12.11
בנוסף לאללים מרובים באותו לוקוס המשפיעים על תכונות, גנים או אללים רבים במקומות שונים עשויים לקיים אינטראקציה ולהשפיע על פנוטיפים בתופעה הנקראת אפיסטאז…
בנוסף לאללים מרובים, גנים שונים במקומות שונים עשויים אינטראקציה ולהשפיע פנוטיפים כמו פיגמנט פרווה בתופעה המכונה אפיסטזיס. לדוגמה, צבע של ארנב מושפע על ידי גנים שונים, ביניהם, טירוזינאז. מעניין, בעלי חיים לא מעובדים, המופיעים בלבן לחלוטין, הם הומוזיגיים עבור אלל מוטסי רצסיבי של טירוזינאז.
והואיל, אלה עם אלל דומיננטי יש מעילים צבעוניים. צבע כזה הוא צד שהוקם על ידי גן אחר שנקרא חלבון הקשור טירוזינאז 1, בקיצור TYRP1. כאן, הגרסה הדומיננטית גורמת לפרווה שחורה, בעוד גוון חום או שוקולד תוצאה של אלל רצסיבי.
תוך התעלמות מגורמים אחרים המעורבים בצבע המעיל, ארנבונים הטרוזיגיים בשני לוקוסים אלה מופיעים בשחור, וכאשר הם מזדווגים, כל צאצאיהם עם שני אללים רצופים טירוזינאז יהיה פרווה לבנה, לא צבועה ללא קשר לאלמנטים TYRP1 שלהם מאז אלרוסי טירוזינאז רצסיבי להסוות או להסתיר את צבע פרווה חום או שחור כי אחרת היה מיוצר. זוהי דוגמה לאפיסטזיס רצסיבי, שם תצורת טירוזינאז הוא אפיסטטי ל-TYRP1. על ידי הערכת אינטראקציות אפיסטטיות, החוקרים יכולים להבין איך מינים שונים מפתחים צבעי מעיל בהתאם לסביבות ייחודיות ואף לקבוע כי הגנים שלנו פועלים באותו מסלול סלולארי.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is epistasis and how does it differ from multiple alleles?
Epistasis occurs when genes at different locations interact to influence phenotypes, unlike multiple alleles which involve variations at a single locus. In epistasis, one gene may mask or interfere with the expression of another gene. For example, in rabbits, the tyrosinase gene can mask the effects of the TYRP1 gene, demonstrating how different genes work together to determine traits like fur color.
Q2: How does recessive epistasis work in rabbit fur color?
In rabbits, recessive epistasis occurs when homozygous recessive tyrosinase alleles produce white, unpigmented fur regardless of TYRP1 alleles present. The tyrosinase gene is epistatic to TYRP1, meaning its recessive configuration masks the black or brown color that TYRP1 would otherwise produce. This demonstrates how one gene's expression can completely override another gene's phenotypic effect.
Q3: What role do tyrosinase and TYRP1 play in determining rabbit coat color?
Tyrosinase determines whether a rabbit produces pigment at all; dominant alleles enable colored coats while homozygous recessive rabbits appear white. TYRP1 then determines the specific color: dominant alleles produce black fur, and recessive alleles produce brown or chocolate fur. Heterozygous rabbits at both loci display black fur, but offspring inheriting two recessive tyrosinase alleles will always be white.
Q4: Why do epistatic interactions occur between genes in the same biochemical pathway?
Epistatic interactions often occur when different genes are part of the same biochemical pathway because the expression of one gene may depend on a gene product from another gene in that pathway. When tyrosinase and TYRP1 function in the same pigmentation pathway, tyrosinase must first produce pigment precursors before TYRP1 can determine their color. If tyrosinase fails to produce these precursors, TYRP1 cannot express its phenotype.
Q5: How can studying epistasis help researchers understand species evolution?
By evaluating epistatic interactions, researchers can understand how different species developed coat colors and other traits to suit unique environments. Epistasis studies reveal the functional relationships between genes, the ordering of genes in biochemical pathways, and how different alleles quantitatively impact phenotypes. This knowledge demonstrates that most biological systems involve many genetic elements interacting in complex ways.
Q6: What happens when a rabbit is heterozygous at both the tyrosinase and TYRP1 loci?
When rabbits are heterozygous at both loci, they display black fur because the dominant tyrosinase allele allows pigment production and the dominant TYRP1 allele specifies black color. However, their offspring may inherit different allele combinations, including homozygous recessive tyrosinase alleles that produce white fur regardless of TYRP1 genotype, illustrating how epistasis creates phenotypic variation in offspring.
Q7: How does epistasis demonstrate that most traits involve multiple gene interactions?
Epistasis shows that most biological traits result from interactions between multiple genes rather than single genes controlling traits independently. Although Mendel studied unrelated traits in peas, most real traits involve complex genetic interactions where one gene masks or interferes with another. The spectrum of rabbit fur colors—white, brown, or black—from different allele combinations at two loci exemplifies this genetic complexity.