Различие генотипа и фенотипа

Различие генотипа и фенотипа проводится в генетике . « Генотип информация организма » — это полная наследственная . « Фенотип » — это фактически наблюдаемые свойства организма, такие как морфология , развитие или поведение . фундаментальным при изучении наследования признаков Это различие является и их эволюции .

Обзор

Термины «генотип» и «фенотип» были введены Вильгельмом Йохансеном в 1911 году. ^{[ 2 ]} хотя значение терминов и значение различия изменились с момента их введения. ^{[ 3 ]}

Именно физические свойства организма напрямую определяют его шансы на выживание и репродуктивную способность, но наследование физических свойств зависит от наследования генов. Следовательно, понимание теории эволюции посредством естественного отбора требует понимания различий между генотипом и фенотипом. Гены вносят вклад в признак, а фенотип — это наблюдаемое проявление генов (и, следовательно, генотип, влияющий на признак). Если бы у белой мыши были рецессивные гены, которые вызывали неактивность генов, отвечающих за окраску, ее генотип отвечал бы за ее фенотип (белый окрас). ^{[ нужна ссылка ]}

Сопоставление набора генотипов с набором фенотипов иногда называют картой генотип-фенотип . ^{[ 4 ]}

Генотип организма является основным (на сегодняшний день крупнейшим по морфологии ) фактором, влияющим на развитие его фенотипа, но не единственным. Даже два организма с одинаковыми генотипами могут различаться по своим фенотипам из-за фенотипической пластичности . В какой степени конкретный генотип влияет на фенотип, зависит от относительного доминирования , пенетрантности и экспрессивности рассматриваемых аллелей.

Это можно наблюдать в повседневной жизни с монозиготными (т.е. однояйцевыми) близнецами . Однояйцевые близнецы имеют один и тот же генотип, поскольку их геномы идентичны; но у них никогда не бывает одинакового фенотипа, хотя их фенотипы могут быть очень похожими. Это проявляется в том факте, что близкие родственники всегда могут отличить их друг от друга, даже если другие могут не увидеть тонких различий. Кроме того, однояйцевых близнецов можно отличить по отпечаткам пальцев , которые никогда не бывают полностью идентичными. ^{[ нужна ссылка ]}

Фенотипическая пластичность

Понятие фенотипической пластичности определяет степень, в которой фенотип организма определяется его генотипом. Высокий уровень пластичности означает, что факторы окружающей среды оказывают сильное влияние на развивающийся конкретный фенотип. При незначительной пластичности фенотип организма можно надежно предсказать на основе знания генотипа независимо от особенностей окружающей среды в процессе развития. Пример высокой пластичности можно наблюдать у личинок тритонов. ¹: когда эти личинки чувствуют присутствие хищников, таких как стрекозы , у них появляются более крупные головы и хвосты по сравнению с размером их тела, а также более темная пигментация . Личинки с этими признаками имеют более высокие шансы на выживание при воздействии хищников, но растут медленнее, чем другие фенотипы. ^{[ нужна ссылка ]}

Генетическая канализация

В отличие от фенотипической пластичности, концепция генетической канализации рассматривает степень, в которой фенотип организма позволяет делать выводы о его генотипе. Фенотип называется канализированным, если мутации (изменения генома) не оказывают заметного влияния на физические свойства организма. Это означает, что канализированный фенотип может формироваться из большого количества различных генотипов, и в этом случае невозможно точно предсказать генотип на основе знания фенотипа (т.е. карта генотип-фенотип не является обратимой). Если канализации нет, небольшие изменения в геноме немедленно влияют на развивающийся фенотип.

Важность для эволюционной биологии

По мнению Левонтина , ^{[ 5 ]} теоретическая задача популяционной генетики — это процесс в двух пространствах: «генотипическом пространстве» и «фенотипическом пространстве». Задача полной теории популяционной генетики состоит в том, чтобы предоставить набор законов, которые предсказуемо отображают популяцию генотипов ( G ₁ ) в фенотипическое пространство ( P ₁ ), где отбор происходит , и другой набор законов, которые отображают полученный результат. популяция ( P ₂ ) возвращается в пространство генотипов ( G ₂ ), где менделевская генетика может предсказать следующее поколение генотипов, тем самым завершая цикл. Даже если игнорировать неменделевские аспекты молекулярной генетики , это гигантская задача. Схематически визуализируем трансформацию:

G_{1}\;{\stackrel {T_{1}}{\rightarrow }}\;P_{1}\;{\stackrel {T_{2}}{\rightarrow }}\;P_{2}\;{\stackrel {T_{3}}{\rightarrow }}\;G_{2}\;{\stackrel {T_{4}}{\rightarrow }}\;G_{1}'\;\rightarrow \cdots

(адаптировано из Левонтина, 1974, стр. 12). Т ₁ представляет собой генетические и эпигенетические законы, аспекты функциональной биологии или развития , которые преобразуют генотип в фенотип. Это « карта генотип-фенотип ». Т ₂ — трансформация, вызванная естественным отбором, Т ₃ — эпигенетические отношения, предсказывающие генотипы на основе выбранных фенотипов и, наконец, Т ₄ — правила менделевской генетики.

На практике существуют два направления эволюционной теории, которые существуют параллельно: традиционная популяционная генетика, действующая в пространстве генотипов, и биометрическая теория, используемая в растений и селекции животных , действующая в пространстве фенотипов. Недостающая часть — это сопоставление пространства генотипа и фенотипа. Это приводит к «ловкости рук» (как это называет Левонтин), когда переменные в уравнениях одной области считаются параметрами или константами , тогда как при полном рассмотрении они сами трансформируются в ходе эволюционного процесса и являются функциями. переменных состояния в другом домене. «Ловкость рук» предполагает, что отображение известно. Действовать так, как будто это понятно, достаточно для анализа многих представляющих интерес случаев. Например, если фенотип почти один к одному с генотипом ( серповидноклеточная анемия ) или временная шкала достаточно коротка, «константы» можно рассматривать как таковые; однако есть также много ситуаций, когда это предположение не выполняется.

Ссылки

^ Вашингтон, Николь Л.; Гендель, Мелисса А.; Мангалл, Кристофер Дж.; Эшбернер, Майкл; Вестерфилд, Монте; Льюис, Сюзанна Э. (24 ноября 2009 г.). Бьютоу, Кеннет Х. (ред.). «Связывание болезней человека с моделями животных с использованием аннотации фенотипов на основе онтологий» . ПЛОС Биология . 7 (11): e1000247. дои : 10.1371/journal.pbio.1000247 . ISSN 1545-7885 . ПМК 2774506 . ПМИД 19956802 .
^ Йохансен, В. (1911). «Генотипическая концепция наследственности» . Американский натуралист . 45 (531): 129–159. дои : 10.1086/279202 . JSTOR 2455747 . ПМК 4258772 . ПМИД 24691957 .
^ Тейлор, Питер; Левонтин, Ричард. «Различие генотипа и фенотипа» . Проверено 21 июня 2017 г.
^ Пильуччи, Массимо (2010). «Картирование генотипа-фенотипа и конец метафоры« гены как проект »» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 365 (1540): 557–566. дои : 10.1098/rstb.2009.0241 . ПМЦ 2817137 . ПМИД 20083632 .
^ Левонтин, Ричард К. (1974). Генетическая основа эволюционных изменений ([4-е издание] изд.). Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 978-0231083188 .

Внешние ссылки

[1] Вашингтон, Николь Л.; Гендель, Мелисса А.; Мангалл, Кристофер Дж.; Эшбернер, Майкл; Вестерфилд, Монте; Льюис, Сюзанна Э. (24 ноября 2009 г.). Бьютоу, Кеннет Х. (ред.). «Связывание болезней человека с моделями животных с использованием аннотации фенотипов на основе онтологий» . ПЛОС Биология . 7 (11): e1000247. дои : 10.1371/journal.pbio.1000247 . ISSN 1545-7885 . ПМК 2774506 . ПМИД 19956802 .

[2] Йохансен, В. (1911). «Генотипическая концепция наследственности» . Американский натуралист . 45 (531): 129–159. дои : 10.1086/279202 . JSTOR 2455747 . ПМК 4258772 . ПМИД 24691957 .

[3] Тейлор, Питер; Левонтин, Ричард. «Различие генотипа и фенотипа» . Проверено 21 июня 2017 г.

[4] Пильуччи, Массимо (2010). «Картирование генотипа-фенотипа и конец метафоры« гены как проект »» . Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 365 (1540): 557–566. дои : 10.1098/rstb.2009.0241 . ПМЦ 2817137 . ПМИД 20083632 .

[5] Левонтин, Ричард К. (1974). Генетическая основа эволюционных изменений ([4-е издание] изд.). Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 978-0231083188 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]