CE ESTE PLEIOTROPIA? (CU EXEMPLE) - BIOLOGIE - 2025

Pleiotropy este fenomenul genetic în care exprimarea unei gene într - un individ afectează exprimarea fenotipică a altor caractere neînrudite. Etimologic, pleiotropia înseamnă „mai multe schimbări” sau „multe efecte”: adică mai multe efecte decât se așteptau din expresia unei singure gene. Este cunoscut și sub numele de polifenie (multe fenotipuri), dar este un termen foarte rar folosit.

Unul dintre fenomenele moștenirii pe care cei mai mulți genetici i-au confundat în perioada de început a acestei științe a fost cel al mutațiilor care au afectat mai mult de un caracter.

La început se credea că fiecare caracter era controlat de o singură genă. Atunci ne-am dat seama că manifestarea unui personaj ar putea necesita participarea mai multor gene.

Ceea ce este cel mai surprinzător este însă faptul că o singură genă poate afecta manifestarea mai multor trăsături ereditare, care este esențial ceea ce definește pleiotropia.

În general, atunci când este demonstrată pleiotropia, este mai potrivit să spunem că gena responsabilă are efecte pleiotropice decât că gena este pleiotropă.

Deși nu toți respectă această convenție, este important de menționat că gena pleiotropică codifică o trăsătură particulară și nu pleiotropia în sine.

Altfel, „normalitatea” nu ar fi altceva decât manifestarea pleiotropică a acțiunii unei alele sălbatice a unei gene specifice asupra altora. Totuși, acest lucru este greșit genetic.

Istorie

Termenul de pleiotropie a fost folosit pentru prima dată de un genetician german numit Ludwig Plate în 1910. Placa a folosit termenul pentru a explica apariția mai multor trăsături fenotipice diferite care apar întotdeauna împreună și pot părea corelate. Potrivit acestuia, acest fenomen, când are loc, se datorează unei unități de moștenire pleiotropică.

Un alt german, Hans Gruneberg, a împărțit pleiotropia în „autentic” și „spurios”. Primul s-a caracterizat prin apariția a două produse primare distincte dintr-o singură locație.

Al doilea, potrivit acestui autor, s-a referit la un singur produs primar care a fost folosit în moduri diferite. Astăzi, sensul Gruneberg de pleiotropie autentică a fost aruncat, în timp ce pleiotropia spuriosă este considerată pur și simplu drept pleiotropie.

O altă diviziune a conceptului de pleiotropie a fost făcută de Ernst Hadorn, care a subliniat că există două tipuri de pleiotropie: mozaic și relațional. Prima apare atunci când o genă codifică informații care afectează două trăsături fenotipice diferite.

Pe de altă parte, pleiotropia relațională apare atunci când o genă determină inițierea diferitelor evenimente legate între ele și care vor afecta multiple trăsături independente.

Kacser și Burns, din partea lor, au subliniat că orice variație în orice parte a genomului afectează toate trăsăturile în diferite grade, direct sau indirect. Această idee este cunoscută sub denumirea de pleiotropie universală.

Exemple de gene cu efecte pleiotropice

Pleiotropia, fiind un fenomen care descrie unele dintre consecințele interacțiunii dintre produsele genelor, este universal.

Virusurile, precum și toate organismele de natură celulară, posedă gene ale căror produse sunt importante pentru manifestarea altor caractere. Aceste gene, ale căror alele de tip sălbatic și mutante au efecte pleiotropice, sunt de altă natură.

-Gena vestigială din Drosophila

În Drosophila (musca fructului), gena vestigială determină nivelul de dezvoltare a aripilor. Când această genă este moștenită de la ambii părinți, muștele descendent va prezenta aripi vestigiale și nu va putea zbura.

Totuși, acestea nu vor fi singurele efecte ale genei vestigiale. Această genă este pleiotropă, iar prezența sa duce, de asemenea, la reducerea numărului de ouă din ovarele muștelor. De asemenea, modifică numărul și aranjarea perilor din torace și reduce durata de viață.

-Pigmentarea și surditatea la pisici

Gena care codifică informațiile despre pigmentare la pisici este o genă pleiotropă. Din această cauză, un procent destul de mare de pisici cu blană albă și ochi albaștri sunt, de asemenea, surzi.

Chiar și pisicile albe care au un ochi albastru și un ochi galben sunt surzi doar în ureche, care se află în aceeași parte a capului ca ochiul albastru.

Pleiotropie la pisici. Pisica albă cu heterochromie. Preluat și editat din: Keith Kissel, prin Wikimedia Commons.

-Coate cu pene ondulate

La pui, o genă dominantă produce efectul penei înfundate. S-a dovedit că această genă are un efect pleiotropic, deoarece manifestă alte efecte fenotipice: rate metabolice crescute, temperatură corporală crescută, consum mai mare de alimente.

În plus, puii cu această genă arată o întârziere a maturității sexuale și scăderea fertilității.

-În oameni

Sindromul Marfan

Printre simptomele acestui sindrom se numără: dimensiuni ale corpului neobișnuit de mari, tulburări progresive ale inimii, luxația lentilei ochiului, tulburări pulmonare.

Toate aceste simptome sunt direct legate de o mutație genică unică. Această genă, numită FBN1, este pleiotropă, deoarece funcția sa este de a codifica o glicoproteină care este utilizată în țesuturile conective în diferite părți ale corpului.

Sindromul Holt-Oram

Pacienții cu acest sindrom prezintă anomalii la nivelul oaselor carpiene și al altor oase ale primelor membre. În plus, aproximativ 3 din 4 pacienți cu acest sindrom au probleme cardiace.

Sindromul Nijmegen

Se caracterizează prin faptul că cei care suferă de aceasta au microcefalie, imunodeficiență, tulburări de dezvoltare și o înclinație la cancerul limfatic și leucemie.

-Phenylketonuria

Un cunoscut caz de efect pleiotropic este cauzat de alele mutante responsabile de fenilcetonurie.

Fenilcetonuria, o boală metabolică, se datorează mutației unei singure gene care codifică enzima fenilalanină hidroxilază. Enzima mutantă inactivă nu este în măsură să descompună aminoacidul fenilalanină; atunci când acest lucru se acumulează, organismul devine intoxicat.

Prin urmare, efectul observat la indivizii care poartă cele două copii ale genei mutate este multiplu (pleiotropic).

Cauza bolii sau sindromului este lipsa activității metabolice care provoacă erupții ale pielii, tulburări neurologice, microcefalie, piele corectă și ochi albaștri (din cauza lipsei de generare de melanină) etc., pe diferite căi.

Niciuna dintre genele implicate în manifestarea alterată a acestor alte trăsături nu este în mod necesar mutată.

-Alte căi metabolice

Este foarte frecvent cazul în care mai multe enzime împărtășesc sau folosesc același cofactor pentru a fi activ. Acest cofactor este produsul final al acțiunii concertate a altor câteva proteine ​​care participă la această cale biosintetică.

Dacă o mutație este generată în oricare dintre genele care codifică proteinele acestei căi, cofactorul nu va fi produs. Aceste mutații vor avea un efect pleiotropic, deoarece niciuna dintre proteinele care depind de cofactor pentru a fi activ nu va putea fi activă, deși propriile gene sunt perfect funcționale.

molibden

Atât în ​​procariote, cât și în eucariote, de exemplu, molibdenul este esențial pentru funcționarea anumitor enzime.

Molibdenul, pentru a fi util din punct de vedere biologic, trebuie complexat cu o altă moleculă organică, produsul acțiunii diferitelor enzime dintr-o cale metabolică complexă.

Odată ce acest cofactor complexat cu molibdenul este format, acesta va fi utilizat de către toți molibbdoproteinele pentru a-și exercita propria funcție.

Efectul pleiotropic într-o mutație care împiedică sinteza molibbdocactorului se va manifesta nu numai în absența acestuia, ci și în pierderea activității enzimatice a tuturor molibdenzimelor individului care poartă mutația.

-Laminopathies

Lamina nucleară este o plasă complexă din interiorul nucleului, atașată dinamic de membrana sa internă. Lamina nucleară reglează arhitectura nucleului, partiția dintre euchromatină și heterocromatină, expresia genelor, precum și replicarea ADN-ului, printre altele.

Lamină de bază este alcătuită din câteva proteine ​​cunoscute colectiv sub numele de laminine. Deoarece acestea sunt proteine ​​structurale cu care interacționează o multitudine de multe altele, orice mutație care vă afectează genele va avea efecte pleiotropice.

Efectele pleiotropice ale mutațiilor în genele lamininei se vor manifesta ca boli care se numesc laminopatii.

Adică, o laminopatie este manifestarea pleiotropică rezultată din mutații în genele lamininei. Manifestările clinice ale laminopatiilor includ, dar nu se limitează la, Progeria, distrofia musculară Emery-Dreifuss și o serie de alte afecțiuni.

-Regulatoare de transcriere

Alte gene ale căror mutații dau naștere la o multitudine de efecte pleiotropice diferite sunt cele care codifică regulatorii transcripționali.

Acestea sunt proteine ​​care controlează în mod specific expresia genelor; există și alții care sunt regulatori generali ai transcrierii. În orice caz, absența acestor produse determină faptul că alte gene nu sunt transcrise (adică nu sunt exprimate).

O mutație care determină absența sau funcționarea defectuoasă a unui regulator transcripțional general sau specific va avea efecte pleiotropice în organism, deoarece nici o genă nu va fi exprimată sub controlul ei.

Pleiotropie și epigenetică

Descoperirea mecanismelor de modificare a expresiei genice care nu depind de modificările secvenței nucleotidice a genelor (epigenetică) ne-a îmbogățit viziunea asupra pleiotropiei.

Unul dintre cele mai studiate aspecte ale epigeneticii este acțiunea microARN-urilor endogene. Acestea sunt produsul transcrierii genelor numite mir.

Transcrierea unei gene mir dă naștere la un ARN care, după ce a fost procesat, acționează în citoplasmă ca un mic ARN de inactivare.

Aceste ARN-uri sunt numite ARN-uri mici de tăcere, deoarece au capacitatea de a fi complementare cu ARN-urile de mesagerie. Prin alăturarea lor, mesagerul este degradat și personajul nu este exprimat.

În unele cazuri, această mică moleculă se poate lega la mai multe mesaje diferite, dând naștere, desigur, la un efect pleiotropic.

Pleiotropie și îmbătrânire

Explicația pentru cauzele naturale ale senescenței ar putea sta în efectul genelor pleiotropice. Conform unei ipoteze propuse de GC Williams, senescența este consecința a ceea ce el a numit pleiotropie antagonistă.

Dacă există gene ale căror produse au efecte antagonice în diferite etape ale vieții unui organism, atunci aceste gene ar putea contribui la îmbătrânire.

Dacă efectele benefice se manifestă înainte de reproducere și efectele dăunătoare după aceasta, atunci ele ar fi favorizate de selecția naturală. În caz contrar, selecția naturală ar funcționa împotriva acestor gene.

În acest fel, dacă genele sunt cu adevărat pleiotropice, senescența ar fi inevitabilă, deoarece selecția naturală ar acționa întotdeauna în favoarea genelor care favorizează reproducerea.

Pleiotropie și specializare

Speciația simpatică este un tip de speciație care apare fără bariere geografice între populații. Acest tip de specializare este aparent favorizat de mutațiile pleiotropice.

Modelele de simulare matematice dezvoltate de Kondrashov arată că izolarea reproductivă între populațiile simpatice poate apărea din cauza apariției unor trăsături cantitative ecologice importante sub selecție perturbatoare.

Aceleași modele indică faptul că aceste trăsături trebuie să fie legate de gene pleiotrope. Dacă modificările se datorează mai multor gene, și nu una pleiotropică, recombinarea genelor în timpul reproducerii ar împiedica speciația. Pleiotropia ar evita efectele perturbatoare ale recombinării.

Pleiotropie și adaptare

Terenul este în continuă schimbare. Organismele trebuie să se schimbe constant pentru a se adapta la noile condiții. Aceste schimbări duc la ceea ce este cunoscut sub numele de evoluție.

Mulți autori susțin că evoluția duce la o complexitate din ce în ce mai mare a organismelor. Această complexitate poate fi morfologică, unde un anumit personaj ar putea evolua independent de altul în condiții specifice de mediu.

Cu toate acestea, pe măsură ce organismele devin mai complexe, capacitatea lor de a răspunde la schimbări încetinește. Aceasta este ceea ce se numește „costul evolutiv al complexității”.

Modelele matematice susțin că adaptările datorate modificărilor genelor pleiotrope ar fi mai puțin costisitoare din punct de vedere evolutiv decât cele datorate modificărilor caracterelor codate de gene individuale.

Referințe

1. Brooker, RJ (2017). Genetică: analiză și principii. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, SUA.
2. Goodenough, UW (1984) Genetică. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, SUA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). O introducere în analiza genetică ( ediția ^a 11- ^a ). New York: WH Freeman, New York, NY, SUA.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) Efecte complexe ale mutațiilor de laminopatie asupra structurii și funcției nucleare. Genetica clinică, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropie: o genă poate afecta mai multe trăsături. Educația naturii, ora 1:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) domesticirea porumbului și interacțiunea genelor. Noul fitolog, 220: 395-408.