رابطه بین ژنوتیپ و فنوتیپ. فنوتیپ: تعریف ، مثالها ، رابطه با ژنوتیپ و تنوع ژنتیکی
تعریف: فنوتیپ - صفات فیزیکی مشخص ارگانیسم ، تعیین شده توسط ژنوتیپ ، تنوع ژنتیکی تصادفی و تأثیر محیطی.
مثال ها: صفاتی مانند رنگ ، قد ، اندازه ، شکل و رفتار.
رابطه بین فنوتیپ و ژنوتیپ
ژنوتیپ ارگانیسم ، فنوتیپ آن را تعیین می کند. تمام موجودات زنده دارای DNA هستند که دستورالعمل هایی برای تولید مولکول ها ، بافت ها و اندام ها را ارائه می دهد. DNA حاوی یک کد ژنتیکی است که وظیفه هدایت کلیه عملکردهای سلولی ، از جمله تکثیر DNA ، سنتز پروتئین و انتقال مولکول را نیز به عهده دارد.
فیشر و همكارانش گیاهان را بر اساس كاهش یا افزایش جنگ چریكی و برای انعطاف پذیری كم و بیش شخصیت ، انتخاب كردند. اگرچه آنها در مورد انتخاب چریک بازخورد قابل توجهی دریافت کردند ، اما هیچ تغییری در انعطاف پذیری خود پیدا نکردند و نتیجه گرفتند که تکامل استراتژی های رشد در این گونه با تغییر ارتفاع و نه شکل قاعده واکنش امکان پذیر است. رویکرد دیگر از دستکاری تجربی استفاده می کند. نتایج این آزمایشات از این ایده پشتیبانی می کند که ضد انعکاس در طول فصل خشک مشاهده می شود. لکه های چشممتناوب با انتخاب نقاط لکه چشم در فصل باران.
فنوتیپ موجود زنده (خصوصیات و رفتارهای جسمی) توسط ژن های ارثی آنها تعیین می شود. بخشهای خاصی از DNA هستند که ساختار پروتئین ها را رمزگذاری می کنند و خصوصیات مختلف را تعیین می کنند. هر ژن در بیش از یک شکل وجود دارد و می تواند وجود داشته باشد. به این اشکال مختلف آلل گفته می شود که در مکان های خاصی از کروموزوم های خاص قرار دارند. آلل ها از طریق والدین به فرزندان منتقل می شوند.
ترکیبی از دو حالت انتخابی ممکن است برای حفظ انعطاف پذیری فنوتیپی تطبیقی \u200b\u200bکافی باشد. این مطالعات توانایی پرداختن به چندین استراتژی آزمایشی ، نه لزوماً همه آنها را که در یک آزمایشگاه استفاده می شوند ، ترکیبی از مطالعات میدانی و کنترل شده ، دستکاری تجربی و جمع آوری دقیق اطلاعات مشاهده ای برجسته می کند. مشکلات خاص این نوع تحقیقات را می توان با این واقعیت نشان داد که آنها اغلب به تحقیقات سطح پایین متکی هستند ، که انجام آن خسته کننده است و نیاز به هزینه های بالای پرسنل و زمان طولانی دارد. این ترکیبی از عواملی است که در مقایسه با استانداردهای فعلی تحقیق در علم فناوری پیشرفته ، توجیه آن با سرمایه گذاران تحقیق کاملاً دشوار می شود.
ارگانیسم های دیپلوئید برای هر ژن دو آلل به ارث می برند. یک آلل از هر پدر و مادر. فعل و انفعالات بین آلل ها فنوتیپ موجود زنده را تعیین می کند. اگر ارگانیسم برای یک صفت خاص دو آلل یکسان را به ارث برساند ، برای آن صفت هموزیگوت است. افراد هموزیگوت بیان یک فنوتیپ برای یک ویژگی خاص. اگر ارگانیسم برای یک صفت خاص دو آلل مختلف به ارث برسد ، برای آن صفت هتروزیگوت است. افراد هتروزیگوت ممکن است بیش از یک فنوتیپ را برای یک صفت مشخص بیان کنند.
اگرچه در طبیعت وجود دارد تنوع ژنتیکی انعطاف پذیری ، و نشان داده شده است که انتخاب طبیعی به نفع برخی از انواع پاسخ های پلاستیکی است ، همچنین ممکن است محدودیت هایی برای تکامل انعطاف پذیری انطباق پذیر باشد. اگرچه مهم است ، تفاوت مفهومی بین هزینه و محدودیت های سازگاری اغلب یک ملاحظه جزئی است: پیامد هزینه حتی هنگام بیان فنوتیپ بهینه ، تناسب اندام را کاهش می دهد ، در حالی که اولین محدودیت ، عدم توانایی بیان فنوتیپ بهینه است.
در ابتدا کمی سازی هزینه های شکل پذیری دشوار بود ، اگرچه کارهای اخیر توانسته است آنها را در بسیاری از سیستم های مختلف تعیین کند. در بعضی موارد ، هزینه ها برای همین گونه ها فقط در برخی از مناطق منطقه جغرافیایی توزیع گزارش شده است ، احتمالاً به دلیل فشارهای محدود نمونه برداری محلی. و ممکن است نشان دادن وجود یک نوع ورودی متفاوت با توجه به اکولوژی خاص تکاملی گونه های مورد نظر ، کم و بیش دشوار باشد.
صفات می توانند مغلوب باشند. در طرح های ارث سلطه کامل فنوتیپ صفت غالب کاملاً فنوتیپ را می پوشاند صفت مغلوب... همچنین مواردی وجود دارد که رابطه بین آلل های مختلف تسلط کامل را نشان نمی دهد. چه زمانی تسلط ناقص آلل غالب به طور کامل آلل دیگر را نمی پوشاند. این منجر به تولید یک فنوتیپ می شود که مخلوطی از فنوتیپ های مشاهده شده در هر دو آلل است. هنگام کدگذاری ، هر دو آلل کاملاً بیان می شوند. این منجر به یک فنوتیپ می شود که در آن هر دو صفت به طور مستقل از یکدیگر مشاهده می شوند.
با توجه به مدل سازی اعمال شده بر جمعیت های دارای ساختار مکانی ، انتخاب طبیعی طرفدار هنجارهای ارتجاعی است که با دستیابی به منابع ، جلوگیری از ارزش را خنثی می کند. به عنوان مثال ، می توان انتظار داشت که هزینه حفظ یک پاسخ پلاستیکی منجر به تکامل هنجارهای واکنشی شود که سازگاری را با محیط هایی که بدن اغلب با آنها روبرو می شود ، افزایش می دهد. هزینه های ناشی از تولید پاسخ پلاستیکی تنها زمانی پرداخت می شود که یک فنوتیپ خاص در یک محیط خاص تولید شود ، و این هزینه ها متناسب با فرکانس در نظر گرفتن محیط است که در آن فنوتیپ ترجیحی در نظر گرفته می شود. انعطاف پذیری هنوز در مراحل ابتدایی است ، اما از نظر نظری یک منطقه مهم است ، اگرچه از نظر تجربی دشوار است ، اما در آینده ممکن است "به یک منطقه با علاقه زیاد" تبدیل شود.
کامل ، ناقص و غالب
فنوتیپ و تنوع ژنتیکی
ممکن است روی فنوتیپ ها تأثیر بگذارد. این تغییرات در ژن های موجودات در یک جمعیت را توصیف می کند. این تغییرات می تواند نتیجه جهش های DNA باشد. جهش ها تغییراتی در توالی ژن های DNA است.
هر تغییری در توالی ژن می تواند فنوتیپ بیان شده در آلل های ارثی را تغییر دهد. جریان ژن نیز به تنوع ژنتیکی کمک می کند. با ورود ارگانیسم های جدید به جمعیت ، ژن های جدیدی معرفی می شوند. ورود آلل های جدید به استخر ژن باعث ایجاد ترکیبات جدیدی از ژن ها و فنوتیپ های مختلف می شود.
بحث برای همبستگی های ژنتیکی به عنوان محدودیت ها ، اغلب به انعطاف پذیری فنوتیپی نزدیک می شود ، البته در دو زمینه جداگانه. ما می خواهیم به یاد داشته باشیم كه یك همبستگی ژنتیكی همبستگی بین دو صفت فنوتیپی است كه با استفاده از نسبت واریانس فنوتیپی كه از نظر آماری با اختلاف ژنتیك بین افراد مرتبط است ، محاسبه می شود. راه خوب برای تجسم پلاستیکی بودن از نظر ژنتیک کمی ، به دلیل اینکه فقط دو محیط در یک زمان قابل نمایش است ، محدودیت هایی دارد.
در طول شکل گیری ترکیبات مختلف ژن ها. در میوز ، آنها به طور تصادفی به انواع مختلف تقسیم می شوند. انتقال ژن می تواند بین کروموزوم های همولوگ از طریق یک فرآیند عبور رخ دهد. این ترکیب جدید ژن ها می تواند فنوتیپ های جدیدی را در یک جمعیت ایجاد کند.
هنگام تجزیه و تحلیل فنوتیپ ، انواع احتمالی ژنوتیپ های فرزندان با ترکیبات مختلفی از صفات رنگ کت با طول کت نوشته شده است. سپس ، برای هر ترکیب صفات ، ژنوتیپ های مربوطه ثبت می شود. بنابراین ، با تعیین تظاهرات فنوتیپی هر یک از ژنوتیپ های ثبت شده فوق ، همه آنها را با توجه به تعلق آنها به ترکیبی خاص از صفات ، گروه بندی می کنیم:
دلیل دوم این است که ، از آنجا که اغلب فرض بر این است که همبستگی های ژنتیکی زمان تکاملی ثابت باقی می مانند ، نشان می دهد که با تغییر محیط می توان آنها را در یک نسل تغییر داد ، پیامدهای آشکاری برای پوشش کلی نظری ژنتیک تکاملی دارد. صفات کمی... این به معنای بی فایده بودن مطالعه همبستگی های ژنتیکی نیست: توزیع های مشاهده شده می توانند فرضیه هایی را در مورد علل ارائه دهند که با کنترل تجربی قابل تأیید است.
ژنوتیپ ها | ||
غیر قرمز ، کک و مک غیر قرمز ، هنجار سرخ ، کک و مک مو قرمز ، هنجار |
1ААВВ، 2ААВв، 2АаВВ، 4АаВв 1Aavv ، 2Aavv 1aaBV ، 2aaBv |
سهم کودکان کک و مک غیر قرمز 9 یا 56.25٪ خواهد بود.
9. فرمولهای کلی تقسیم بندی
اگر ژن های مسئول بروز دو صفت غیر جایگزین در کروموزوم های غیر همولوگ قرار داشته باشند ، در طی میوز به طور مستقل از یکدیگر وارد گامت ها می شوند. بنابراین ، هنگام عبور از دو دی هتروزیگوت ، تقسیم بر اساس ژنوتیپ:
مدلهای مختلفی که برای توضیح مبنای ژنتیکی پاسخ پلاستیکی پیشنهاد شده است ، در ادبیات مربوط به تکامل انعطاف پذیری موضوع مهمی است و شاینر سه مدل اصلی را به طور خلاصه بیان می کند: وابستگی بیش از حد ، پلیوتروپی و اپیستاز. مدل وابستگی بیش از حد نشان می دهد که انعطاف پذیری عملکرد معکوس "هتروزیگوزیتی است: ژنوتیپ هتروزیگوت است ، پلاستیک کمتری دارد ، زیرا" هتروزیگوت به تأثیرات محیطی بافر کمک می کند. بیان شده در محیط های مختلف
1Aavv: 2aaBv: 1aAvv: 2AaBv: 4AaBv: 2Aavv: 1aaBv: 2aaBv: 1aavv
نتیجه دو تقسیم مستقل است
1AA: 2Aa: 1aa و 1BB: 2BB: 1BB
از نظر ریاضی ، می توان آن را به عنوان یک محصول بیان کرد:
(1AA: 2Aa: 1aa) و (1BB: 2BB: 1BB)
(1: 2: 1) 2
این رکورد نشان می دهد که در بین افراد با ژنوتیپ AA ، یک قسمت حامل ژن BB ، دو قسمت ژن BB و یک قسمت حامل ژن BB است. نسبتهای مشابه افراد برای مجموعه ژنهای B برای ژنوتیپهای Aa و aa خواهد بود.
سرانجام ، مدل معرفتی وجود دو مجموعه متفاوت از ژن ها را پیش بینی می کند. یکی ارتفاع قاعده واکنش را تعیین می کند ، دیگری شکل آن را تعیین می کند و این دو مجموعه به صورت مرحله ای بین آنها تعامل می کنند. این مشکلات با تحقیقات تجربی طی یک دهه گذشته حل شده است. از مطالعات جامع زیست شناسی مولکولی انعطاف پذیری ، مانند واکنش های سایه روی گیاهان یا واکنش های شوک حرارتی ، می دانیم که هتروزیگوسیتی ارتباط چندانی با پایه ژنتیکی انعطاف پذیری ندارد و اثرات پلیوتروپیک و اپیستاتیک در همه واکنش های پلاستیکی تا به امروز مشترک است. روز
اگر افراد با توجه به چندین ویژگی مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرند ، پس فرمول کلی تقسیم هنگام عبور از افراد کاملا هتروزیگوت (1 : 2: 1) n ، جایی که n تعداد جفت ویژگی های جایگزین است. حداکثر مقدار n برابر با تعداد جفت کروموزوم های همولوگ است.
در برش فنوتیپ نیز وضعیت به همین منوال است. این نیز بر اساس رخ منوهیبرید 3 است : 1. هنگام عبور از دو موجود زنده هتروزیگوت برای تجزیه مستقل 3 : 1 تقسیم 9 کنید : 3: 3: 1. فرمول کلی برای تجزیه فنوتیپ (3 خواهد بود : 1).
می توان نتیجه گرفت که مسئله مبنای ژنتیکی انعطاف پذیری ، که تعریف آن از نظر مفهومی همیشه دشوار بوده است ، در بسیاری از مشکلات مرتبط با فعل و انفعالات مولکولی خاص که زمینه خاص انواع خاصیت انعطاف پذیری را دارند ، حل شده است. بنابراین ، مهم است که به این س mainال اصلی بیندیشیم: چرا ما انعطاف پذیری را یک امر واحد می دانیم که مبنای ژنتیکی خاصی دارد؟ پاسخ ممکن است این باشد که این شخصیت به هر سه عامل بستگی دارد ، هیچ یک از سه "مکانیزم" به تنهایی آموزنده نیستند ، زیرا احتمالاً همه آنها برای شکل گیری اساس پیچیده ترین صفات فنوتیپی.
با دانستن فرمولهای تقسیم ، نیازی به ساخت شبکه پانت نیست.
مثال 9.1 برخی از اشکال آب مروارید و ناشنوایی کر در انسان به صورت علائم اتوزومی مغلوب منتقل می شود. احتمال وجود فرزندی با دو ناهنجاری در خانواده ای که هر دو والد برای هر دو جفت ژن هتروزیگوت هستند ، چقدر است؟
تصمیم:
امضاء کردن: ژن
مدلهای ریاضی تکامل انعطاف پذیری در میان کارگران ، عبارت "انعطاف پذیری مدل" نیز به ساخت مدلهای نظری مرتبط با روشهای تکامل انعطاف پذیری فنوتیپی اشاره دارد. اگرچه برخی از این مدل سازی مبتنی بر مطالعه مدلهای پاسخ پلاستیکی ژنتیک است که قبلاً در مورد آن بحث شد ، اما دو معنی مدل سازی انعطاف پذیری در واقع کاملاً مستقل از یکدیگر هستند و می توانند جداگانه در نظر گرفته شوند. مدل های مطلوب به هیچ ملاحظه ژنتیکی بستگی ندارند ، زیرا آنها زیر سوال می روند که چه استراتژی بهینه می تواند تحت شرایط خاص توسعه یابد.
بدون آب مروارید : A R AaBv x AaBv
آب مروارید : سالم سالم
کر و لال : که در
کر و لال : در F 1 aavb -؟
کودکی با دو ناهنجاری ژنوتیپ دارد - aavv. شناخته شده است که هنگام عبور دو دیهتروزیگوت ، تقسیم فنوتیپی در بین افراد نسل اول مشاهده می شود. فرمول تقسیم به نظر می رسد 9: 3: 3: 1. از این فرمول می توان دریافت که 1 قسمت از ارگانیسم برای ژن های مغلوب دیه موزیگوت است. این به این معنی است که احتمال داشتن فرزند با دو ناهنجاری 1/16 یا 25/6 درصد است.
کمبود ژنتیک را می توان محدودیتی در مدل خوش بینی قلمداد کرد ، اما می تواند به عنوان یک مزیت نیز تفسیر شود ، زیرا هدف از این مدل بررسی مجموعه ای از نمونه های فرضی "بله پس از آن" است ، نه پیش بینی های کمی در مورد سیرهای تکاملی واقعی. مدل های کمی ژنتیک ، با وجود نامشان ، نیز تا حد زیادی مستقل از ژنتیک ژنتیکی هستند. آنها ژنتیک را جعبه سیاه می دانند که واریانس ژنتیکی "افزودنی" لازم از آن بوجود می آید.
شما می توانید حتی المقدور راحت تر به حل مشکلات عبور دی و پلی هیبرید نزدیک شوید. برای این منظور ، فقط لازم است که احتمالات تظاهر ژنوتیپ ها یا فنوتیپ های خاص در انواع مختلف عبور از مونو هیبرید را بدانیم.
بنابراین برای تقاطع تک هيبريد هتروزیگوتها (Aa) ، احتمال فرزندان با ژنوتیپ AA ¼ ، با ژنوتیپ Aa - ½ ، با ژنوتیپ aa I / 4 و احتمال وقوع افراد با صفات است ژن غالب برابر با ¾ ، با نشانه ای از یک ژن مغلوب - ¼.
اینها مدلهای آماری هستند و محدودیتهای مشابه همبستگی ژنتیکی دارند. الگوهای گامتیکی تنها الگوهایی هستند که شامل می شوند ژنتیک واقعیهمانطور که توصیف می کند چه اتفاقی برای شخصیتهایی می افتد که نه تنها تحت تأثیر فرآیندهای تکاملی مانند انتخاب و مهاجرت قرار دارند ، بلکه تحت تأثیر مکانهای متعدد هستند. در حالی که ارزش مدلهای گامت در توانایی آنها برای بیان مستقیم پدیده های ژنتیکی است مشکل آنها این است که آنها فقط به سناریوهای ساده محدود می شوند و وقتی می خواهند واقعی تر شوند ، غیرقابل پیش بینی می شوند.
هنگام عبور از هتروزیگوت ها (AaBb) ، احتمال وقوع افراد با ژنوتیپ aa - با ژنوتیپ cc - نیز است.
برای یافتن احتمال همزمانی دو پدیده مستقل ، باید احتمالات هر یک را با یکدیگر ضرب کنید. به عنوان مثال ، برای تعیین احتمال ظهور افراد با دو صفت مغلوب (aavv) ، پایین باید در p ضرب شود ، که در نتیجه 16/1 نتیجه می گیرد.
هر مدل شبیه سازی فقط تا حدی می تواند بر این مشکل غلبه کند ، زیرا از نظر محاسباتی غیرقابل کنترل است یا نمی تواند راه حل های کلی ارائه دهد. تجزیه و تحلیل ادبیات اخیر در مورد تولید مدل های تکامل هنجارهای ارتجاعی نشان می دهد که بیشتر محققان با الگوهای خوش بینانه همراه هستند ، که اغلب با شرایط خاص اکولوژیکی-تکاملی مرتبط هستند. این مدل شامل داد و ستدی بین مزایای بقای موجود بزرگ و هزینه هایی است که این امر از نظر تأمین غذا در پی دارد.
مثال 9.2. در انسان ، ژن چشمان قهوه ای تسلط دارد چشمهای آبی، و توانایی داشتن به طور عمده دست راست - بیش از چپ دستی ژن های غیر آللی در کروموزوم های غیر همولوگ قرار دارند. راست دست چشم آبی با راست دست چشم قهوه ای ازدواج کرد. آنها دارای دو فرزند بودند: چپ دست چشم قهوه ای و راست دست چشم آبی. احتمال اینکه فرزند بعدی آنها چشم آبی و در درجه اول چپ دست باشد را تعیین کنید.
پیش بینی های مدل حاکی از آن است که باید در شرایط چالش برانگیز ، سود کمتری داشته باشد ، با این حال ، اگر حیوانات هنگام تغییر تقاضای انرژی بسته به هزینه تأمین انرژی ، انعطاف پذیری فنوتیپی از خود نشان دهند ، این مدل وجود همبستگی مثبت بین وزن بدن و مصرف انرژی را پیش بینی می کند. ... نویسندگان با استفاده از همبستگی مثبت بین دو اندازه گیری در سایت ها ، با استفاده از مدل اعتبار آزمایشی خود ، مصرف انرژی را در سایت های با حجم کم بیشتر کردند.
یک توضیح کوتاه از وضعیت مشکل به شرح زیر است:
امضاء کردن: ژن
چشمان قهوه ای : A R A B x aaB
چشمهای آبی : و چشم قهوه ای چشم آبی
راست دستی : راست دست راست دست
چپ دستی : که در
F 1 A cc aaB
چشم قهوه ای چشم آبی
چپ دست راست دست
تصمیم:
نتیجه گیری آنها این است که اندازه گیری به جای انعطاف پذیری سازگار در خرید ، با ناهمگنی در کیفیت یا در دسترس بودن غذا ارتباط دارد. این جنبه خاص از مدل سازی فنوتیپی از انعطاف پذیری برای یک مرور کلی رسیده است که می تواند برای زیست شناسان نظری و تجربی مفید باشد. انعطاف پذیری ماکرو و انعطاف پذیری فنوتیپی نیز به عنوان مکانیسم بالقوه مهمی برای تسهیل تکامل کلان ارائه شده است. این را می توان حداقل در دو حالت انجام داد: از یک طرف ، وقتی جمعیت محیط جدیدی را اشغال می کنند ، انعطاف پذیری می تواند منجر به جذب ژنتیکی شخصیت شود.
قبل از اقدام به محاسبه احتمال داشتن فرزند بعدی با ژنوتیپ - aavb ، تعیین ژنوتیپ های فرزندان آنها ضروری است. حضور دو زوج در ژنوتیپ کودکان ژن های مغلوب (aa و cc) نشان می دهد که پدر و مادر هر دو دارای ژن a و b هستند. بنابراین ، ژنوتیپ های مادر AaBb ، پدر - aaBb خواهند بود.
احتمال تولد فرزند بعدی با ژنوتیپ خاص به ویژگی هایی که قبلاً بچه متولد شده اند بستگی ندارد. بنابراین ، حل مسئله به تعیین احتمال تولد در این جفت چپ دست چشم آبی خلاصه می شود.
P AaBv x aaBv
p (aa) \u003d 1/2 p (cc) \u003d 1/4 p (aavb) \u003d 1/2 x ¼ \u003d 1/8
احتمال ظهور ژنوتیپ aa هنگام عبور از افراد دارای ژنوتیپ Aa و aa ½ است ، احتمال ظهور ژنوتیپ cc هنگام عبور از Bb و Bb ¼ است. بنابراین ، احتمال ملاقات این دو ژنوتیپ در یک ارگانیسم ½ x ¼ \u003d 1/8 خواهد بود.
پاسخ: احتمال به دنیا آوردن کودکی با چشمهای آبی که عمدتاً دست چپ را در اختیار دارد ، 1/8 است.
این تکنیک باید فقط با تسلط کامل بر مهارت حل مسئله معمولی استفاده شود.