• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Botanicy odkryli, że szum genetyczny pobudza heterozję

    03.08.2010. 18:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Centrum im. Johna Innesa w USA odkryli, że pewien stopień zmienności w aktywności genów zapewnia roślinom hybrydowym bodziec, którego potrzebują, aby bujniej się rozwijać. Badania, dofinansowane w części z grantu Marie Curie na szkolenia początkujących naukowców, uchylają rąbek tajemnicy dlaczego hybrydy w większości przypadków pozostawiają w tyle swoich rodziców. Wyniki badań zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Public Library of Science (PLoS) Biology.

    Jedną z największych zagadek, nad którą łamią sobie dzisiaj głowy botanicy jest powód, dla którego wśród hybryd międzygatunkowych pojawiają się dwie przeciwstawne cechy. Podczas gdy zwykle hybrydy są bujniejsze od rodziców - co naukowcy nazywają "heterozją" lub "wyższością hybrydy", niektóre są mniej bujne i płodne od swoich protoplastów, które to zjawisko znane jest pod nazwą "niższości hybryd". Jak dotąd pojawiło się już kilka opinii naukowych dotyczących powodów istnienia tych dwóch przeciwstawnych cech.

    W ramach ostatnich badań naukowcy przeanalizowali, w jaki sposób zmienność wpływa na ekspresję genów w dwóch gatunkach lwiej paszczy. Odkryli pewnego rodzaju "szum" genetyczny, który jest wywoływany przez zmienność w aktywności genów. Pewna część tej zmienności w aktywności genów zanika w czasie hybrydyzacji gatunków, co przekłada się na większą bujność.

    "To pierwsze badania, w ramach których analizowane są skutki zmienności w ekspresji genów dla zachowanych cech w blisko spokrewnionych gatunkach" - wyjaśnia współautor, profesor Enrico Coen z Centrum im. Johna Innesa.

    Zespół stwierdził, że udało mu się wykazać, iż aktywność specyficznych genów "może swobodnie zmieniać się w czasie ewolucji w ramach konkretnych granic poprzez mierzenie tej zmienności i jej wpływu na fenotyp", dodając, że "nawet jeśli taka zmienność może mieć niewielkie oddziaływanie fenotypowe patrząc na każdy locus osobno, zbiorowy wpływ zmienności w wielu genach może nabrać poważnego znaczenia".

    Poprzez wykazanie, w jaki sposób takie oddziaływanie mogłoby potencjalnie wywołać wyższość lub niższość hybrydy, naukowcy dostarczają nowych informacji na temat sprawności hybrydy.

    Zespół pracujący pod kierunkiem profesora Coena ocenił cechę, która wywołuje asymetrię kwiatów w dwóch blisko ze sobą spokrewnionych gatunkach lwiej paszczy. Mierząc aktywność dwóch kluczowych genów wraz z jej wpływem na asymetrię kwiatów, zespół ustalił, że podczas gdy zmienność ("szum") ma minimalny wpływ na gatunki w przypadku pojedynczego genu, zbiorowy wpływ na kilka genów może daleko sięgać, osłabiając w ten sposób ogólną sprawność organizmu.

    Zdaniem naukowców, podczas gdy naturalna selekcja może zawieść w eliminacji rozpoznanego szumu, hybrydyzacja może do pewnego stopnia być skuteczna w blokowaniu go.

    Hybrydy wykazują możliwości większej sprawności w zakresie podstawowych cech, np. we wzroście, ale w dłuższej perspektywie ujawnia się u nich również obniżona sprawność w innych cechach, takich jak rozmnażanie płciowe.

    "Poziomy ekspresji genów mogą swobodnie przemieszczać się w czasie ewolucji w określonych granicach" - podkreśla profesor Coen. "Niemniej kumulacyjne skutki zmienności wyjaśniają sprzeczne zjawisko wyższości i niższości hybryd."

    Odkryta przez naukowców heterozja dotyczy zarówno naturalnych gatunków, jak i udomowionych odmian. "Hodowcy już wiedzą, że nie ma magicznego genu heterozji, bo inaczej już by go wykorzystali" - mówi profesor Coen. "Wyniki naszych badań pokazują, w jaki sposób i dlaczego hybrydyzacja może mieć tak silny wpływ na sprawność."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zmienność fluktuacyjna (zmienność modyfikacyjna) - wpływ czynników środowiska na przejawienie się genów. Nie jest ona dziedziczona i dotyczy zwykle tylko jednego pokolenia. Zespół przyległych genów (ang. contiguous gene syndrome) – grupa uwarunkowanych genetycznie zespołów spowodowanych mikrodelecją lub submikroskopową duplikacją obejmującą dwa lub więcej genów, których loci sąsiadują na chromosomie. Submikroskopowe aberracje często są zbyt małe, aby mogły być uwidocznione w badaniach konwencjonalnymi technikami cytogenetycznymi; ich wykrycie często wymaga użycia metody FISH. W patogenezie tych zespołów istotna jest zmiana dawki genu, wynikająca z haploinsuficjencji albo nadekspresji uszkodzonych genów. W obrazie klinicznym zespołów należących do tej grupy charakterystyczna jest zmienność fenotypu. Należą tu m.in.: Zmienność przeciwciał - występowanie przeciwciał o znacznym stopniu zróżnicowania miejsc wiążących antygen (paratopów). Zmienność przeciwciał jest zjawiskiem nietypowym, bowiem jego podstawą są procesy genetyczne, które doprowadzają do utworzenia całkiem nowych, nieobecnych w linii zarodkowej, genów.

    Introgresja – długofalowy proces polegający na włączaniu puli genów jednego gatunku do puli genów innego gatunku poprzez krzyżowanie hybrydy międzygatunkowej z jednym z jego rodziców. Może doprowadzić do specjacji. Występuje częściej u roślin niż u zwierząt. Gatunkiem powstałym w ten sposób jest żaba wodna. Termin został wprowadzony przez amerykańskiego botanika Edgara Andersona. Integron – element genetyczny obecny w genomie bakterii zdolny do włączania dodatkowych genów w wyniku umiejscowionej rekombinacji. Nazwa może być stosowana zarówno do genu kodującego specyficzną miejscowo rekombinazę, jak i do struktury składającej się z genu integrazy wraz z kasetą genową, czyli przenoszonych genów oraz promotora transkrypcji, umożliwiającego ekspresję przeniesionych genów. Stwierdzono także istnienie integronów z kilkoma kasetami genów.

    Zmienność genetyczna – naturalne różnice sekwencji DNA (genotypu) organizmów jednego gatunku. Różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie, np. inne ubarwienie sierści, różna odporność na zmiany temperatury, zdolność (lub jej brak) do trawienia laktozy. Wiele cech, które są zróżnicowane genetycznie prawdopodobnie nie ma wpływu na przeżycie organizmów (np. kolor oczu u ludzi), ale zmienność genetyczna cech, które mogą wpłynąć na przystosowanie organizmów, to „paliwo” ewolucji. Organizmy mogą się też różnić nie kodującymi sekwencjami DNA. Takie różnice nie mają znanego nam wpływu na fenotyp, ale są użyteczne w analizie zmienności genetycznej przez biologów. Poziomy transfer genów, horyzontalny transfer genów (HTG), lateralny transfer genów (LTG) - zjawisko przechodzenie genów między organizmami różnych gatunków, najczęściej pozostającymi ze sobą w ścisłej relacji ekologicznej. Zjawisko jest odpowiedzialne za istnienie 10-20% genów w komórkach prokariotycznych i takie krytyczne dla ewolucji cechy jak oporność na antybiotyki, wirulencja, zdolność przeprowadzania fotosyntezy oraz asymilacji azotu atmosferycznego. W komórkach eukariotycznych proces zachodzi rzadziej, jednak prawdopodobnie był powszechny w początkowym etapie ewolucji eukariontów. Geny, będące wynikiem HGT, w tej domenie stanowią poniżej 1%.

    Kojarzenie krewniacze (inbredowanie) - polega na kojarzeniu zwierząt spokrewnionych przez wspólnych przodków. Jest to jedna z metod hodowlanych, powoduje ona wzrost homozygotyczności potomstwa oraz wyodrębnienie się genetycznie zróżnicowanych linii hodowlanych. Zanika zmienność genetyczna, może nastąpić uzewnętrznienie się cennych kombinacji genowych w populacji i ich utrwalenie wśród potomstwa. Do negatywnych następstw należy częste ujawnianie się recesywnych genów letalnych. W zależności od stopnia spokrewnienia mierzonego wskaźnikiem pokrewieństwa (R), wyróżnia się: Zmienność – zróżnicowanie cech osobników w obrębie jednej populacji lub gatunku; może być uwarunkowana czynnikami genetycznymi i środowiskowymi. Miarą zmienności jest różnorodność cech genotypowych i fenotypowych organizmów.

    Transgresja – zjawisko polegające na pojawieniu się wśród osobników z pokolenia F2 osobników, u których zakres zmienności cechy przekracza zakres zmienności tej cechy u pokolenia rodzicielskiego. Taka sytuacja może nastąpić, gdy cecha jest ilościowa (np. wzrost lub waga) i determinowana przez geny kumulatywne.

    Erozja genetyczna – proces zmniejszania się puli genowej populacji, utrata różnorodności genetycznej, czyli eliminacja rzadkich alleli na skutek dryfu genetycznego i inbredu. Proces może zachodzić w populacjach organizmów dziko żyjących, jak i gatunków uprawianych roślin oraz hodowanych zwierząt. Proces utraty alleli zachodzi naturalnie, będąc elementem ewolucji biologicznej, jednak za erozję genetyczną uznaje się utratę każdego z alleli, który może być odpowiedzialny za adaptację do lokalnego środowiska, ułatwiać zabiegi rolnicze albo umożliwiać zaspokojenie potrzeb konsumentów. W przypadku odpowiednio dużych populacji utrata zmienności równoważona jest przez sukcesywnie następujące mutacje. W przypadku populacji o niedostatecznej liczebności ryzyko utraty zmienności genetycznej rośnie proporcjonalnie do wysokiej zmienności liczby potomstwa, nierówności w proporcji płci i zmienności liczebności populacji.

    Zmienność somaklonalna – wszelkie odchylenia od wyjściowego materiału genetycznego danej jednostki. W hodowli in vitro zmienność somaklonalna odnosi się do hodowli komórek roślinnych lub tkanek roślinnych, w których następują genotypowe lub często także fenotypowe zmiany w porównaniu do rośliny wyjściowej. Zjawisko to występuje często po różnicowaniu tkanki kalusa z komórek roślinnych. Podczas masowego rozmnażania kultur roślinnych, gdzie zależy nam na zachowaniu identycznej replikacji rośliny czyli wytwarzania klonów w hodowli in vitro, zmienność somaklonalna jest niepożądana. Odziedziczalność, wskaźnik odziedziczalności (ang. heritability) – miara statystyczna, która oznacza proporcję wariancji fenotypowej wyjaśnianej zmiennością genetyczną. Dotyczy ona jedynie populacji, dla której została obliczona, nie może być uogólniana na jednostki czy inne środowiska. Wysoki poziom odziedziczalności danej cechy nie wyklucza jej modyfikowalności, ani nie oznacza, że ujawnia się ona w momencie narodzin.

    Zmienność segmentalna – właściwość przeciwciał polegająca na możliwości zmiany kąta pomiędzy ramionami przeciwciała. Jest to o tyle istotne, że przeciwciało może w ten sposób dopasować się lepiej do antygenu, gdyż epitopy na antygenie mogą znajdować się w różnych odległościach od siebie. Taka plastyczność przeciwciał pozwala im zatem na jednoczesne związanie dwu epitopów, co często jest warunkiem koniecznym dla zajścia dalszych procesów istotnych w odporności, bowiem przeciwciało wiążące tylko jeden epitop z reguły nie jest w stanie tych mechanizmów uruchomić. Przeciwciałami o ograniczonej zmienności segmentalnej są immunoglobuliny A, co związane jest z istnieniem dodatkowego wiązania dwusiarczkowego pomiędzy łańcuchami lekkimi. Zmienność rytmu zatokowego (ang. heart rate variability, HRV) - powtarzające się cyklicznie występowanie różnic odstępów RR w badaniu EKG, które zależy od oddziaływania mechanizmów kontrolujących na aktywność węzła zatokowo-przedsionkowego i jest odzwierciedleniem stanu czynnościowego układu autonomicznego serca.

    Dodano: 03.08.2010. 18:12  


    Najnowsze