Плейотропия, как преграда для эволюции

Плейотропия – это явление множественности действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипичных признаков. 

Это означает, что один ген отвечает не за одну, а две и более черты/функции в организме. 

На заре генетики полагалось, что ген работает в одиночку. Сейчас известно, что гены оперируют в комплексной взаимосвязи, и что мутации гена могут иметь множество пагубных последствий. Новые исследования подтверждают факт, что мутации — это основная преграда для эволюции. [1]

До появления современной молекулярной биологии ученые определяли ген как единичный параметр наследования. Если обнаруживалось, что ген влияет на множество внешних черт организма, это приобретало название «плейотропности» – термин, впервые использованный в 1910 г. [2] Тогда плейотропия считалась весьма редким явлением, потому как ученые предполагали, что большинство генов обладают только одной функцией. И это была упрощенная идея, сохранявшая популярность на протяжении большей части XX в. Однако с накоплением знаний в генетике становилось ясно, что гены работают во взаимосвязи. 

Повсеместная плейотропия – основная проблема концепции дарвинизма, в которой мутации обеспечивают сырье для новых полезных признаков. Однако не только сама мутация едва ли полезна, но мутация в одном только гене будет иметь пагубное воздействие на многие другие признаки организма, а особенно если этот ген задействован в регулировании других генов.

Проблема эволюции, связанная с плейотропией, хорошо известна среди генетиков, хотя редко обсуждается на широкой публике. В своей новой научной работе авторы заявляют: «Множество исследований подтверждают способность плейотропии ограничивать эволюцию гена». Исследователи сфокусировались на генах, производящих белки, называющиеся «факторы транскрипции» (TFs), которые работают как тумблер в геноме, включая и выключая другие гены. В работе заявляется: «Наше исследование подтверждает, что плейотропия ограничивает эволюцию TFs». Неудивительно, что в работе так же отмечается, что чем более плейотропны свойства гена, тем больше любая его мутация связана с болезнями.

Таким образом, проблема заключается в том, что любое изменение плейотропного гена неадаптивно, и это крайне ограничивает эволюцию факторов транскрипции.


Несколько примеров плейотропии, и к чему приводят мутации в подобных генах:

  • Фенилкетонурия (ФКУ), болезнь, вызывающая задержку умственного развития, выпадение волос и пигментацию кожи, может быть вызвана мутацией в гене, кодирующем фермент фенилаланин-4-гидроксилаза, который в норме катализирует превращение аминокислоты фенилаланина в тирозин.
  • Рецессивная мутация в гене, кодирующем синтез глобиновой части в гемоглобине (замена одной аминокислоты), вызывающая серповидную форму эритроцитов, изменения в сердечно-сосудистой, нервной, пищеварительной и выделительной системах.
  • Арахнодактилия, вызываемая доминантной мутацией, проявляется одновременно в изменениях пальцев рук и ног, вывихах хрусталика глаза и врождённых пороках сердца.
  • Галактоземия, вызываемая рецессивной мутацией гена, кодирующего фермент галактозо-1-фосфатуридилтрансфераза, приводит к слабоумию, циррозу печени и слепоте.
  • Летальная мутация, вызывающая нарушения в развитии хрящей у крыс, приводит к смерти за счет большого количества патологий в разных системах организма.
  • У овса окраска чешуйки и длина ости семени регулируются одним геном.

Плейотропия – это еще один пример тонкой настройки генетических процессов, не позволяющий мутациям, как основному двигателю эволюционного процесса, фиксироваться в популяции. 

Источники

  1. Chesmore, K. N., J. Bartlett, C. Cheng, and S. M. Williams. 2016. Complex Patterns of Association between Pleiotropy with Transcription Factor Evolution. Genome Biology and Evolution. 8 (11): 3159-317.
  2. http://www.genetics.org/content/186/3/767

Разумный Замысел


Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *