Niepełna dominacja: definicja, wyjaśnienie i przykład

Zaawansowane organizmy, takie jak zwierzęta, otrzymują dwa zestawy genów, po jednym od każdego rodzica. Podczas gdy ogólnie kod genetyczny jest taki sam, rodzice często mają różne wersje tego samego genu. W rezultacie odziedziczony kod genetyczny może zawierać kopie dwóch wersji; jeden może być dominujący podczas gdy drugi może być recesywny.

Kiedy pojedynczy gen wytwarza określoną cechę w organizmie, Dziedziczenie Mendlowskie obowiązują zasady. Po raz pierwszy zaproponował je austriacki mnich Grzegorz Mendel w XIX wieku i szczegółowo opisano sposób dziedziczenia pojedynczych genów za pomocą kilku prostych zasad. Mendel pracował z roślinami grochu i zdefiniował allele dominujące i recesywne.

Jednak większość cech organizmu nie jest wytwarzana przez pojedynczy gen. Zamiast tego wiele genów wpływa na cechę, a niektóre geny wpływają na kilka cech organizmu. Ponieważ proste zasady Mendla nie mają w takich przypadkach zastosowania, dziedziczenie niemendlowskie zajmuje się tymi złożonymi procesami. Tam, gdzie Mendel zakładał, że jedna z dwóch wersji genu jest dominująca, dziedziczenie niemendlowskie przyjmuje, że w niektórych przypadkach dominacja jest niepełna.

Praca Gregora Mendla z roślinami grochu skupiała się na obserwowalnych cechach, takich jak kolor kwiatów i kształt strąków. Mendel próbował określić, jakie geny wytwarzały fioletowe i białe kwiaty oraz inne cechy roślin grochu. Wybrał cechy, które były w większości spowodowane pojedynczym genem; w rezultacie był w stanie wyjaśnić dziedziczenie w prosty sposób.

Jego główne wnioski były następujące:

• Każdy organizm ma dwie wersje genu.
• Każdy z rodziców wnosi jedną wersję.
• Jeśli obie wersje są takie same, organizm wykaże odpowiednią cechę.
• Jeśli te dwie wersje są różne, organizm będzie wykazywał cechę dominującą.

W dziedziczeniu Medelowskim dwie wersje genów odziedziczone po rodzicach nazywane są allele. Allele mogą być dominujące lub recesywne. Osoba, która ma jeden lub dwa dominujące allele będzie miał cechę zakodowaną przez dominujący gen.

Dla osób z dwójką allele recesywne, pojawi się cecha recesywna. Według Mendla obecność lub brak pojedynczych genów i ich alleli wyjaśnia, jakie cechy wykazywały rośliny grochu.

Przed Mendlem większość naukowców uważała, że ​​cechy są przekazywane jako mieszanka cech rodziców. Problem polegał na tym, że często dzieci nie miały takiej mieszanki, jak wtedy, gdy niebieskooki rodzic i brązowooki rodzic rodzili dziecko niebieskookie.

Mendel zasugerował, że cechy są wynikiem obecności lub braku dominującego allelu. Jego teoria nadal ma zastosowanie do cech wytwarzanych przez pojedynczy gen.

Na przykład Mendel udowodnił, że rośliny grochu z krótkim i długim rodzicem nie produkowały roślin średniej długości, a jedynie krótkie lub długie rośliny. Rośliny, które miały jednego rodzica z gładkimi i jednego rodzica z pomarszczonymi strąkami, nie wytwarzały lekko pomarszczonych strąków, ale pomarszczone lub gładkie strąki.

Tam było brak mieszanki cech.

Większość cech jest jednak wytwarzana przez wiele genów. Na przykład istnieje wiele roślin o różnych długościach, nie tylko krótkie i długie rośliny. Kiedy krótka i długa roślina produkuje roślinę średniej długości, musi to być spowodowane wpływem wielu genów lub brakiem całkowitej dominacji przez gen dominujący.

Ten rodzaj dziedziczenia nazywa się dziedziczeniem nie-Mendlowskim.

Ogólny zbiór genów organizmu to genotyp natomiast zbiór obserwowalnych cech wytwarzanych przez genotyp nazywa się fenotyp. Fenotypy są oparte na genotypie, ale mogą na nie wpływać czynniki środowiskowe i zachowanie organizmu.

Na przykład roślina może mieć genotyp umożliwiający wzrost wysokiej i krzaczastej, ale jeśli rośnie na ubogiej glebie, może być nadal mała i rzadka.

Organizmy, które mają dwa dominujące lub dwa recesywne allele są homozygotyczny dla tego genu, podczas gdy te, które mają dominujący i recesywny allel, są heterozygotyczny. Staje się to ważne w dziedziczeniu nie-Mendlowskim, ponieważ organizmy homozygotyczne mają wyraźną ekspresję genów dwóch dominujących lub recesywnych alleli i wykazują odpowiedni fenotyp.

W organizmach heterozygotycznych z allelem dominującym i recesywnym związek dominujący/recesywny może nie być kompletny i oba allele mogą być wyrażane w różnym stopniu.

Czynniki oprócz genotypu, które wpływają na fenotyp, obejmują:

• Dostępne zasoby, takie jak składniki odżywcze, przestrzeń i schronienie.
• Toksyny, takie jak odpady przemysłowe i ścieki.
• Promieniowanie, zarówno naturalne, jak i wywołane przez człowieka.
• Ekstremalne temperatury.
• Obecność drapieżników.

Wzajemne oddziaływanie alleli dominujących i recesywnych w połączeniu z czynnikami środowiskowymi daje fenotyp z genotypu wyjściowego.

Złożona natura dziedziczenia niemendlowskiego opiera się na fakcie, że wiele cech jest wynikiem wpływów wielu różnych genów, czynników środowiskowych i zachowań organizmu. Oprócz tych wpływów allele gen może wytwarzać różne fenotypy dzięki następującym czterem mechanizmom:

• Kodominacja: Dwa allele tego samego genu ulegają ekspresji i wykazują swoją cechę. Na przykład kociak pochodzi od czarnego kota, a biały kot może mieć allele dla czarno-białego futra i mieć czarno-białe plamki.
  
• Niepełna dominacja: Dominujący i recesywny allel wytwarzają cechę pośrednią, ponieważ dominacja dominującego allelu jest niepełna, a allel recesywny wpływa na cechę. Na przykład roślina z dominującym allelem czerwonego kwiatu i recesywnym allelem białego kwiatu może wytwarzać różowe kwiaty.
• Zmienna ekspresja: Allele cechy nie zawsze są w pełni wyrażone. Na przykład zespół Marfana jest zaburzeniem tkanki łącznej w całym ciele, ale objawy są bardzo zróżnicowane, ponieważ inne geny i czynniki środowiskowe wpływają na ekspresję genów.
• Niepełna penetracja: Osobnik z dominującym allelem nie zawsze wykazuje odpowiednią cechę. Allel jest w pełni wyrażony, ale nie powoduje pojawienia się fenotypu. Na przykład gen może sprawić, że osoba będzie podatna na raka, ale rak pojawia się tylko wtedy, gdy obecne są inne czynniki.

Gdy dla określonej cechy występuje niepełna dominacja, potomstwo heterozygotyczne może mieć mieszankę cech swoich rodziców i wykazywać pośredni fenotyp. U ludzi kolor skóry jest przykładem niepełnej dominacji, ponieważ geny odpowiedzialne za produkcję melaniny oraz jasna lub ciemna skóra nie mogą ustalić dominacji.

W rezultacie potomstwo często ma kolor skóry pomiędzy odcieniami skóry rodziców.

Mechanizm niepełnej dominacji ma nieco inne skutki, gdy pojawia się w pojedynczych genach niż w genotypie wielogenowym lub poligenicznym.

Możliwe różnice w fenotypach wynikające z genów o niepełnej dominacji obejmują następujące warianty:

• Pojedyncze geny heterozygotyczne: Żaden z alleli w parze genów dominującej/recesywnej nie jest całkowicie dominujący. Wynikiem jest kombinacja cech reprezentowanych przez dwa allele. Na przykład homozygotyczne lwie paszcze mają kwiaty czerwone lub białe, ale heterozygotyczne potomstwo może mieć kwiaty różowe.
• Wiele genów: Cecha powstaje w wyniku działania wielu genów. Niektóre allele mają niepełną dominację i wnoszą do cechy mieszankę cech. Na przykład w kolorze ludzkiego oka geny odpowiedzialne za ciemny kolor nie są całkowicie dominujące i mają udział w ciemnym kolorze.
• Inne wpływy: Na allele z niepełną dominacją mogą wpływać inne geny lub inne czynniki całkowicie niezależne od zakodowanej cechy. Na przykład wzrost człowieka jest determinowany przez wiele czynników genetycznych, w tym niepełną dominację, ale odżywianie wpływa również na wzrost i indywidualny wzrost.

W wyniku tych zmian niepełna dominacja może skutkować duża różnorodność fenotypów i może pomóc wyjaśnić ciągłą zmienność wielu cech.

Mendel nie zaobserwował niepełnej dominacji w swoich eksperymentach z roślinami grochu, ale nie-Mendlowskie mechanizmy dziedziczenia, w tym niepełna dominacja, są bardziej powszechne niż dziedziczenie Mendlowskie.

Pojedyncze cechy, na które wpływa wiele genów, są przekazywane potomstwu poprzez dziedziczenie poligeniczne. Kolor u zwierząt jest często poligeniczny, a każdy gen ma swój udział w tworzeniu ogólnego ostatecznego fenotypu. W obrębie genów istnieje dodatkowa różnica między allelami, każda para alleli przynosi potencjalne cztery różne wkłady, a także różnice wynikające ze stopni dominacji i genu wyrażenie.

Przy tak wielu czynnikach trudno jest uzyskać dokładny obraz tego, jak powstaje cecha oraz które geny i allele się przyczyniają. Pary alleli znajdują się zawsze w tym samym miejscu lub locus na chromosomie, ale same geny są trudniejsze do znalezienia.

Gen przyczyniający się może być genem połączonym w pobliżu chromosomu lub może znajdować się na drugim końcu. Niektóre przyczyniające się geny mogą znajdować się na innych chromosomach i mogą być wyrażane tylko w określonych okolicznościach.

Wpływy poligeniczne na cechę może obejmować:

• Dominujący allel.
  
• Dwa allele recesywne.
• Dominujący i recesywny allel z niepełną dominacją.
• Dwa współdominujące allele.
• Gen nie w pełni wyrażony z powodu wpływu innych genów.
• Gen w pełni wyrażony, ale z częściową penetracją ze względu na czynniki środowiskowe.

Wszystkie te możliwości dotyczą każdego z genów cechy, która ma wiele wpływów genetycznych. Powstały fenotyp można szczegółowo opisać, ale dokładne leżące u podstaw wpływy genetyczne są często mniej jasne.

Podczas gdy reguły Mendla dotyczące dziedziczenia alleli są ogólnie prawdziwe, a nawet działają na poziomie alleli dla cech z wieloma genami, reguły dziedziczenia kompletnych cechy poligeniczne są znacznie bardziej skomplikowane. Na cechy poligeniczne wpływa wiele czynników, które wpływają na ekspresję i penetrację genów.

Typowe przykłady u ludzi obejmują:

• Kolor skóry: Wiele genów wpływa na produkcję melanina, pigment odpowiedzialny za ciemną skórę u ludzi. Czynniki środowiskowe, takie jak ekspozycja na światło słoneczne, również wpływają na kolor skóry.
• Kolor oczu: Za ciemność i odcień koloru oczu odpowiadają dwa główne geny, ale indywidualny kolor oka różni się w zależności od ciemności, koloru i zakresu ze względu na wpływ innych genów.
• Kolor włosów: Geny melaniny wpływają również na kolor włosów, podobnie jak ekspozycja na światło słoneczne i wiek.
• Wysokość: Wzrost osobnika determinowany jest przez geny rządzące wzrostem kości, wielkością narządów i kształtem ciała. Odżywianie wpływa również na wzrost, a inne czynniki, takie jak leki, mogą wpływać na wzrost.

Zmienność cech poligenicznych pomaga wyjaśnić ogromne różnice w fenotypach występujących u zaawansowanych organizmów, w tym ludzi. Zamiast pojedynczego genu powodującego określoną cechę, złożone mechanizmy dziedziczenia poligenicznego, w tym niepełna dominacja, leżą u podstaw różnorodnych cech.