยีนทั้งหมดมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ปฏิสัมพันธ์มีหลายประเภท - อัลลีลิกและไม่ใช่อัลลีลิก ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ยีนอัลลีลิกและไม่ใช่อัลลีลิก ต่างกันอย่างไรและแสดงออกอย่างไร
ประวัติการค้นพบ
ก่อนที่จะค้นพบชนิดของปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าสามารถครอบงำได้อย่างสมบูรณ์เท่านั้น (หากมียีนเด่น ลักษณะก็จะปรากฏขึ้น ถ้าไม่มีก็จะมี ไม่มีลักษณะ) หลักคำสอนของปฏิสัมพันธ์อัลลีลซึ่งเป็นเวลานานเป็นความเชื่อหลักของพันธุศาสตร์ได้รับชัยชนะ การปกครองได้รับการวิจัยอย่างกว้างขวางและค้นพบประเภทเช่นการครอบงำที่สมบูรณ์และไม่สมบูรณ์การครอบงำร่วมและการครอบงำที่มากเกินไป
หลักการทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้กฎข้อแรกของเมนเดล ซึ่งระบุถึงความสม่ำเสมอของลูกผสมรุ่นแรก
จากการสังเกตและวิจัยเพิ่มเติม พบว่าไม่ใช่ทุกสัญญาณที่ปรับให้เข้ากับทฤษฎีการครอบงำ จากการศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วน พบว่าไม่เพียงแต่ยีนเดียวกันเท่านั้นที่ส่งผลต่อการสำแดงของลักษณะหรือกลุ่มของคุณสมบัติ ดังนั้น จึงมีการค้นพบรูปแบบปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิก
ปฏิกิริยาระหว่างยีน
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าหลักคำสอนเรื่องมรดกที่มีอำนาจเหนือกว่ามีชัยมาช้านาน ในกรณีนี้เกิดปฏิกิริยาอัลลีลซึ่งลักษณะนี้ปรากฏเฉพาะในสถานะเฮเทอโรไซกัสเท่านั้น หลังจากค้นพบปฏิสัมพันธ์ในรูปแบบต่างๆ ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิก นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถอธิบายประเภทของมรดกที่ไม่สามารถอธิบายได้จนถึงตอนนี้ และรับคำตอบสำหรับคำถามมากมาย
พบว่าการควบคุมยีนขึ้นอยู่กับเอ็นไซม์โดยตรง เอนไซม์เหล่านี้ทำให้ยีนมีปฏิกิริยาต่างกัน ในเวลาเดียวกัน ปฏิสัมพันธ์ของยีนอัลลีลิกและยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิกดำเนินไปตามหลักการและรูปแบบเดียวกัน สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมไม่ได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ยีนโต้ตอบกัน และสาเหตุของการถ่ายทอดลักษณะที่ผิดปกตินั้นอยู่ในยีนเอง
ปฏิกิริยาที่ไม่ใช่อัลเลลิกนั้นมีเอกลักษณ์ ซึ่งทำให้ได้ลักษณะใหม่ๆ ที่ผสมผสานกันซึ่งกำหนดระดับใหม่ของการอยู่รอดและการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต
ยีนที่ไม่ใช่อัลเลลิก
ไม่ใช่อัลเลลิกคือยีนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นในส่วนต่างๆ ของโครโมโซมที่ไม่คล้ายคลึงกัน พวกมันมีหน้าที่การสังเคราะห์เพียงอย่างเดียว แต่เข้ารหัสการก่อตัวของโปรตีนต่างๆ ที่ทำให้เกิดสัญญาณต่างกัน ยีนดังกล่าวซึ่งทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกันสามารถทำให้เกิดการพัฒนาลักษณะต่างๆ ได้หลายแบบ:
- ลักษณะหนึ่งเกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ของยีนที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง
- ลักษณะหลายอย่างจะขึ้นอยู่กับยีนเดียว
ปฏิกิริยาระหว่างยีนเหล่านี้ค่อนข้างซับซ้อนกว่าปฏิกิริยาอัลลีล อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาแต่ละประเภทเหล่านี้มีลักษณะและลักษณะเฉพาะของตัวเอง
ปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิกมีกี่ประเภท
- Epistasis.
- โพลีเมเรีย
- เสริม.
- การกระทำของยีนดัดแปลง
- ปฏิสัมพันธ์แบบ Pleiotropic
ทุกคนของการโต้ตอบประเภทนี้มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์และแสดงออกในแบบของตัวเอง
เราควรพูดถึงแต่ละเรื่องให้ละเอียดกว่านี้
เอพิสตาซิส
ปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิก - epistasis - สังเกตได้เมื่อยีนหนึ่งยับยั้งการทำงานของอีกยีนหนึ่ง (ยีนปราบปรามเรียกว่าอีพีสแตติก และยีนที่ถูกระงับจะเรียกว่ายีนไฮโปสแตติก)
ปฏิกิริยาระหว่างยีนเหล่านี้สามารถเด่นหรือถอยได้ ภาวะ epistasis ที่โดดเด่นเกิดขึ้นเมื่อยีน epistatic (มักจะเขียนแทนด้วยตัวอักษร I หากไม่มีการแสดงอาการทางฟีโนไทป์ภายนอก) ยับยั้งยีน hypostatic (มักจะแสดงเป็น B หรือ b) epistasis ด้อยเกิดขึ้นเมื่ออัลลีลด้อยของยีน epistatic ยับยั้งการแสดงออกของอัลลีลใด ๆ ของยีน hypostatic
การแบ่งตามลักษณะฟีโนไทป์ด้วยการโต้ตอบแต่ละประเภทก็ต่างกัน ด้วย epistasis ที่โดดเด่นภาพต่อไปนี้มักถูกสังเกต: ในรุ่นที่สองตามฟีโนไทป์การแบ่งจะเป็นดังนี้ - 13:3, 7:6:3 หรือ 12:3:1 ทุกอย่างขึ้นอยู่กับยีนที่มาบรรจบกัน
ด้วย epistasis ถอย ดิวิชั่นคือ: 9:3:4, 9:7, 13:3.
เสริม
ปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีล ซึ่งเมื่ออัลลีลที่โดดเด่นของคุณสมบัติหลายอย่างรวมกัน จะเกิดฟีโนไทป์ใหม่ที่มองไม่เห็นจนบัดนี้ขึ้น และเรียกว่าการเติมเต็ม
เช่น ปฏิกิริยาระหว่างยีนประเภทนี้พบได้บ่อยในพืช (โดยเฉพาะฟักทอง)
ถ้าจีโนไทป์ของพืชมีอัลลีล A หรือ B ที่โดดเด่น ผักจะได้รูปทรงกลม หากยีนด้อย รูปร่างของทารกในครรภ์มักจะยาว
หากมีอัลลีลที่โดดเด่นสองอัลลีล (A และ B) ในจีโนไทป์ในเวลาเดียวกัน ฟักทองจะกลายเป็นรูปแผ่นดิสก์ หากเรายังคงข้ามผ่าน (เช่น สานต่อปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิกกับฟักทองที่เป็นเส้นบริสุทธิ์) จากนั้นในรุ่นที่สอง คุณจะได้รับบุคคล 9 คนที่มีรูปร่างเป็นแผ่นดิสก์ 6 ตัวมีรูปทรงกลมและฟักทองยาวหนึ่งตัว
การผสมข้ามพันธุ์ดังกล่าวจะทำให้คุณได้พืชพันธุ์ลูกผสมที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว
ในมนุษย์ ปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้ทำให้เกิดการพัฒนาตามปกติของการได้ยิน (ยีนหนึ่งสำหรับการพัฒนาของคอเคลีย อีกยีนสำหรับเส้นประสาทการได้ยิน) และเมื่อมีลักษณะเด่นเพียงลักษณะเดียว อาการหูหนวกก็ปรากฏขึ้น
โพลีเมเรีย
บ่อยครั้งที่การแสดงลักษณะนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของยีนอัลลีลที่โดดเด่นหรือด้อยกว่า แต่ขึ้นอยู่กับจำนวนของพวกเขา ปฏิกิริยาของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิก - พอลิเมอเรีย - เป็นตัวอย่างของการแสดงออกดังกล่าว
ปฏิกิริยาโพลีเมอร์ของยีนสามารถดำเนินการแบบสะสม (สะสม) หรือไม่ก็ได้ ในระหว่างการสะสม ระดับของการแสดงออกของลักษณะเฉพาะขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของยีนโดยรวม (ยิ่งยีนมาก ลักษณะยิ่งเด่นชัดมากขึ้น) ลูกหลานที่มีลักษณะพิเศษคล้ายคลึงกันจะถูกแบ่งออกดังนี้ - 1: 4: 6: 4: 1 (ระดับของการแสดงออกของลักษณะนี้ลดลง กล่าวคือ ในบุคคลหนึ่งคุณลักษณะจะเด่นชัดที่สุด ส่วนอื่นๆ จะสังเกตเห็นการสูญพันธุ์จนถึงการหายตัวไปโดยสมบูรณ์).
ถ้าไม่สังเกตการกระทำที่สะสม แสดงว่าการปรากฏตัวของลักษณะขึ้นอยู่กับอัลลีลที่โดดเด่น หากมีอัลลีลดังกล่าวอย่างน้อยหนึ่งอัลลีล ลักษณะนี้จะเกิดขึ้น ด้วยเอฟเฟกต์ที่คล้ายกัน การแยกลูกหลานจะดำเนินการในอัตราส่วน 15:1
การกระทำของยีนดัดแปลง
ปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิกซึ่งควบคุมโดยการกระทำของตัวดัดแปลงนั้นค่อนข้างหายาก ตัวอย่างของการโต้ตอบดังกล่าวมีดังนี้:
- ตัวอย่างเช่น มียีน D ที่รับผิดชอบต่อความเข้มของสี ในสถานะที่โดดเด่น ยีนนี้ควบคุมการปรากฏตัวของสี ในขณะที่การก่อตัวของยีนด้อยสำหรับยีนนี้ แม้ว่าจะมียีนอื่นที่ควบคุมสีโดยตรง "เอฟเฟกต์การเจือจางสี" ก็จะปรากฏขึ้น ซึ่งมักพบเห็นใน หนูขาวนม
- อีกตัวอย่างหนึ่งของปฏิกิริยาดังกล่าวคือลักษณะที่ปรากฏบนร่างกายของสัตว์ ตัวอย่างเช่น มียีน F ซึ่งหน้าที่หลักคือความสม่ำเสมอของสีขนสัตว์ ด้วยการก่อตัวของจีโนไทป์ด้อย ขนจะมีสีไม่สม่ำเสมอ โดยมีลักษณะเช่น จุดสีขาวในพื้นที่หนึ่งหรือส่วนอื่นของร่างกาย
ปฏิสัมพันธ์ของยีนที่ไม่ใช่อัลเลลิกในมนุษย์นั้นค่อนข้างหายาก
เพลียโอโทรปี
ในการโต้ตอบประเภทนี้ ยีนหนึ่งจะควบคุมการแสดงออกหรือส่งผลต่อระดับการแสดงออกของยีนอื่น
ในสัตว์ pleiotropy ประจักษ์ดังนี้:
- ในหนูแล้ว คนแคระคือตัวอย่างหนึ่งของเพลโอโทรปี มีการตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อข้ามหนูปกติทางฟีโนไทป์ในในรุ่นแรก หนูทุกตัวกลายเป็นคนแคระ สรุปได้ว่าคนแคระเกิดจากยีนด้อย Homozygotes ถอยหยุดการเจริญเติบโตอวัยวะภายในและต่อมของพวกมันยังไม่พัฒนา ยีนแคระแกร็นนี้ส่งผลต่อการพัฒนาของต่อมใต้สมองในหนู ซึ่งทำให้การสังเคราะห์ฮอร์โมนลดลงและทำให้เกิดผลที่ตามมาทั้งหมด
- สีแพลตตินั่มในจิ้งจอก. Pleiotropy ในกรณีนี้เกิดจากยีนที่ร้ายแรงซึ่งเมื่อ homozygote ที่โดดเด่นก่อตัวขึ้นทำให้เกิดการตายของตัวอ่อน
- ในมนุษย์ ปฏิกิริยา pleiotropic แสดงให้เห็นในฟีนิลคีโตนูเรียและกลุ่มอาการมาร์แฟน
บทบาทของปฏิกิริยาที่ไม่ใช่อัลเลลิก
ในแง่ของวิวัฒนาการ ปฏิสัมพันธ์ทุกประเภทข้างต้นของยีนที่ไม่ใช่อัลลีลิกมีบทบาทสำคัญ การผสมผสานของยีนใหม่ทำให้เกิดลักษณะและคุณสมบัติใหม่ของสิ่งมีชีวิต ในบางกรณี สัญญาณเหล่านี้มีส่วนทำให้สิ่งมีชีวิตอยู่รอด ในทางกลับกัน พวกมันทำให้บุคคลเหล่านั้นเสียชีวิตซึ่งจะโดดเด่นกว่าสายพันธุ์ของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญ
ปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่อัลเลลิกของยีนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเพาะพันธุ์พันธุศาสตร์ สิ่งมีชีวิตบางชนิดได้รับการเก็บรักษาไว้เนื่องจากการรวมตัวกันของยีนดังกล่าว สายพันธุ์อื่นๆ ได้รับคุณสมบัติที่มีมูลค่าสูงในโลกสมัยใหม่ (เช่น การเพาะพันธุ์สัตว์สายพันธุ์ใหม่ที่มีความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งทางร่างกายมากกว่าพ่อแม่)
กำลังดำเนินการเกี่ยวกับการใช้มรดกประเภทนี้ในมนุษย์เพื่อขจัดลักษณะเชิงลบออกจากจีโนมมนุษย์และสร้างยีนใหม่ที่ปราศจากข้อบกพร่อง