12.11
В дополнение к нескольким аллелям в одном и том же локусе, влияющих на черты, многочисленные гены или аллели в разных местах могут взаимодействовать и…
В дополнение к нескольким аллелям, различные гены в разных местах могут взаимодействовать и влиять на фенотипы, как пигмент меха, в явлении, называемом эпистазом. Например, цвет кролика зависит от различных генов, среди них тирозиназа. Интересно, что непигментированные животные полностью белые гомозиготны для рецессивного мутантного аллеля тирозиназы, в то время как те, кто несёт доминирующий аллель, имеют окрашенные шкуры.
Такой цвет частично установлен другим геном, связанным с белком тирозиназой 1, сокращённо TYRP1. Здесь доминантный вариант вызывает черный мех, а мех с коричневым или шоколадным оттенком результат рецессивного аллеля. Игнорируя другие факторы, связанные с цветом меха, кролики, гетерозиготные в этих двух локусах выглядят черными.
И когда они спариваются, любое потомство с двумя рецессивными аллелями тирозиназы будет иметь белый, непигментированный мех, независимо от элементов TYRP1, так как рецессивные аллели тирозиназы маскируют или скрывают коричневый или черный цвет меха, который получился бы в противном случае. Это пример рецессивного эпистаза, где конфигурация тирозиназы является эпистатической для TYRP1. Путём оценки эпистатических взаимодействий, исследователи могут понять, как различные виды получают цвета меха, подходящие для уникального окружения, и даже определить, действуют ли гены в том же клеточном процессе.
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.