Епистаза в генетиката — когато един ген маскира друг

Епистаза в генетиката: как един ген маскира друг — примери от Мендел, видове взаимодействия и значение за наследствеността и биомедицината.

Епистазата е взаимодействието между гени в различни локуси. Терминът е измислен от Уилям Бейтсън през 1909 г.

Когато Грегор Мендел прави опитите си със сладкия грах, той избира седем признака, като например кръгли срещу набръчкани грахови зърна и високи срещу ниски растения. Той установява, че растенията имат двойки "фактори" (гени), които контролират външния им вид (фенотип). Въпреки това една двойка фактори никога не е влияела на другите двойки. Но при епистазата действието на един ген влияе на друг ген, дори и на такъв, който се намира на друга хромозома.

Употребата на този термин варира в известна степен. Първоначалното му значение е било доста тясно: например ген за липса на крила при дрозофила очевидно ще маскира гени за всеки друг аспект на крилата. Като цяло обаче с епистаза се обозначава всяко отклонение от независимостта на ефектите на различните генетични локуси.

Какво означава епистаза в практичен план

Епистатичният ген е този, чиито алели променят или "маскират" фенотипния ефект на друг (хипостатичен) ген. Маскирането може да бъде пълно или частично и да зависи от това дали алелът е доминантен или рецесивен. На молекулярно ниво причината обикновено е, че продуктите на двата гена участват в един и същ биохимичен път, структурни комплекси или регулаторни вериги: ако една стъпка е блокирана, следващите не могат да проявят своя ефект.

Чести типове епистазa и примери

• Рецесивна епистаза — рецесивен генотип в един локус (например ee) маскира ефекта на друг локус. Класически пример е козината при лабрадор ретривър: локусът B определя черно (B) срещу кафяво (b), но локусът E контролира натрупването на пигмент; при ee няма депозиране на пигмент и кучетата са жълти независимо от генотипа на B. При стандартен F2 кръст тази система дава типично фенотипно разпределение 9:3:4.
• Доминантна епистаза — доминантен алел в един локус маскира ефекта на друг. Пример: при някои видове тиквички доминантен алел предизвиква бяло оцветяване, независимо от алелите за пигмент.
• Дублираща (редундантна) епистаза — два гена изпълняват една и съща функция; наличието на доминантен алел в който и да е от тях дава същия фенотип (често дава 15:1 при F2).
• Комплементарна (съвместна) епистаза — и двата гена са необходими за проявата на даден признак; дефицит в който и да е води до липса на признака (пример: два ензима в един пигментен път, и двата са нужни, за да се получи пигмент — това води често до 9:7 разпределение).
• Супресия и модификация — един ген може да "супресира" (потисне) фенотипния ефект на друг по по-специфичен начин; тук се включват и случаи, когато един ген променя интензитета или специфичните характеристики на друг (модификатори).

Молекулярни причини

Епистазата често произлиза от:

• участие в един биохимичен път (ензимни стъпки една след друга);
• стабилни комплекси между белтъци (липсващ компонент прави комплекса нефункционален);
• регулаторни взаимоотношения (един ген включва или изключва друг);
• структурни ефекти (мутация в носеща структура прави безсмислени модификациите от друг ген).

Как се открива епистазата

Класическият метод е генетичен анализ на кръстоски и проверка за отклонения от Менделовите съотношения (напр. 9:3:3:1 при два независими гена). Ако се наблюдават други характерни съотношения (9:3:4, 12:3:1, 15:1, 9:7 и др.), това подсказва конкретен тип взаимодействие. Днес се използват и молекулярни подходи: картографиране на локуси, анализ на експресия, функционални експерименти (комплементация, knock-out/knock-in), както и статистически модели за епистазни ефекти при количествени характеристики (QTL анализи, GWAS с взаимодействия).

Значение за биологията, селекцията и медицината

Епистазата има широки последици:

• в еволюцията — взаимодействията между гени оформят фитнес-ландшафта и могат да повлияят на адаптацията и спекрацията;
• в селекцията — непредвидени епистазни ефекти могат да затруднят прогнозирането на резултатите при кръстоски и да влияят на скоростта на подобрение на стопански качества;
• в медицината — генни взаимодействия могат да модифицират риска от болести, отговора на лекарства и фенотипната изява на наследствени заболявания (например супресори или модификатори на тежестта на генетични заболявания).

Кратки термини

Епистатичен ген — ген, който маскира ефекта на друг; хипостатичен ген — генът, чийто ефект се маскира. В разговорния език често се казва, че един ген "маскира" друг, но важно е да се уточни какъв тип маскиране (доминантно/рецесивно) става.

Епистазата показва, че наследствеността често е по-сложна от опростените модели на Мендел, особено когато множество гени, регулаторни мрежи и околната среда взаимодействат. Разбирането ѝ е ключово за точно тълкуване на генетични експерименти, диагностика и приложения в биотехнологиите и медицината.

Въпроси и отговори

В: Какво е епистаза?

В: Кой е измислил термина "епистаза"?

Въпрос: Какво включват експериментите на Грегор Мендел със сладък грах?

Въпрос: Дали двойките фактори в експериментите на Грегор Мендел са си влияели взаимно?

Въпрос: Действието на един ген влияе ли на друг ген в епистаза?

В: Какво означава терминът "епистаза"?

В: Какво е било първоначалното значение на епистазата?

Търсене по буква