12.11
Naast meerdere allelen op dezelfde locus die eigenschappen beïnvloeden, kunnen talrijke genen of allelen op verschillende locaties op elkaar inwerken…
- [Verteller] Naast meerdere allelen, kunnen verschillende genen op verschillende locaties op elkaar inwerken en invloed uitoefenen op fenotypen zoals bontpigmenten in een fenomeen dat epistase wordt genoemd. Bijvoorbeeld, de kleur van een konijn wordt beïnvloed door verschillende genen, waaronder tyrosinase. Opvallend is dat ongepigmenteerde dieren die er volledig wit uitzien, homozygoot zijn voor een recessief gemuteerd allel van tyrosinase, terwijl de dieren die het dominante allel dragen, een gekleurde vacht hebben.
Een dergelijke kleur wordt gedeeltelijk vastgesteld door een ander gen genaamd tyrosinase-gerelateerd eiwit 1, dat wordt afgekort tot TYRP1. De dominante variant veroorzaakt hier zwarte vacht, terwijl het recessieve allel een bruine of chocoladetint veroorzaakt. Afgezien van andere factoren die betrokken zijn bij de vachtkleur, zijn konijnen die heterozygoot zijn op deze twee loci, zwart van kleur.
En wanneer ze paren, zal elke nakomeling met twee recessieve tyrosinase allelen een witte, ongepigmenteerde vacht hebben, ongeacht hun TYRP1-elementen, aangezien de recessieve allelen van tyrosinase de bruine of zwarte kleur van de vacht maskeren of verbergen, die anders geproduceerd zou zijn. Dit is een voorbeeld van recessieve epistase, waarbij de tyrosinaseconfiguratie epistatisch is ten opzichte van TYRP1. Door epistatische interacties te evalueren, kunnen onderzoekers begrijpen hoe verschillende soorten vachtkleuren ontwikkelden voor unieke omgevingen, en kunnen ze zelfs bepalen of genen zich binnen dezelfde cellulaire weg gedragen.
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.