Фон и окружающая среда влияют на фенотип

6.5K views02:27 min

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.

Overview

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хотя генетический состав организма играет важную роль в определении фенотипа, существует также несколько факторов окружающей среды, таких как температура, доступность кислорода, присутствие мутагенов, которые могут изменить фенотип организма.

Пример того, как генетический фон влияет на фенотип, можно увидеть на примере лошадей. Ген Extension у лошадей отвечает за цвет шерсти. Ген дикого типа (EE) производит черный пигмент в шерсти, а мутантный ген (ee) производит красный пигмент. Ген-модификатор, называемый кремовым разбавлением, имеет два аллеля: C^cr и C. C^cr разбавляет цвет шерсти от красного до желтого, когда он присутствует в гетерозиготном состоянии, и от красного до кремового, когда он присутствует в гомозиготном состоянии. Однако аллель C не влияет на окрас шерсти. Так, лошади с генотипом eeCC имеют рыжевато-коричневую шерсть, хвосты и гриву, а лошади с генотипом eeC^crC — золотистую шерсть с белыми хвостом и гривой.

Напротив, у некоторых организмов, таких как сиамские кошки, цвет шерсти очень чувствителен к изменениям температуры. У этих кошек наблюдается частичный альбинизм из-за мутации фермента, участвующего в выработке меланина. Фермент активен на более холодных участках кожи, что приводит к более темному цвету, и неактивен на более теплых участках кожи, что приводит к более светлому цвету. В результате на лице и конечностях появляется характерный для породы темный мех.

Аналогичным образом, присутствие лекарств или химических веществ в непосредственной среде организма также может влиять на экспрессию генов в организме. Например, Ч. Р. Стокард показал, что у рыбы Fundulus гетероклитус развился только один глаз, когда оплодотворенную икру поместили в раствор хлорида магния.

В заключение следует отметить, что существует сложное взаимодействие между генотипом и факторами окружающей среды организма, которое может привести к вариабельным фенотипам.