1.12
Фон и окружающая среда влияют на фенотип
Хотя генетический состав организма играет важную роль в определении фенотипа, существует также несколько факторов окружающей среды, таких как температ…
На фенотип организма могут влиять не только генотипы, но и несколько факторов, в том числе генетический фон и окружающая среда. Иногда эти эффекты могут происходить одновременно.
«Генетический фон» представляет собой все родственные гены в геноме, которые могут взаимодействовать с интересующим геном.
Окружающая среда, с другой стороны, включает в себя множество внешних факторов, с которыми организм может столкнуться, включая температуру, диету и условия освещения.
Мутации в нескольких родственных генах могут влиять на фенотип организма. Например, кирпичный красноглазый окрас дикого типа дрозофилы обусловлен наличием двух пигментов, оммохрома и дрозоптерина, которые регулируются тремя генами.
Ген киновари является первым шагом на пути производства коричневого пигмента оммохрома.
Коричневый ген кодирует мембранный транспортный белок, который необходим для производства красного пигмента дрозоптерина.
Белый ген отвечает за перенос этих пигментов в глаз.
Мутации в гене киновари приводят к появлению мухи с ярко-красными глазами, в то время как мутация в гене коричневого цвета приводит к появлению мухи с карими глазами.
Тем не менее, мутация в белом гене приводит к появлению белоглазой мухи, даже если два других гена функциональны.
Температура, один из многих факторов окружающей среды, играет жизненно важную роль в определении пола развивающихся европейских прудовых черепах.
Когда яйца инкубируются при температуре 25°C, ткани гонад развиваются в семенники, и все потомство является мужским. Однако, когда яйца инкубируются при 30°C, ткани гонад развиваются в яичники, и все потомство является самками.
Этот период, в течение которого гонадная ткань реагирует на температуру, называется термочувствительным периодом.
Изменение происходит в гонадной ткани, потому что экспрессия гена Sox9 изменяется в ответ на температуру.
При более низких температурах экспрессия высокая, а при более высоких температурах экспрессия подавляется. Эта вариабельная экспрессия приводит к наблюдаемым изменениям фенотипа - пола потомства.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is genetic background and how does it affect an organism's phenotype?
Genetic background represents all related genes in a genome that may interact with a gene of interest. Mutations in multiple related genes can significantly affect phenotype. For example, Drosophila eye color depends on three genes: vermilion produces ommochrome pigment, brown encodes a transport protein for drosopterin, and white carries these pigments to the eye. A mutation in any single gene alters the final phenotype.
Q2: How do environmental factors like temperature influence phenotype?
Environmental factors including temperature, diet, and light conditions can significantly alter phenotype independent of genotype. In European pond turtles, incubation temperature during the thermosensitive period determines offspring sex by controlling Sox9 gene expression. At 25°C, high Sox9 expression produces males; at 30°C, repressed expression produces females, demonstrating how temperature directly shapes observable traits.
Q3: What role does genetic background play in horse coat color?
In horses, the Extension gene determines base coat color, while the cream dilution modifier gene alters pigmentation. Horses with genotype eeCC produce reddish-brown coats, while eeCcrC horses display gold coats with white tails and manes. This demonstrates how multiple alleles interact within genetic background to produce distinct phenotypes from similar base genotypes.
Q4: How does temperature sensitivity affect coat color in Siamese cats?
Siamese cats carry a temperature-sensitive mutation affecting melanin-producing enzyme activity. The enzyme remains active in colder skin regions, producing darker pigmentation, while inactivity in warmer areas results in lighter coloring. This creates the breed's characteristic dark fur on the face and extremities, demonstrating how environmental temperature interacts with genotype to produce phenotypic variation.
Q5: Can chemical exposure in the environment alter phenotype?
Yes, chemicals and drugs in an organism's environment can influence gene expression and phenotype. C. R. Stockard demonstrated that Fundulus heteroclitus fish exposed to magnesium chloride solution during development produced offspring with a single eye instead of two. This shows how environmental chemical exposure can dramatically alter developmental phenotype regardless of normal genotype.
Q6: Why do mutations in different genes produce different eye colors in Drosophila?
Drosophila eye color results from a pigment pathway involving three genes. Vermilion mutations produce bright red eyes by disrupting ommochrome production. Brown mutations cause brown eyes by blocking drosopterin synthesis. White mutations produce white eyes by preventing pigment transport to the eye, even when other genes function normally, illustrating how different genes control distinct steps in phenotype development.
Q7: How do genotype and environment interact to produce variable phenotypes?
Phenotype results from complex interactions between genotype and environmental factors. An organism's genetic makeup establishes the potential phenotype, while environmental conditions like temperature, chemicals, diet, and light determine whether and how that potential is expressed. Both factors must be considered together to fully understand why organisms with identical genotypes can display different phenotypes.