Apa itu pleiotropi? (dengan contoh)



itu pleiotropi itu adalah fenomena genetik di mana ekspresi gen memengaruhi manifestasi fenotipik karakter yang tidak berhubungan dalam diri individu. Secara etimologis, pleiotropi berarti "lebih banyak perubahan" atau "banyak efek": yaitu, lebih banyak efek daripada yang diharapkan oleh ekspresi gen tunggal. Ini juga dikenal sebagai polifenia (banyak fenotipe), tetapi ini adalah istilah yang sedikit digunakan.

Salah satu fenomena warisan yang lebih membingungkan para ahli genetika selama masa kanak-kanak ilmu ini adalah bahwa mutasi yang mempengaruhi lebih dari satu karakter..

Pada awalnya diyakini bahwa setiap karakter dikendalikan oleh satu gen. Kemudian kami menyadari bahwa manifestasi karakter dapat membutuhkan partisipasi lebih dari satu gen.

Namun, hal yang paling mengejutkan adalah bahwa satu gen dapat memengaruhi manifestasi lebih dari satu sifat bawaan, yang pada dasarnya adalah apa yang mendefinisikan pleiotropi..

Secara umum, ketika pleiotropi diperlihatkan, lebih tepat untuk mengatakan bahwa gen yang bertanggung jawab memiliki efek pleiotropik terhadap gen tersebut. adalah pleiotropik.

Meskipun tidak semua orang menghormati konvensi ini, penting untuk menekankan bahwa gen dengan kode efek pleiotropik untuk sifat tertentu dan bukan untuk pleiotropi. per se.

Kalau tidak, "normalitas" tidak lebih dari efek manifestasi pleiotropik dari aksi alel liar gen tertentu pada orang lain. Namun, ini secara genetik salah.

Indeks

  • 1 Sejarah
  • 2 Contoh gen dengan efek pleiotropik
    • 2.1 - Gen peninggalan dalam Drosophila
    • 2.2 -Pigmentasi dan tuli pada kucing
    • 2.3 - Ayam berbulu keriting
    • 2.4 -Dalam manusia
    • 2.5 - Fenilketonuria
    • 2.6 - Jalur metabolisme lainnya
    • 2.7 - Patologi
    • 2.8 - Regulator transkripsional
  • 3 Pleiotropi dan epigenetik
  • 4 Pleiotropi dan penuaan
  • 5 Pleiotropi dan spesiasi
  • 6 Pleiotropi dan adaptasi
  • 7 Referensi

Sejarah

Istilah pleiotropy digunakan untuk pertama kalinya oleh ahli genetika Jerman bernama Ludwig Plate pada tahun 1910. Plate menggunakan istilah ini untuk menjelaskan penampilan beberapa fitur fenotipik berbeda yang selalu terjadi bersama dan mungkin tampak berkorelasi. Menurutnya, fenomena ini, ketika itu terjadi, disebabkan oleh unit pewarisan pleiotropik.

Orang Jerman lainnya, Hans Gruneberg, membagi pleiotropi menjadi "asli" dan "palsu". Yang pertama ditandai dengan munculnya dua produk primer yang berbeda dari satu tempat.

Yang kedua, menurut penulis ini, merujuk pada produk primer tunggal yang digunakan dengan cara yang berbeda. Hari ini makna Gruneberg tentang pleiotropi telah dibuang, sementara pleiotropi palsu hanya dianggap sebagai pleiotropi..

Pembagian lain dari konsep pleiotropi dibuat oleh Ernst Hadorn, yang menunjukkan bahwa ada dua jenis pleiotropi: mosaik dan relasional. Yang pertama terjadi ketika gen mengkodekan informasi yang mempengaruhi dua sifat fenotipik yang berbeda.

Pleiotropy relasional, di sisi lain, terjadi ketika gen menentukan awal dari berbagai peristiwa yang saling terkait yang akan mempengaruhi banyak sifat independen.

Kacser dan Burns, di sisi lain, menunjukkan bahwa variasi dalam bagian genom apa pun mempengaruhi semua sifat dalam derajat yang berbeda, baik secara langsung maupun tidak langsung. Gagasan ini dikenal sebagai pleiotropi universal.

Contoh gen dengan efek pleiotropik

Pleiotropi, menjadi fenomena yang menggambarkan beberapa konsekuensi dari interaksi antara produk-produk gen, bersifat universal.

Virus, serta semua organisme yang bersifat seluler, memiliki gen yang produknya penting untuk perwujudan karakter lain. Gen-gen ini, yang alel dan mutan liarnya memiliki efek pleiotropik, memiliki sifat yang berbeda.

-Gen peninggalan dalam Drosophila

Masuk Drosophila (lalat buah), gen peninggalan menentukan tingkat perkembangan sayap. Ketika gen ini diwarisi dari kedua orang tua, lalat keturunan akan memiliki sayap peninggalan dan tidak akan bisa terbang.

Namun, ini bukan satu-satunya efek gen vestigial. Gen ini bersifat pleiotropik dan keberadaannya juga menyebabkan berkurangnya jumlah ovula di ovarium lalat. Ini juga memodifikasi jumlah dan disposisi bulu di dada dan mengurangi waktu hidup ini.

-Pigmentasi dan ketulian pada kucing

Gen yang mengkode informasi pigmentasi pada kucing adalah gen pleiotropic. Karena itu, persentase kucing dengan bulu putih dan mata biru yang cukup tinggi juga tuli.

Bahkan kucing putih dengan satu mata biru dan kuning hanya tuli dari telinga yang berada di sisi kepala yang sama dengan mata biru..

-Ayam-ayam dengan bulu melengkung

Pada ayam, gen dominan menghasilkan efek bulu keriting. Gen ini menunjukkan bahwa ia memiliki efek pleiotropik karena ia memanifestasikan efek fenotipik lainnya: peningkatan laju metabolisme, peningkatan suhu tubuh, konsumsi makanan yang lebih besar.

Selain itu, ayam dengan gen ini telah menunda kematangan seksual dan menurunkan kesuburan.

-Pada manusia

Sindrom Marfan

Di antara gejala-gejala sindrom ini adalah: ukuran tubuh yang luar biasa tinggi, kelainan jantung progresif, dislokasi lensa mata, kelainan paru.

Semua gejala ini berkaitan langsung dengan mutasi gen tunggal. Gen ini, yang disebut FBN1, adalah pleiotropik, karena fungsinya adalah untuk menyandikan glikoprotein yang digunakan dalam jaringan ikat dari berbagai bagian tubuh..

Sindrom Holt-Oram

Pasien dengan sindrom ini memiliki kelainan pada tulang karpal dan tulang kaki depan lainnya. Selain itu, sekitar 3 dari 4 pasien dengan sindrom ini memiliki masalah jantung.

Sindrom Nijmegen

Ini ditandai karena mereka yang menderita itu memiliki mikrosefali, defisiensi imun, gangguan perkembangan dan kecenderungan kanker limfatik dan leukemia..

-Fenilketonuria

Kasus efek pleiotropik yang terkenal adalah yang disebabkan oleh alel mutan yang bertanggung jawab untuk fenilketonuria.

Fenilketonuria, penyakit yang bersifat metabolik, disebabkan oleh mutasi gen tunggal yang mengkode enzim fenilalanin hidroksilase. Enzim mutan tidak aktif tidak mampu membusuk asam amino fenilalanin; ketika ini menumpuk, organisme menjadi mabuk.

Oleh karena itu, efek yang diamati pada individu yang membawa dua salinan gen bermutasi adalah multipel (pleiotropik).

Penyebab penyakit, atau sindrom, adalah kurangnya aktivitas metabolisme yang menyebabkan ruam kulit, gangguan neurologis, mikrosefali, kulit jernih dan mata biru (karena kurangnya generasi melanin), dll, dengan cara yang berbeda..

Tidak ada gen yang terlibat dalam manifestasi yang diubah dari karakter-karakter lain ini yang perlu dimutasi.

-Jalur metabolisme lainnya

Sangat umum terjadi di mana beberapa enzim berbagi atau menggunakan kofaktor yang sama untuk menjadi aktif. Kofaktor ini adalah produk akhir dari aksi bersama dari beberapa protein lain yang berpartisipasi dalam jalur biosintesis ini.

Jika mutasi dihasilkan di salah satu gen yang mengkode protein di jalur ini, kofaktor tidak akan diproduksi. Mutasi ini akan memiliki efek pleiotropik, karena tidak ada protein yang bergantung pada kofaktor untuk menjadi aktif akan mampu, walaupun gen mereka sendiri berfungsi sempurna.

Molibdenum

Baik dalam prokariota maupun eukariota, misalnya, molibdenum sangat penting untuk berfungsinya enzim tertentu.

Molibdenum, agar bermanfaat secara biologis, harus dikomplekskan ke molekul organik lain, produk dari aksi beberapa enzim dalam jalur metabolisme kompleks.

Setelah kofaktor ini kompleks dengan molibdenum telah terbentuk, kofaktor ini akan digunakan oleh semua molibdoprotein untuk mengerahkan masing-masing fungsinya masing-masing..

Efek pleiotropik dalam mutasi yang mencegah sintesis molibdocofactor akan terwujud tidak hanya dengan tidak adanya hal ini, tetapi juga pada hilangnya aktivitas enzimatik semua molibbenzenzim individu yang membawa mutasi.

-Laminopathies

Lamina nuklir adalah jaring yang rumit di dalam nukleus, secara dinamis melekat pada membran bagian dalamnya. Lembar nuklir mengatur arsitektur nukleus, partisi antara euchromatin dan heterochromatin, ekspresi genetik, serta replikasi DNA, antara lain.

Lamina nukleus dibentuk oleh beberapa protein yang secara kolektif dikenal sebagai laminins. Karena ini adalah protein struktural yang banyak berinteraksi dengan banyak orang lainnya, mutasi apa pun yang memengaruhi gen mereka akan memiliki efek pleiotropik..

Efek pleiotropik dari mutasi pada gen laminin akan bermanifestasi sebagai penyakit yang disebut laminopathies.

Yaitu, laminopati adalah manifestasi pleiotropik yang dihasilkan dari mutasi pada gen laminin. Manifestasi klinis dari laminopathies termasuk, tetapi tidak terbatas pada, progeria, distrofi otot Emery-Dreifuss dan sejumlah penyakit lainnya..

-Regulator transkripsional

Gen lain yang mutasinya menimbulkan banyak efek pleiotropik yang berbeda, adalah gen yang memberi kode bagi regulator transkripsi..

Ini adalah protein yang mengontrol ekspresi gen dengan cara tertentu; ada orang lain yang merupakan regulator umum transkripsi. Bagaimanapun, ketiadaan produk-produk ini menentukan bahwa gen-gen lain tidak ditranskripsi (artinya, tidak diekspresikan).

Mutasi yang menentukan tidak adanya atau tidak berfungsinya regulator transkripsional umum atau spesifik akan memiliki efek pleiotropik pada organisme, karena tidak ada gen di bawah kendalinya yang akan diekspresikan.

Pleiotropi dan epigenetik

Penemuan mekanisme perubahan dalam ekspresi gen yang tidak bergantung pada perubahan urutan gen nukleotida (epigenetik) telah memperkaya visi pleiotropi kami..

Salah satu aspek epigenetik yang paling banyak dipelajari adalah aksi mikroRNA endogen. Ini adalah produk dari transkripsi gen yang disebut lihat.

Transkripsi gen lihat menimbulkan RNA yang, setelah diproses, bertindak dalam sitoplasma sebagai RNA kecil yang tidak aktif.

RNA ini disebut RNA pembungkaman kecil karena mereka memiliki kemampuan untuk melengkapi RNA messenger putih. Untuk bergabung dengan mereka, messenger terdegradasi dan karakter tidak diekspresikan.

Dalam beberapa kasus, molekul kecil ini dapat berikatan dengan lebih dari satu pembawa pesan yang berbeda, sehingga menimbulkan efek pleiotropik..

Pleiotropi dan penuaan

Penjelasan tentang penyebab alami penuaan bisa dalam efek gen pleiotropik. Menurut sebuah hipotesis yang diajukan oleh G. C. Williams, penuaan adalah konsekuensi dari apa yang disebutnya antagonistik pleiotropi..

Jika ada gen yang produknya memiliki efek antagonis dalam berbagai tahap kehidupan suatu organisme, maka gen ini dapat berkontribusi terhadap penuaan..

Jika efek menguntungkan dimanifestasikan sebelum reproduksi dan efek merusak setelahnya, maka mereka akan disukai oleh seleksi alam. Tetapi sebaliknya, seleksi alam akan bekerja melawan gen-gen itu.

Dengan cara ini, jika gen benar-benar pleiotropik, penuaan akan tidak terhindarkan, karena seleksi alam akan selalu bertindak mendukung gen yang mendukung reproduksi.

Pleiotropi dan spesiasi

Spesiasi sympatric adalah jenis spesiasi yang terjadi tanpa hambatan geografis antar populasi. Jenis spesiasi ini tampaknya disukai oleh mutasi pleiotropik.

Model simulasi matematika yang dikembangkan oleh Kondrashov menunjukkan bahwa isolasi reproduksi antara populasi simpatrik dapat terjadi karena munculnya sifat-sifat kuantitatif yang penting secara ekologis di bawah seleksi yang mengganggu..

Model yang sama ini menunjukkan bahwa sifat-sifat ini harus terkait dengan gen pleiotropik. Jika perubahan disebabkan oleh beberapa gen, dan bukan karena gen pleiotropik, rekombinasi gen selama reproduksi akan mencegah spesiasi. Pleiotropi akan menghindari efek mengganggu rekombinasi.

Pleiotropi dan adaptasi

Bumi terus berubah. Organisme harus berubah secara konstan untuk beradaptasi dengan kondisi baru. Perubahan ini mengarah pada apa yang dikenal sebagai evolusi.

Banyak penulis berpendapat bahwa evolusi mengarah pada kompleksitas organisme yang semakin meningkat. Kompleksitas ini dapat dari tipe morfologis, di mana karakter tertentu dapat berevolusi tanpa tergantung pada kondisi lingkungan tertentu.

Namun, ketika organisme menjadi lebih kompleks, kapasitas mereka untuk merespons perubahan menjadi lebih lambat. Inilah yang disebut "biaya kompleksitas evolusi".

Model matematika berpendapat bahwa adaptasi karena perubahan gen pleiotropik akan lebih murah secara evolusioner daripada yang disebabkan oleh perubahan karakter yang dikodekan oleh gen individu.

Referensi

  1. Brooker, R. J. (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetika. W. B. Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Pengantar Analisis Genetik (11th ed.). New York: W. H. Freeman, New York, NY, AS.
  4. Ho, R., Hegele, R. A. (2018) Efek kompleks dari mutasi laminopati pada struktur dan fungsi nuklir. Genetika Klinis, doi: 10.1111 / cge.13455.
  5. Lobo, I. (2008). Pleiotropi: satu gen dapat mempengaruhi banyak sifat. Pendidikan Alam, 1:10.
  6. Stitzer, M.C., Ross-Ibarra, J. (2018) domestikasi jagung dan interaksi gen. The New Phytologist, 220: 395-408.