Фенотип: определение в биологията, генотип и влияние на средата

Фенотип: как генотипът и средата оформят признаците на организма — ясно обяснение, примери и влияние върху еволюцията и здравето.

Фенотипът на даден организъм е целият набор от признаци (или черти) на този организъм.

Това не означава само "това, което се вижда на повърхността". По-скоро означава всичко, което може да се направи видимо с подходящи средства. Например кръвните групи определено са част от фенотипа. Въпреки това те не са видими само като се погледне човек.

В биологията фенотипът се разграничава от генотипа. Това е предложено от Вилхелм Йохансен през 1911 г., за да се изясни разликата между наследствеността на организма и това, което тя създава. Разграничението е подобно на това, предложено от Аугуст Вайсман, който прави разлика между зародишна плазма (гамети или техните стволови клетки) и соматични клетки (тялото).

Фенотипът е важен, защото е подложен на естествен подбор:

"От Дарвин до наши дни повечето еволюционисти смятат, че индивидуалният организъм е основният обект на селекцията. Всъщност фенотипът е частта от индивида, която е "видима" за селекцията". Ернст Майр

Фенотипите се определят главно от гените и се влияят от факторите на околната среда. Така че познаването на генома на даден организъм не дава възможност за точно предсказване на неговия фенотип.

Характеристиките се различават значително по това доколко се дължат на наследствеността (природа срещу възпитание). Взаимодействието между генотипа и фенотипа често се представя чрез следната зависимост:

Какво включва фенотипът

Фенотипът обхваща множество различни типове признаци, сред които:

• Морфологични признаци — външен вид, форма и строеж (напр. цвят на козината, форма на листа, размер на тялото).
• Физиологични и биохимични признаци — кръвни групи, ензимни активности, метаболитни профили.
• Поведенчески признаци — реакции към околната среда, миграция, социално поведение.
• Признаци на жизнения цикъл — време на цъфтеж, възраст при полова зрялост, продължителност на живота.

Генотип, среда и тяхното взаимодействие

На прост език фенотипът е резултат от гените плюс влиянието на средата и тяхното взаимодействие. Това често се моделира с уравнения като:

P = G + E + G×E

където P е фенотипът, G — генотипът, E — средата, а G×E показва взаимодействието между конкретни генетични варианти и средови условия (например хранене, температура, стрес). Това означава, че една и съща генетична вариация може да доведе до различни фенотипи при различни условия.

Ключови понятия, свързани с фенотипа

• Пенетрантност — вероятността даден генетичен вариант да прояви очаквания признак.
• Експресивност — степента или интензивността, с която се проявява даден признак.
• Плейотропия — един ген влияе на повече от един фенотип.
• Полигенни признаци — множество гени допринасят за един признак (напр. човешки ръст, интелигентност).
• Херитабилност — статистическа мярка за частта от фенотипичната вариация в дадена популация, която се дължи на генетичната вариация. Различават се широко (all genetic variance) и тясно (additive genetic variance) понятия за херитабилност.
• Реакционна норма — моделът на фенотипична пластичност на генотип при различни среди.

Роля на развитието и епигенетиката

Развитието (онтогенезата) е процес, чрез който генетичната информация се превръща в конкретни структури и функции. Епигенетичните промени — модификации на ДНК и хистоните, които не променят последователността на ДНК — могат да влияят на експресията на гените и следователно на фенотипа, често в зависимост от околната среда или преживяванията в ранни стадии на развитие.

Измерване, предсказване и научни подходи

Въпреки напредъка в секвенирането на геномите, точното предсказване на цялостния фенотип остава трудно поради сложността на генетичните мрежи, епигенетиката и средовите ефекти. Научните методи за свързване на генотипа с фенотипа включват:

• Геномни асоциационни изследвания (GWAS) и QTL анализи за откриване на области, свързани с признаци.
• Транскриптомика, протеомика и метаболомика за проследяване на междинните звена между гените и признаците.
• Експериментални кръстосвания и селекционни опити при модели и селскостопански организми.
• Изследвания върху близнаци и фамилни анализи за оценка на херитабилността.

Практически примери и значение

• Кръвните групи са част от фенотипа, въпреки че не са видими на пръв поглед — пример за биохимичен признак.
• Човешкият ръст е полигенен и силно зависим от хранене и здравословни условия — демонстрира G×E.
• Сезонната промяна в окраската при някои бозайници (например снежни зайци) е фенотипична пластичност, зависеща от температура и светлина.
• Антибиотичната резистентност при бактерии е фенотип, който бързо се променя под силен селективен натиск (лекарства).

Защо фенотипът е от значение

Фенотипът е централна концепция както за теорията на еволюцията (тъй като селекцията действа върху фенотипите), така и за приложни области като селското стопанство, медицината и опазването на видовете. Разбирането на механизмите, които превръщат генотипа в фенотип, помага да се прогнозират реакции на популации към промени в средата, да се разработват селекционни програми и да се подобри диагностиката и лечението при болести с генетична компонента.

Кратко резюме: фенотипът е общият набор от проявени признаци на организмите — от външния вид до вътрешни биохимични особености — и представлява резултат от сложни взаимодействия между генетична информация и среда. Поради тази сложност познаването само на генома рядко е достатъчно за пълно предсказване на фенотипа.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява фенотипът на един организъм?

В: По какво се различава фенотипът от генотипа?

Въпрос: Кой е предложил разграничението между зародишна плазма и соматични клетки?

В: Защо фенотипът е важен в биологията?

В: Доколко фенотипът зависи от наследствеността и от околната среда?

Въпрос: Каква връзка е използвана, за да се опише взаимодействието между генотипа и фенотипа?

Въпрос: Кой е казал, че "именно фенотипът е онази част от индивида, която е "видима" за селекцията"?

Търсене по буква