Heterozisului , cunoscut și ca avantaj heterozygote și vigoarea hibridă, este un fenomen genetic care se manifestă în îmbunătățirea în ceea ce privește părinții, performanța fiziologică în prima generație a crucii între rude îndepărtate ale aceleiași specii sau între diferite specii, de plante și animale.
Îmbunătățirea performanței fiziologice are loc, de exemplu, în creșterea sănătății, a capacității cognitive sau a masei, referindu-se la caracteristici fenotipice avantajoase care rezultă din existența unui genotip mai adecvat.
Sursa: pixabay.com
Trebuie menționat că, prin rude îndepărtate, înțelegem indivizi din populații izolate genetic, precum și soiuri, tulpini sau subspecii din aceeași specie.
Afectarea depresiei
Heteroza este rezultatul exogamiei. Este opusul consangvinizării, care poate produce homozigozitate. Datorită recombinării genetice, avantajele heterozigoților pot dispărea, prin reapariția homozigozității și chiar prin sterilitate, în a doua generație.
Cu toate acestea, împărțirea genetică între rudele îndepărtate poate conferi avantaje adaptative pe termen lung.
Depresia consangvinizantă este reducerea adaptabilității (fitness) cauzată de consangvinizare. Se exprimă ca o reducere a supraviețuirii și a reproducerii în descendența indivizilor înrudiți cu privire la descendența indivizilor fără legătură. Este un fenomen universal care a fost documentat la plante și animale.
Atunci când există o încrucișare între rudele îndepărtate ale aceleiași specii sau între specii diferite, rezultatul este de obicei încorporarea de alele noi sau rare (introgresie) în bazinul genic al populației la care membrii generației rezultă din traversare inițială.
De fapt, exogamia este adesea o sursă mai importantă de alele noi sau rare decât mutația. Aceste alele conferă două avantaje: 1) cresc variabilitatea genetică și, prin urmare, frecvența indivizilor heterozigoti din populația menționată; 2) introduceți gene care codifică trăsăturile fenotipice care reprezintă preadaptări noi.
Avantaje genetice
Din punct de vedere al geneticii mendeliene, avantajele heteroziei au fost explicate prin două ipoteze: 1) completarea, denumită și modelul de dominare; 2) interacțiunea alelică, denumită și modelul de supra-dominare.
Ipoteza de completare postulează că, la mai mulți loci genetici, descendența heterozigotă exprimă mai puține alele recesive ușor deletere decât părinții lor homozigoti.
În descendența hibridă, alelele superioare ale unui părinte ar ascunde alelele inferioare ale celuilalt părinte. Acest lucru ar însemna că, pentru fiecare dintre locii genetici implicați, descendenții exprimă doar cel mai bun dintre alelele de la ambii părinți.
Astfel, prima generație va avea un genotip cumulativ mai potrivit cu cele mai bune caracteristici ale fiecărui părinte.
Ipoteza de interacțiune alelică postulează că cele două alele ale fiecărui loci genetice exprimă complementare, adică își adaugă efectele. Aceasta înseamnă că caracterele fenotipice codificate de ambele alele ar putea produce un răspuns mai larg la variabilitatea de mediu cu care se confruntă descendența decât este permisă de homozigozitate.
Aceste două ipoteze nu se exclud reciproc în sensul că fiecare dintre ele ar putea fi aplicate la diferite seturi de loci genetici la același individ hibrid.
În plante
La începutul secolului XX, George Shull a arătat că hibridizarea a două soiuri de porumb cultivate în Statele Unite, care și-au pierdut o parte din productivitate din cauza consangvinizării, au produs plante mai mari și mai viguroase, cu randamente superioare. În prezent, la porumbul hibrid, heterozitatea permite obținerea recoltelor cu 100-200% mai mari.
La sfârșitul anilor '70, China a început să cultive orez hibrid care produce randamente cu 10% mai mari decât porumbul convențional. În prezent, se obțin recoltele mai mari cu 20–50%
Creșterile de randament obținute prin heterozitate la alte plante cultivate comestibile sunt: vinetă, 30–100%; broccoli, 40–90%; dovlecel, 10–85%; orz, 10–50%; ceapă, 15–70%; secară, 180-200%; rapiță, 39-50%; fasole largă, 45–75%; grâu, 5–15%; morcov, 25-30%.
La animale
Catelul este cel mai cunoscut hibrid animal. Ele rezultă din împerecherea unui cal mascul (Equus caballus) cu un măgar femel (E. asinus). Utilitatea lor ca animale de ambalaj se datorează heteroziei. Sunt mai mari, mai puternici și mai rezistenți decât calul. Au pasul sigur al fundului. De asemenea, au o capacitate mai mare de învățare decât părinții lor.
Hibridizarea macacurilor (Macaca mulatta) de origine chineză și hindusă produce bărbați și femele care prezintă heterozitate datorită faptului că au o lungime mai mare a corpului capului și o masă corporală mai mare decât părinții lor. Această diferență este mai accentuată la bărbați, ceea ce le-ar putea îmbunătăți capacitatea de a concura cu bărbații non-hibrizi pentru femei.
Broasca comestibilă (Pelophylax esculentus) este hibridul fertil al Pelophylax ridibundus și P. lessonae (familia Ranidae) care trăiesc în simpatia din Europa Centrală. P. esculentus rezistă la presiuni mai mici de oxigen decât speciile părinte, permițându-i să hiberneze în apele cu deficiență severă de oxigen. Acolo unde coexistă, P. esculentus este mai abundent.
În ființa umană
În prezent, planeta noastră este locuită de o singură specie umană. Există dovezi genetice că acum 65.000-90.000 de ani, oamenii umani europeni moderni (Homo sapiens) s-au hibridizat ocazional cu neanderthalii (Homo neanderthalensis).
Există, de asemenea, dovezi care indică faptul că oamenii moderni melanesieni (Homo sapiens) s-au hibridizat destul de frecvent cu Denisovans, o specie umană misterioasă dispărută, acum 50.000 - 100.000 de ani.
Nu se știe dacă aceste hibridizări antice au dus la heterozitate, dar este posibil ca acesta să fie cazul bazat pe observarea heterozelor pozitive și negative la omul modern.
S-a dovedit că persoanelor cu tați și mame din diferite părți ale Chinei au înălțimi și performanțe academice mai mari decât mediile din regiunile de origine ale părinților lor. Aceasta poate fi interpretată ca heterozitate pozitivă.
Multe grupuri etnice diferite trăiesc în Pakistan caracterizate de niveluri ridicate de homozigozitate cauzate de frecvența ridicată a căsătoriilor consanguine. Se crede că aceste grupuri suferă de heterozitate negativă, care este exprimată în incidența mai mare decât cea normală a cancerului de sân și ovarian.
Referințe
- Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Hetoză: idei emergente despre vigoarea hibridă. Journal of Experimental Botany, 63, 6309–6314.
- Benirschke, K. 1967. Sterilitatea și fertilitatea hibrizilor interspecifici de mamifere. În: Benirschke, K., ed. „Aspecte comparative ale insuficienței reproductive”. Springer, New York.
- Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. Dinastia Darwin / Wedgwood a fost afectată negativ de consanguinitate? BioScience, 60, 376-383.
- Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Dezvăluirea bazei genetice a vigoare hibridă. Proceedings of the National Academy of Science of the USA, 103, 12957–12958.
- Burke, JM, Arnold, ML 2001. Genetica și fitnessul hibrizilor. Revizuirea anuală a geneticii, 35, 31–52.
- Callaway, E. 2011. ADN-ul antic dezvăluie secrete ale istoriei umane: oamenii moderni ar fi putut să ia gene cheie de la rude dispărute. Natura, 137, 136-137.
- Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Cancer prin heterozitate negativă: exces de cancer de sân și de ovar în hibrizi ai grupurilor etnice consangvinizate. Ipoteze medicale, 64, 1002–1006.
- Frankel, R. 1983. Heterosis: reevaluarea teoriei și practicii. Springer, Berlin.
- Frankham, R. 1998. Afecțiune și dispariție: populații insulare. Conservarea Biologie, 12, 665-675.
- Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Rezistența plantelor și animalelor hibride la erbivore, agenți patogeni și paraziți. Revizuirea anuală a ecologiei și sistematicii, 565–591.
- Govindaraju, DR 2019. O elucidare a unei enigme vechi de peste un secol în genetică-heterozitate. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
- Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Rolul epigeneticii în vigoarea hibridă. Tendințe în genetică, 29, 684–690.
- Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Heterozigozitatea - corelațiile de fitness și relevanța lor pentru studii asupra depresiei consangvinizate la speciile amenințate. Ecologie moleculară, 17, 3978–3984.
- Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. Înțelegerea depresiei consangvinizate, purjarea și salvarea genetică. Tendințe în ecologie și evoluție, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
- Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Depresiune consacrată în biologia conservării. Revizuirea anuală a ecologiei și sistematicii, 31, 139–62.
- Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. Spre baza moleculară a heterozelor. TENDINȚE în știința plantelor, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
- Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Babuini hibrizi intergenerici. Revista internațională de primatologie, 18, 597-627.
- Kaeppler, S. 2012. Heterosis: multe gene, multe mecanisme, încheie căutarea unei teorii unificatoare nedescoperite. Volumul de botanică ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
- Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Efectele heteroziei asupra creșterii în înălțime și a segmentelor sale: un studiu în secțiune transversală a fetelor Khasi din nord-estul Indiei. Analele biologiei umane, 30, 605–621.
- Lacy, RC Importanța variației genetice pentru viabilitatea populațiilor de mamifere. Journal of Mammalogie, 78, 320–335.
- Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Hetoză: revizuirea magiei. TENDINȚE în Genetică, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
- McQuillan, R., și colab. 2012. Evidența depresiei consangvinizate la înălțimea umană. PLoS Genetics, 8, e1002655.
- Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Cunoașterea mulului: un caz de vigoare hibridă? Animal Cognition, 12, 75–84.
- Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. Căsătoriile hibride și heterozitatea fenotipică la urmași: dovezi din China. Economie și biologie umană. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.