Vzťah medzi genotypom a fenotypom. Fenotyp: definícia, príklady, vzťah s genotypom a genetickou diverzitou
Definícia: fenotyp - výrazné fyzické vlastnosti organizmu, určené genotypom, náhodnou genetickou variáciou a vplyvom na životné prostredie.
Príklady: vlastnosti ako farba, výška, veľkosť, tvar a správanie.
Vzťah medzi fenotypom a genotypom
Genotyp organizmu určuje jeho fenotyp. Všetky živé organizmy majú DNA, ktorá poskytuje pokyny na produkciu molekúl, tkanív a orgánov. DNA obsahuje genetický kód, ktorý je tiež zodpovedný za riadenie všetkých bunkových funkcií, vrátane replikácie DNA, syntézy bielkovín a prenosu molekúl.
Fischer a jeho spolupracovníci vyberali rastliny na základe zníženej alebo zvýšenej partizánskej vojny a pre viac či menej plastickú povahu. Aj keď dostali významnú spätnú väzbu o voľbe partizána, nenašli nijakú zmenu v ich plasticite a dospeli k záveru, že vývoj rastových stratégií u tohto druhu je možný skôr zmenou výšky ako tvaru reakčného pravidla. Iný prístup využíva experimentálnu manipuláciu. Výsledky týchto experimentov podporujú myšlienku, že počas obdobia sucha sa pozoruje protireflexia. očné škvrnystriedavo s výberom očných škvŕn počas obdobia dažďov.
Fenotyp organizmu (fyzické vlastnosti a správanie) určujú jeho zdedené gény. sú určité úseky DNA, ktoré kódujú štruktúru bielkovín a určujú rôzne vlastnosti. Každý gén je lokalizovaný na a môže existovať vo viac ako jednej forme. Tieto rôzne formy sa nazývajú alely, ktoré sa nachádzajú na konkrétnych miestach na špecifických chromozómoch. Alely sa prenášajú z rodiča na potomka.
Kombinácia dvoch selektívnych režimov môže byť dostatočná na udržanie adaptívnej fenotypovej plasticity v. Tieto štúdie zdôrazňujú schopnosť venovať sa viacerým experimentálnym stratégiám, ktoré nemusia byť nevyhnutne všetky, a ktoré sa používajú v rovnakom laboratóriu, kombinujúc tak terénne, ako aj kontrolované štúdie, experimentálnu manipuláciu a presný zber pozorovacích údajov. Konkrétne problémy tohto druhu výskumu môžu predstavovať skutočnosti, že sa často spoliehajú na výskum zameraný na najmodernejšie technológie, ktorý je namáhavý vykonávať a vyžaduje vysoké personálne náklady a dlhú dobu; Ide o kombináciu faktorov, ktoré je v porovnaní so súčasnými výskumnými štandardmi v oblasti špičkových technológií pomerne ťažké obhájiť u finančníkov z výskumu.
Diploidné organizmy dedia pre každý gén dve alely; jedna alela od každého rodiča. Interakcie medzi alelami určujú fenotyp organizmu. Ak organizmus zdedí pre konkrétny znak dve rovnaké alely, je pre tento znak homozygotný. Homozygotní jedinci vyjadrujú jeden fenotyp pre danú vlastnosť. Ak organizmus zdedí pre určitý znak dve rôzne alely, je pre tento znak heterozygotný. Heterozygotní jedinci môžu pre danú vlastnosť exprimovať viac ako jeden fenotyp.
Aj keď v prírode existuje genetická variácia plasticita a ukázalo sa, že prírodný výber uprednostňuje niektoré typy reakcií plastov, môžu existovať aj obmedzenia vývoja adaptívnej plasticity. Dôležité však je, že koncepčný rozdiel medzi nákladovými a adaptačnými limitmi je často len malou úvahou: dôsledkom nákladov je zníženie vhodnosti aj pri vyjadrení optimálneho fenotypu, zatiaľ čo prvým obmedzením je neschopnosť vyjadriť optimálny fenotyp.
Spočiatku bolo ťažké vyčísliť náklady na tvárnosť, hoci nedávna práca dokázala ich vyčísliť v mnohých rôznych systémoch. V niektorých prípadoch boli náklady na rovnaký druh hlásené iba v niektorých oblastiach geografickej oblasti rozšírenia, pravdepodobne kvôli obmedzeným miestnym tlakom na odber vzoriek; a je pravdepodobne viac či menej ťažké preukázať existenciu iného typu vstupu podľa konkrétnej evolučnej ekológie daného druhu.
Rysy môžu byť buď recesívne. V dedičských schémach úplná nadvláda fenotyp dominantnej vlastnosti fenotyp úplne maskuje recesívna vlastnosť... Existujú aj prípady, keď vzťah medzi rôznymi alelami nevykazuje úplnú dominanciu. Kedy neúplná dominancia dominantná alela úplne nemaskuje druhú alelu. Výsledkom je fenotyp, ktorý je zmesou fenotypov pozorovaných v oboch alelách. Keď sú kodominovaní, obidve alely sú úplne exprimované. To vedie k fenotypu, pri ktorom sa obidva znaky pozorujú nezávisle na sebe.
Podľa modelovania aplikovaných na priestorovo štruktúrované populácie prírodný výber uprednostňuje reakčné normy, ktoré bránia vyhýbaniu sa hodnote získavaním zdrojov. Napríklad by sa dalo očakávať, že náklady na udržiavanie plastickej reakcie môžu viesť k vývoju reakčných noriem, ktoré zvyšujú adaptáciu na prostredie, s ktorým sa telo najčastejšie stretáva. Náklady spojené s produkciou plastickej reakcie sa platia iba vtedy, keď sa v danom prostredí vytvorí určitý fenotyp, čím sa tieto náklady stanú úmernými frekvencii, s akou sa prostredie posudzuje, keď sa uvažuje o preferovanom fenotype. plasticita je stále v plienkach, ale je to z teoretického hľadiska dôležitá oblasť, aj keď je to empiricky ťažké, v budúcnosti sa môže stať „oblasťou veľkého záujmu“.
Úplný, neúplný a kodominantný
Fenotyp a genetická rozmanitosť
Môže ovplyvňovať fenotypy. Opisuje zmeny v génoch organizmov v populácii. Tieto zmeny môžu byť výsledkom mutácií DNA. Mutácie sú zmeny v postupnosti génov v DNA.
Akákoľvek zmena v génovej sekvencii môže zmeniť fenotyp vyjadrený v zdedených alelách. Tok génov tiež prispieva k genetickej rozmanitosti. Keď do populácie vstúpia nové organizmy, zavádzajú sa nové gény. Zavedenie nových alel do genofondu umožňuje nové kombinácie génov a rôznych fenotypov.
Argument genetických korelácií ako obmedzení sa často približuje k fenotypovej plasticite, aj keď v dvoch samostatných kontextoch. Chceme si zapamätať, že genetická korelácia je korelácia medzi dvoma fenotypovými znakmi, ktorá sa počíta pomocou podielu fenotypovej odchýlky štatisticky spojenej s genetickými rozdielmi medzi jednotlivcami. dobrý spôsob na vizualizáciu plasticity z hľadiska kvantitatívnej genetiky má určité obmedzenia vzhľadom na skutočnosť, že naraz je možné zobraziť iba dve prostredia.
Pri tvorbe rôznych kombinácií génov. V meióze sú náhodne rozdelené do rôznych. K prenosu génov môže dôjsť medzi homológnymi chromozómami procesom kríženia. Táto rekombinácia génov môže vytvoriť nové fenotypy v populácii.
Pri analýze fenotypu sú uvedené možné varianty genotypov potomstva s rôznymi kombináciami znakov farby srsti a dĺžky srsti. Potom sa pre každú kombináciu znakov zaznamenajú zodpovedajúce genotypy. Preto po určení fenotypového prejavu každého z vyššie uvedených zaznamenaných genotypov ich všetky zoskupíme podľa príslušnosti k určitej kombinácii znakov:
Druhým dôvodom je, že keďže sa často predpokladá, že genetické korelácie evolučného času zostávajú konštantné, preukázanie toho, že je možné ich zmeniť v jednej generácii zmenou prostredia, má zjavné dôsledky pre všeobecné teoretické pokrytie evolučnej genetiky. kvantitatívne znaky... To neznamená, že štúdium genetických korelácií je zbytočné: pozorované distribúcie môžu ponúkať hypotézy o príčinách, ktoré je možné potvrdiť experimentálnou kontrolou.
Genotypy | ||
nie červený, pehavý nečervená, norma ryšavka, peha ryšavka, norma |
1ААВВ, 2ААВв, 2АаВВ, 4АаВв 1Aavv, 2Aavv 1aaBV, 2aaBv |
Podiel nečervených pihových detí bude 9 alebo 56,25%.
9. Všeobecné vzorce na rozdelenie
Ak sa gény zodpovedné za prejav dvoch nealternatívnych znakov nachádzajú na nehomológnych chromozómoch, potom počas meiózy vstúpia do gamét nezávisle na sebe. Preto pri krížení dvoch digheterozygotov rozdelených podľa genotypu:
Rôzne modely navrhnuté na vysvetlenie genetického základu plastickej reakcie sú dôležitou témou v literatúre o vývoji plasticity a Scheiner sumarizuje tri hlavné modely: nadmernú závislosť, pleiotropiu a epistázu. Model nadmernej závislosti stanovuje, že plasticita je inverznou funkciou „heterozygotnosti: genotyp je heterozygotný, menej plastický, pretože„ heterozygot pomáha tlmiť vplyvy prostredia Model pleiotropie je založený na skutočnosti, že plasticita pochádza z viacerých génov s pleiotropnými účinkami na daný znak. vyjadrené v rôznych prostrediach.
1Aavv: 2aaBv: 1aAvv: 2AaBv: 4AaBv: 2Aavv: 1aaBv: 2aaBv: 1aavv
je výsledkom dvoch nezávislých rozdelení
1AA: 2Aa: 1aa a 1BB: 2BB: 1BB
Matematicky to možno vyjadriť ako produkt:
(1AA: 2Aa: 1aa) a (1BB: 2BB: 1BB)
(1: 2: 1) 2
Tento záznam ukazuje, že medzi jedincami s genotypom AA jedna časť nesie gény BB, dve časti gény BB a jedna časť nesie gény BB. Podobné pomery jednotlivcov pre súbor génov B budú pre genotypy Aa a aa.
Nakoniec epistatický model predpovedá existenciu dvoch rôznych súborov génov; jedna určuje výšku reakčného pravidla, druhá určuje jej tvar a obe množiny medzi sebou interagujú postupne. Tieto problémy boli za posledné desaťročie vyriešené empirickým výskumom. Z komplexných štúdií v molekulárnej biológii plasticity, ako sú tieňové reakcie na rastliny alebo reakcie tepelných šokov, vieme, že heterozygotnosť nemá veľa spoločného s genetickým základom plasticity a že pleiotropné aj epistatické účinky sú bežné vo všetkých doterajších reakciách na plasty. deň.
Ak sú jednotlivci analyzovaní podľa niekoľkých charakteristík, potom všeobecný vzorec štiepenie pri krížení úplne heterozygotných jedincov bude (1 : 2: 1) n, kde n je počet párov alternatívnych prvkov. Maximálna hodnota n sa rovná počtu párov homológnych chromozómov.
Podobná situácia je aj pri štiepení fenotypov. Je tiež založený na monohybridnom štiepení 3 : 1. Pri krížení dvoch diheterozygotných organizmov na nezávislé štiepenie 3 : 1 dať rozdelenie 9 : 3: 3: 1. Všeobecný vzorec pre štiepenie fenotypu bude (3 : 1).
Možno vyvodiť záver, že problém genetického základu plasticity, ktorý bol vždy koncepčne ťažko definovateľný, sa rozpustil v mnohých problémoch spojených so špecifickými molekulárnymi interakciami, ktoré sú základom špecifických typov plasticity. Preto je dôležité zamyslieť sa nad hlavnou otázkou: prečo považujeme plasticitu za jednotnú vec, ktorá má špecifický genetický základ? Odpoveďou môže byť, že tento charakter závisí od všetkých troch faktorov, žiadny z troch „mechanizmov“ sám osebe nie je zvlášť informatívny, pretože je pravdepodobné, že všetky súťažia o to, aby vytvorili základ najkomplexnejšieho fenotypové vlastnosti.
Ak poznáte štiepne vzorce, nemusíte tvoriť Punnettovu mriežku.
Príklad 9.1. Niektoré formy katarakty a hluchoty u ľudí sa prenášajú ako autozomálne recesívne príznaky. Aká je pravdepodobnosť narodenia dieťaťa s dvoma abnormalitami v rodine, kde sú obaja rodičia heterozygotní pre oba génové páry?
Rozhodnutie:
podpísať: gen
Matematické modely vývoja plasticity Medzi pracovníkmi sa výrazom „model plasticity“ označuje aj konštrukcia teoretických modelov súvisiacich s modalitami vývoja fenotypovej plasticity. Aj keď niektoré z týchto modelov sú založené na štúdiu predtým diskutovaných modelov plastickej odozvy genetiky, dva významy plastického modelovania sú v skutočnosti navzájom úplne nezávislé a možno ich posudzovať osobitne. Optimálne modely nezávisia od žiadnych genetických hľadísk, pretože spochybňujú, aká optimálna stratégia sa môže vyvinúť za určitých podmienok.
bez katarakty : A R AaBv x AaBv
katarakta : zdravé zdravé
hluchý a hlúpy : AT
hluchý : vo F 1 aavb -?
Dieťa s dvoma anomáliami má genotyp - aavv. Je známe, že pri krížení dvoch diheterozygotov sa u jedincov prvej generácie pozoruje fenotypové štiepenie. Štiepací vzorec vyzerá ako 9: 3: 3: 1. Z tohto vzorca je zrejmé, že 1 časť organizmu je pre recesívne gény dihomozygotná. To znamená, že pravdepodobnosť narodenia dieťaťa s dvoma anomáliami je 1/16 alebo 6,25%.
Nedostatok genetiky možno považovať za obmedzenie modelu optimizmu, ale možno ho interpretovať aj ako výhodu, pretože účelom modelu je skôr preskúmať rad hypotetických vzorových scenárov „áno-potom“, ako robiť kvantitatívne predpovede o skutočných vývojových trajektóriách. Kvantitatívne modely genetiky sú aj napriek svojmu názvu do značnej miery nezávislé od genetickej genetiky. Genetiku považujú za čiernu skrinku, z ktorej vyplýva nevyhnutná „aditívna“ genetická variancia.
K riešeniu problémov pre kríženie di- a polyhybridných vozidiel môžete pristupovať ešte jednoduchšie. K tomu je potrebné poznať iba pravdepodobnosť prejavu určitých genotypov alebo fenotypov v rôznych variantoch monohybridného kríženia.
Tak pre monohybridný prechod heterozygotov (Aa) je pravdepodobnosť potomstva s genotypom AA ¼, s genotypom Aa - ½, s genotypom aa I / 4 a pravdepodobnosť výskytu jedincov so znakmi dominantný gen rovné ¾, so znakom recesívneho génu - ¼.
Toto sú štatistické modely a majú rovnaké obmedzenia ako genetické korelácie. Herné vzory sú jediné, ktoré zahŕňajú skutočná genetikapretože popisujú, čo sa stane s postavami, ktoré nie sú ovplyvnené len evolučnými procesmi, ako je výber a migrácia, ale ktoré sú ovplyvnené aj viacerými lokusmi. Zatiaľ čo hodnota modelov gamét spočíva v ich schopnosti priamo vyjadrovať genetické javy, ako sú rovnako ako pleiotropia a epistáza, ich problémom je, že sa obmedzujú na jednoduché scenáre a pri pokusoch o ich realistickosť sa stávajú nepredvídateľnými.
Pri krížení diheterozygotov (AaBb) je pravdepodobnosť výskytu jedincov s genotypom aa - ¼, s genotypom cc - tiež ¼.
Ak chcete zistiť pravdepodobnosť zhody dvoch nezávislých javov, musíte znásobiť pravdepodobnosti každého z nich navzájom. Napríklad na určenie pravdepodobnosti výskytu jedincov s dvoma recesívnymi vlastnosťami (aavv) musí byť ¼ vynásobené ¼, čo bude mať za následok 1/16.
Akékoľvek simulačné modely môžu tento problém prekonať iba čiastočne, pretože sú výpočtovo nekontrolovateľné alebo pretože nemôžu poskytnúť všeobecné riešenia. Analýza nedávnej literatúry o produkcii modelov evolúcie reakčných noriem ukazuje, že väčšina výskumníkov je spájaná s optimistickými vzorcami, často spojenými s konkrétnymi ekologicko-evolučnými situáciami. Tento model zahŕňal kompromis medzi výhodami prežitia veľkého tvora a nákladmi, ktoré to prináša z hľadiska zásobovania potravinami.
Príklad 9.2. U ľudí je gen hnedé oči dominuje modré oči, a schopnosť vlastniť hlavne pravá ruka - nad ľavačkou. Neallelické gény sú lokalizované na nehomológnych chromozómoch. Modrooký pravák sa oženil s hnedookým pravákom. Mali dve deti: hnedooký ľavák a modrooký pravák. Určte pravdepodobnosť, že ich ďalšie dieťa bude modrooké a bude mať prevažne ľavačku.
Predpovede modelu spočívajú v tom, že zisky by mali byť menšie za náročnejších podmienok, takže výsledkom je, že ak zvieratá vykazujú fenotypovú plasticitu, keď sa spotreba energie mení v závislosti od nákladov na dodávku, potom model predpovedá existenciu pozitívnej korelácie medzi hmotnosťou tela a spotrebou energie. ... Autori predstavili svoj experimentálny model validácie a zistili, že spotreba energie bola vyššia na miestach s menším objemom, a to aj napriek pozitívnej korelácii medzi týmito dvoma opatreniami v rámci miest.
Krátky popis problémového stavu bude nasledovný:
podpísať: gen
hnedé oči : A R A B x aaB
modré oči : a hnedooké modrooké
pravostrannosť : Pravák pravák
ľaváctvo : o
F 1 A cc aaB
hnedooký modrooký
ľavák pravák
Rozhodnutie:
Ich záver je, že dimenzovanie je spojené skôr s heterogenitou kvality alebo dostupnosti potravín ako s adaptívnou plasticitou pri obstarávaní. Tento konkrétny aspekt fenotypového modelovania plasticity je zrelý pre všeobecný prehľad, ktorý môže byť užitočný pre teoretických aj experimentálnych biológov. Makroevolúcia a fenotypová plasticita Tiež sa navrhla plasticita ako potenciálne dôležitý mechanizmus na uľahčenie makroevolúcie. To je možné vykonať minimálne v dvoch režimoch: na jednej strane môže plasticita viesť k genetickej asimilácii postavy, keď populácia obsadzuje nové prostredie.
Pred pristúpením k výpočtu pravdepodobnosti narodenia ďalšieho dieťaťa s genotypom - aavb je potrebné určiť genotypy ich detí. Prítomnosť dvoch párov v genotype detí recesívne gény (aa a cc) naznačuje, že obaja rodičia nesú gény a a b. Genotypy matky teda budú AaBb, otca - aaBb.
Pravdepodobnosť narodenia ďalšieho dieťaťa s určitým genotypom nezávisí od toho, aké vlastnosti už majú deti narodené. Riešenie problému sa preto redukuje na stanovenie pravdepodobnosti narodenia u tejto dvojice modrookých ľavákov.
P AaBv x aaBv
p (aa) \u003d 1/2 p (bc) \u003d 1/4 p (aavb) \u003d 1/2 x 1 \u003d 1/8
Pravdepodobnosť výskytu genotypu aa pri krížení jedincov s genotypmi Aa a aa je ½, pravdepodobnosť výskytu genotypu cc pri krížení Bb a Bb je ¼. Preto bude pravdepodobnosť splnenia týchto dvoch genotypov v jednom organizme ½ x ¼ \u003d 1/8.
Odpoveď: Pravdepodobnosť narodenia dieťaťa s modrými očami, ktoré vlastní hlavne ľavú ruku, je 1/8.
Táto technika by sa mala používať iba pri úplnom zvládnutí obvyklých schopností riešenia problémov.