Povezanost genotipa i fenotipa. Fenotip: definicija, primjeri, odnos s genotipom i genetska raznolikost
Definicija: fenotip - izražene fizičke osobine organizma, određene genotipom, slučajnim genetskim varijacijama i utjecajem na okoliš.
Primjeri: osobine kao što su boja, visina, veličina, oblik i ponašanje.
Povezanost fenotipa i genotipa
Genotip organizma određuje njegov fenotip. Svi živi organizmi imaju DNK koja pruža upute za proizvodnju molekula, tkiva i organa. DNA sadrži genetski kod koji je također odgovoran za usmjeravanje svih staničnih funkcija, uključujući replikaciju DNA, sintezu proteina i prijenos molekula.
Fischer i njegovi suradnici odabirali su biljke na temelju smanjenog ili pojačanog gerilskog ratovanja i zbog više ili manje plastičnosti karaktera. Iako su dobili značajne povratne informacije o gerilskom izboru, nisu pronašli nikakve promjene u njihovoj plastičnosti, zaključujući da je evolucija strategija rasta ove vrste moguća promjenom visine, a ne oblika pravila reakcije. Drugi pristup koristi eksperimentalnu manipulaciju. Rezultati ovih eksperimenata podupiru ideju da se promatra proturefleksija tijekom sušne sezone. očne pjegenaizmjenično s odabirom mrlja za oči tijekom kišne sezone.
Fenotip organizma (fizičke osobine i ponašanje) određen je nasljednim genima. su određeni dijelovi DNA koji kodiraju strukturu bjelančevina i određuju različite karakteristike. Svaki se gen nalazi na i može postojati u više oblika. Ti se različiti oblici nazivaju alelima, koji se nalaze na određenim mjestima na određenim kromosomima. Aleli se prenose s roditelja na potomstvo.
Kombinacija dvaju selektivnih načina može biti dovoljna za održavanje adaptivne fenotipske plastičnosti u. Ove studije ističu sposobnost adresiranja više eksperimentalnih strategija, ne nužno svih, koje se koriste u istom laboratoriju, kombinirajući i terenska i kontrolirana ispitivanja, eksperimentalne manipulacije i točno prikupljanje podataka promatranja. Posebni problemi ove vrste istraživanja mogu se predstaviti činjenicom da se često oslanjaju na niskotehnološka istraživanja koja su zamorna za izvođenje i zahtijevaju visoke troškove osoblja i dugo vremena; Kombinacija je čimbenika koju je u usporedbi s trenutnim istraživačkim standardima u znanosti visoke tehnologije prilično teško opravdati kod financijera istraživanja.
Diploidni organizmi nasljeđuju dva alela za svaki gen; po jedan alel od svakog roditelja. Interakcije između alela određuju fenotip organizma. Ako organizam naslijedi dva ista alela za određeno svojstvo, homozigotan je za to svojstvo. Homozigotne jedinke izraziti jedan fenotip za datu osobinu. Ako organizam nasljeđuje dva različita alela za određeno svojstvo, on je heterozigotan za to svojstvo. Heterozigotne jedinke mogu izraziti više od jednog fenotipa za datu osobinu.
Iako u prirodi postoji genetske varijacije plastičnosti, a pokazalo se da prirodni odabir favorizira neke vrste plastičnih odgovora, također mogu postojati ograničenja u razvoju prilagodljive plastičnosti. Važno je, međutim, da je konceptualna razlika između ograničenja troškova i prilagodbe često manje važno: posljedica troškova je smanjena sposobnost čak i kada je izražen optimalni fenotip, dok je prvo ograničenje nemogućnost izražavanja optimalnog fenotipa.
U početku je bilo teško kvantificirati troškove duktilnosti, iako su nedavni radovi uspjeli kvantificirati ih u mnogim različitim sustavima. U nekim su slučajevima za iste vrste zabilježeni troškovi samo u nekim područjima zemljopisnog područja rasprostranjenosti, vjerojatno zbog ograničenih lokalnih selektivnih pritisaka; i možda je više ili manje teško pokazati postojanje drugačije vrste ulaznih podataka u skladu s određenom evolucijskom ekologijom dotične vrste.
Osobine mogu biti ili recesivne. U shemama nasljeđivanja potpuna dominacija fenotip dominantne osobine u potpunosti maskira fenotip recesivna osobina... Postoje i slučajevi kada odnos između različitih alela ne pokazuje potpunu dominaciju. Kada nepotpuna dominacija dominantni alel ne maskira u potpunosti drugi alel. To rezultira fenotipom koji je mješavina fenotipova uočenih u oba alela. Kada su kodirani, oba su alela potpuno izražena. To dovodi do fenotipa u kojem se obje osobine promatraju neovisno jedna o drugoj.
Prema modeliranju primijenjenom na prostorno strukturirane populacije, prirodna selekcija favorizira reakcionarne norme koje se suprotstavljaju izbjegavanju vrijednosti stjecanjem resursa. Na primjer, moglo bi se očekivati \u200b\u200bda bi troškovi održavanja plastičnog odgovora mogli dovesti do razvoja reakcionarnih normi koje povećavaju prilagodbu na okruženja s kojima se tijelo najčešće susreće. Troškovi koji proizlaze iz proizvodnje plastičnog odgovora plaćaju se samo kada se u određenom okruženju generira određeni fenotip, što čini te troškove proporcionalnim učestalosti promatranja okoliša u slučaju kada se uzima u obzir preferirani fenotip. plastičnost je još uvijek u povojima, ali to je s teorijskog gledišta važno područje, iako empirijski teško, u budućnosti može postati "područje od velikog interesa".
Potpuno, nepotpuno i kodominantno
Fenotip i genetska raznolikost
Može utjecati na fenotipove. Opisuje promjene u genima organizama u populaciji. Te promjene mogu biti rezultat mutacija DNA. Mutacije su promjene u slijedu gena u DNA.
Svaka promjena u sekvenci gena može promijeniti fenotip izražen u nasljednim alelima. Protok gena također pridonosi genetskoj raznolikosti. Kada novi organizmi uđu u populaciju, uvode se novi geni. Uvođenje novih alela u genski fond omogućuje nove kombinacije gena i različitih fenotipova.
Argument za genetske korelacije kao ograničenja često se približava fenotipskoj plastičnosti, iako u dva odvojena konteksta. Želimo se sjetiti da je genetska korelacija korelacija između dvije fenotipske osobine, izračunata korištenjem udjela fenotipske varijance statistički povezane s genetskim razlikama među pojedincima. dobar način kako bi vizualizirala plastičnost u smislu kvantitativne genetike, ona ima određena ograničenja zbog činjenice da se istodobno mogu prikazivati \u200b\u200bsamo dva okruženja.
Tijekom stvaranja raznih kombinacija gena. U mejozi se nasumce dijele na različite. Prijenos gena može se dogoditi između homolognih kromosoma kroz postupak ukrštanja. Ova rekombinacija gena može stvoriti nove fenotipove u populaciji.
Pri analizi fenotipa ispisane su moguće varijante genotipova potomaka s raznim kombinacijama svojstava boje dlake s duljinom dlake. Zatim se za svaku kombinaciju svojstava bilježe odgovarajući genotipovi. Stoga ćemo, utvrdivši fenotipsku manifestaciju svakog od gore zabilježenih genotipova, sve njih grupirati prema pripadnosti određenoj kombinaciji svojstava:
Drugi je razlog taj što, budući da se često pretpostavlja da genetske korelacije evolucijskog vremena ostaju konstantne, pokazujući da se one mogu promijeniti u jednoj generaciji promjenom okoliša, ima očite implikacije na općenito teorijsko pokrivanje evolucijske genetike. kvantitativne osobine... To ne znači da je proučavanje genetskih korelacija beskorisno: uočena raspodjela može ponuditi hipoteze o uzrocima koji se mogu potvrditi eksperimentalnom kontrolom.
Genotipovi | ||
necrvena, pjegava ne-crvena, norma crvenokosa, pjegava crvenokosa, norma |
1AAVV, 2AAVv, 2AaVV, 4AaVv 1Aavv, 2Aavv 1aaBV, 2aaBv |
Udio djece bez crvene pjege iznosit će 9 ili 56,25%.
9. Opće formule za razdvajanje
Ako su geni odgovorni za manifestaciju dviju nealternativnih svojstava smješteni u nehomolognim kromosomima, tada će tijekom mejoze ući u spolne stanice neovisno jedan o drugome. Stoga, prilikom križanja dviju digheterozigota, razdvajanje prema genotipu:
Različiti modeli predloženi za objašnjenje genetske osnove plastičnog odgovora važna su tema u literaturi o evoluciji plastičnosti, a Scheiner sažima tri glavna modela: preveliku ovisnost, pleiotropiju i epistazu. Model prekomjerne ovisnosti utvrđuje da je plastičnost inverzna funkcija "heterozigotnosti: genotip je heterozigotan, a manje plastičan, budući da" heterozigotni pomaže u ublažavanju utjecaja okoline. Model pleiotropije temelji se na činjenici da plastičnost potječe od više gena s pleiotropnim učincima na dati lik. izraženo u raznim sredinama.
1Aavv: 2aaBv: 1aAvv: 2AaBv: 4AaBv: 2Aavv: 1aaBv: 2aaBv: 1aavv
rezultat je dvaju neovisnih cijepanja
1AA: 2Aa: 1aa i 1BB: 2BB: 1BB
Matematički se to može izraziti kao proizvod:
(1AA: 2Aa: 1aa) i (1BB: 2BB: 1BB)
(1: 2: 1) 2
Ovaj zapis pokazuje da među osobama s genotipom AA jedan dio nosi gene BB, dva dijela BB gena, a jedan dio BB gena. Slični omjeri jedinki za skup gena B bit će i za genotipove Aa i aa.
Napokon, epistatički model predviđa postojanje dva različita seta gena; jedan određuje visinu pravila reakcije, drugi određuje njegov oblik, a dva skupa međusobno stupnjuju u interakciji. Ovi su problemi riješeni empirijskim istraživanjima tijekom posljednjeg desetljeća. Iz sveobuhvatnih studija molekularne biologije plastičnosti, poput reakcija sjene na biljkama ili reakcija toplinskog šoka, znamo da heterozigotičnost nema puno veze s genetskom osnovom plastičnosti te da su i pleiotropni i epistatički učinci uobičajeni u svim plastičnim reakcijama do danas. dan.
Ako se pojedinci analiziraju prema nekoliko karakteristika, onda opća formula cijepanje pri križanju potpuno heterozigotnih jedinki bit će (1 : 2: 1) n, gdje je n broj parova alternativnih obilježja. Maksimalna vrijednost n jednaka je broju parova homoloških kromosoma.
Slična je situacija s cijepanjem fenotipa. Također se temelji na monohibridnom cijepanju 3 : 1. Prilikom ukrštanja dvaju heterozigotnih organizama radi neovisnog cijepanja 3 : 1 daju dijeljenje 9 : 3: 3: 1. Opća formula za cijepanje fenotipa bit će (3 : 1).
Može se zaključiti da se problem genetske osnove plastičnosti, koji je uvijek bilo konceptualno teško definirati, otopio u mnogim problemima povezanim sa specifičnim molekularnim interakcijama koje su temelj određenih vrsta plastičnosti. Stoga je važno razmisliti o glavnom pitanju: zašto plastičnost smatramo jedinstvenom stvari koja ima specifičnu genetsku osnovu? Odgovor bi mogao biti da ovaj karakter ovisi o sva tri čimbenika, niti jedan od tri "mehanizma" sam po sebi nije posebno informativan, jer je vjerojatno da se svi natječu da naprave osnovu najsloženijih fenotipska svojstva.
Poznavajući formule cijepanja, ne treba sačinjavati Punnettovu rešetku.
Primjer 9.1. Neki oblici katarakte i gluhonijeme kod ljudi prenose se kao autosomno recesivni znakovi. Kolika je vjerojatnost djeteta s dvije anomalije u obitelji u kojoj su oba roditelja heterozigotna za oba para gena?
Odluka:
znak: gen
Matematički modeli razvoja plastičnosti Među radnicima se izraz "plastičnost modela" također odnosi na izgradnju teorijskih modela povezanih s modalitetima razvoja fenotipske plastičnosti. Iako se dio ovog modeliranja temelji na proučavanju prethodno raspravljenih modela genetičke reakcije plastike, dva značenja modeliranja plastičnosti zapravo su potpuno neovisna jedno o drugome i mogu se razmatrati odvojeno. Optimalni modeli ne ovise ni o kakvim genetskim razmatranjima, jer dovode u pitanje kakvu se optimalnu strategiju može razviti pod određenim uvjetima.
bez mrene : A R AaBv x AaBv
mrena : zdravo zdravo
gluh i glup : U
gluhonijemi : u F 1 aavv -?
Dijete s dvije anomalije ima genotip - aavv. Poznato je da se kod ukrštanja dviju diheterozigota opaža fenotipsko cijepanje među jedinkama prve generacije. Formula za cijepanje izgleda kao 9: 3: 3: 1. Iz ove formule može se vidjeti da je 1 dio organizma dihomozigot za recesivne gene. To znači da je vjerojatnost rađanja djeteta s dvije anomalije 1/16 ili 6,25%.
Nedostatak genetike može se smatrati ograničenjem modela optimizma, ali se može tumačiti i kao prednost, budući da je svrha modela istražiti niz hipotetičkih uzoraka scenarija "da-tada", umjesto da daje kvantitativna predviđanja stvarnih evolucijskih putanja. Kvantitativni modeli genetike, unatoč svom imenu, također su u velikoj mjeri neovisni o genetskoj genetici. Genetiku promatraju kao crnu kutiju iz koje proizlazi potrebna "aditivna" genetska varijansa.
Rješenju problema za di- i polihibridno križanje možete pristupiti još lakše. Za to je potrebno samo znati vjerojatnosti manifestacije određenih genotipova ili fenotipova u različitim varijantama monohibridnog križanja.
Dakle, za monohibridno križanje heterozigoti (Aa), vjerojatnost potomstva s genotipom AA je ¼, s genotipom Aa - ½, s genotipom aa I / 4 i vjerojatnost pojave jedinki s osobinama dominantni gen jednako ¾, sa znakom recesivnog gena - ¼.
To su statistički modeli i imaju ista ograničenja kao i genetske korelacije. Jedini koji uključuju gametske obrasce prava genetikadok opisuju što se događa s likovima na koje ne utječu samo evolucijski procesi poput selekcije i migracije, već i na koje utječu više lokusa, dok vrijednost modela spolnih stanica leži u njihovoj sposobnosti da izravno izraze genetske pojave poput poput pleiotropije i epistaze, njihov je problem taj što su ograničeni na jednostavne scenarije i postaju nepredvidljivi kada ih pokušavaju učiniti realnijima.
Prilikom križanja diheterozigota (AaBb), vjerojatnost pojave jedinki s genotipom aa je - ¼, s genotipom cc - također ¼.
Da biste pronašli vjerojatnost podudarnosti dvaju međusobno neovisnih fenomena, morate međusobno pomnožiti vjerojatnosti svakog od njih. Na primjer, da bi se utvrdila vjerojatnost pojave jedinki s dvije recesivne osobine (aavv), nado se mora pomnožiti s ¼, što će rezultirati 1/16.
Bilo koji simulacijski model može samo djelomično prevladati ovaj problem, jer je računski nekontroliran ili zato što ne može pružiti opća rješenja. Analiza nedavne literature o izradi modela evolucije reakcionarnih normi pokazuje da je većina istraživača povezana s optimističnim obrascima, često povezanim s određenim ekološko-evolucijskim situacijama. Model je uključivao kompromis između prednosti preživljavanja velikog bića i troškova koje to podrazumijeva u pogledu opskrbe hranom.
Primjer 9.2. U ljudi gen smeđe oči dominira plave oči, i sposobnost uglavnom posjedovanja desna ruka - preko ljevorukosti. Nealelni geni smješteni su na nehomolognim kromosomima. Plavooki dešnjak oženio se smeđookim dešnjakom. Imali su dvoje djece: smeđokog ljevorukog i plavookog dešnjaka. Utvrdite vjerojatnost da će njihovo sljedeće dijete biti plavookih i pretežno ljevorukih.
Predviđanja modela su da bi dobici trebali biti manji u izazovnijim uvjetima, što bi rezultiralo time da, međutim, ako životinje pokazuju fenotipsku plastičnost kada se potražnja za energijom mijenja ovisno o cijeni opskrbe, tada model predviđa postojanje pozitivne korelacije između tjelesne težine i potrošnje energije. ... Autori su predstavili svoj eksperimentalni model validacije, utvrdivši da je potrošnja energije veća na mjestima s manjim volumenima, unatoč pozitivnoj korelaciji između dvije mjere unutar mjesta.
Kratki zapis stanja problema bit će sljedeći:
znak: gen
smeđe oči : A R A B x aaB
plave oči : i smeđe oči plavooke
dešnjaštvo : Dešnjak dešnjak
ljevorukost : u
F 1 A cc aaB
smeđe oči plavooki
ljevak dešnjak
Odluka:
Njihov je zaključak da je određivanje veličine povezano s heterogenošću u kvaliteti ili dostupnosti hrane, a ne s prilagodljivom plastičnošću u nabavi. Ovaj određeni aspekt fenotipskog modeliranja plastičnosti zreo je za opći pregled koji može biti koristan i teoretskim i eksperimentalnim biolozima. Makroevolucija i fenotipska plastičnost Također je predložena plastičnost kao potencijalno važan mehanizam za olakšavanje makroevolucije. To se može učiniti u najmanje dva načina: s jedne strane, plastičnost može dovesti do genetske asimilacije lika kada populacija zauzima novo okruženje.
Prije nastavka s izračunom vjerojatnosti dobivanja sljedećeg djeteta s genotipom - aavb, potrebno je utvrditi genotipove njihove djece. Prisutnost dva para u genotipu djece recesivni geni (aa i cc) označava da oba roditelja nose gene a i b. Dakle, genotipovi majke bit će AaBb, oca - aaBb.
Vjerojatnost rođenja sljedećeg djeteta s određenim genotipom ne ovisi o tome koje su osobine već rođena djeca. Stoga se rješavanje problema svodi na utvrđivanje vjerojatnosti rođenja kod ovog para plavookih ljevaka.
P AaBv x aaBv
p (aa) \u003d 1/2 p (cc) \u003d 1/4 p (aavb) \u003d 1/2 x ¼ \u003d 1/8
Vjerojatnost pojave genotipa aa pri križanju jedinki s genotipovima Aa i aa je ½, vjerojatnost pojave genotipa cc pri ukrštanju Bb i Bb je ¼. Stoga će vjerojatnost susreta ova dva genotipa u jednom organizmu biti ½ x ¼ \u003d 1/8.
Odgovor: Vjerojatnost rođenja djeteta s plavim očima, koje uglavnom posjeduje lijevu ruku, iznosi 1/8.
Ovu tehniku \u200b\u200btreba koristiti samo uz potpuno savladavanje vještine uobičajenog rješavanja problema.