DZIEDZICZNOŚĆ: PODSTAWY GENETYCZNE, METODY BADAŃ, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Dziedziczność jest nieruchomość, która ma mierzalną cechę fenotypową populacji do wspólnego lub odziedziczonej przez genotypu. Na ogół ta cecha lub charakter jest przekazywany z rodziców na ich potomków.

Ekspresja fenotypowa (która odpowiada widocznym cechom osobnika) o charakterze dziedzicznym jest podatna na środowisko, w którym rozwija się potomstwo, więc niekoniecznie będzie wyrażana w taki sam sposób, jak u rodziców.

Wzór dziedziczenia grupy krwi między rodzicami AB i O (źródło: AB & O_RegularInheritance.PNG: użytkownik: dr saptarshiderivative praca: Ksd5 za pośrednictwem Wikimedia Commons)

W populacjach organizmów doświadczalnych stosunkowo łatwo jest określić, jakie są cechy dziedziczne, gdyż przejaw cechy rodzica u potomstwa można zaobserwować wychowując potomstwo w takim samym środowisku, w jakim rozwijają się rodzice.

Z drugiej strony w populacjach dzikich trudno jest rozróżnić, które z cech fenotypowych są przekazywane przez dziedziczenie, a które są wytworem zmieniających się warunków środowiskowych, czyli są zmianami epigenetycznymi.

Jest to szczególnie trudne do rozróżnienia w przypadku większości cech fenotypowych w populacjach ludzkich, gdzie sugeruje się, że najlepszymi modelami do badań są identyczne pary bliźniaków rozdzielone od urodzenia i dorastające w tym samym środowisku.

Jednym z pierwszych naukowców zajmujących się dziedziczeniem był Gregor Mendel. W swoich eksperymentach Mendel uzyskał linie grochu o cechach odziedziczonych i wyrażonych prawie w całości między rodzicami a potomstwem.

Podstawy genetyczne do badania dziedziczności

Dziedziczność jest wynikiem przenoszenia genów przez gamety (z rodziców na potomstwo) poprzez rozmnażanie płciowe. Jednak podczas syntezy i fuzji gamet zachodzą dwie rekombinacje, które mogą zmienić układ i sekwencję tych genów.

Naukowcy pracujący nad eksperymentalną identyfikacją cech dziedzicznych pracują z czystymi liniami, izogenicznymi dla większości loci (genetycznie takimi samymi), ponieważ osobniki z czystych linii mają ten sam genotyp w formie homozygotycznej.

Linie izogeniczne gwarantują, że architektura genów w jądrze nie wpływa na obserwowany fenotyp, ponieważ pomimo faktu, że osobniki mają ten sam genotyp, zmieniając położenie genów w jądrze, zmienność fenotyp.

Uzyskanie czystych i izogenicznych linii jest dla badaczy swego rodzaju „gwarancją”, że cechy fenotypowe wspólne dla rodziców i potomków są wytworem genotypu, a zatem są w pełni dziedziczne.

Dziedziczenie mendlowskie cech koloru futra u bydła (Źródło: Sciencia58 za Wikimedia Commons)

Pomimo faktu, że fenotyp jest zawsze produktem genotypu, ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że chociaż osobniki mają ten sam genotyp, może się zdarzyć, że nie wszystkie geny ulegają ekspresji w tym fenotypie.

Zagwarantowanie ekspresji genów jest bardzo złożonym badaniem, ponieważ ich ekspresja może się różnić w przypadku każdego genotypu, a czasami geny te są regulowane przez inne czynniki, takie jak czynniki epigenetyczne, środowiskowe lub inne geny.

Metody badań

Gałąź genetyki znana jako „Classical Genetics” koncentruje się na badaniu dziedziczności cech. W genetyce klasycznej rodzice są krzyżowani z potomkami całych populacji przez kilka pokoleń, aż do uzyskania czystych i izogenicznych linii.

Statystyka H2

Po wykazaniu odziedziczalności cechy stopień odziedziczalności można określić ilościowo za pomocą wskaźnika statystycznego oznaczonego jako H2.

Dziedziczność (H2) jest obliczana jako stosunek wariancji średnich genotypowych (S2g) do całkowitej wariancji fenotypowej populacji (S2p). Wariancję fenotypową populacji można rozłożyć na wariancję średniej genotypowej (S2g) i wariancji resztkowej (S2e).

Statystyka dziedziczenia (H2) mówi nam, jaki odsetek zmienności fenotypowej w populacji wynika ze zmienności genotypowej. Wskaźnik ten nie wskazuje, jaki procent danego fenotypu można przypisać jego dziedziczeniu i środowisku.

Należy wziąć pod uwagę, że fenotyp osobnika jest konsekwencją interakcji między jego genami a warunkami środowiskowymi, w których się rozwija.

Nowoczesne techniki

Obecnie istnieją narzędzia, takie jak sekwencjonowanie następnej generacji (SNG), za pomocą których można sekwencjonować cały genom osobników, tak aby można było śledzić cechy dziedziczne in vivo w genom organizmów.

Ponadto nowoczesne narzędzia bioinformatyczne umożliwiają dość dokładne modelowanie architektury jądrowej w celu zgrubnej lokalizacji genów w jądrze.

Przykłady

- Dziedziczność u roślin

Metodę statystyczną pomiaru stopnia odziedziczalności cech zaproponowano dla gatunków roślin uprawnych o znaczeniu handlowym. Dlatego większość przykładów w literaturze dotyczy gatunków roślin ważnych dla przemysłu spożywczego.

We wszystkich gatunkach roślin uprawnych bada się dziedziczność cech o znaczeniu rolniczym, takich jak odporność na patogeny, plon owoców, odporność na wysokie lub niskie temperatury, wielkość liści itp.

Klasyczne ulepszanie genetyczne upraw warzyw, takich jak pomidory, ma na celu wybranie roślin o genotypie, które mają cechy dziedziczne, aby uzyskać pomidory, które są większe, czerwone i odporne na wilgotne środowisko.

W przypadku gatunków traw, takich jak pszenica, celem jest wybranie cech dziedzicznych, między innymi pod względem wielkości, zawartości skrobi i twardości nasion. W tym celu odmiany z różnych miejsc są mieszane, aż do uzyskania czystych linii każdej z nich.

Otrzymując czyste linie, można je połączyć w odmianę hybrydową, poprzez inżynierię genetyczną, w celu uzyskania upraw transgenicznych, które gromadzą najlepsze cechy w jednej odmianie.

- Dziedziczność u ludzi

W medycynie bada się, w jaki sposób niektóre zaburzenia osobowości są przenoszone między rodzicami a potomkami.

Na przykład przewlekła depresja jest cechą fenotypową, która jest produktem genotypu, ale jeśli ludzie z tym genotypem żyją w znajomym, szczęśliwym, stabilnym i przewidywalnym środowisku, genotyp może nigdy nie zostać zauważony w fenotypie.

Genetyka behawioralna ma szczególne znaczenie dla określenia odziedziczalności ilorazu inteligencji (IQ). Jak dotąd stwierdzono, że wysoki poziom IQ jest cechą dziedziczną tak samo jak normalne IQ.

Jednak wysoki IQ lub przewlekła depresja są wyrażane w zależności od stymulacji środowiska.

Typowym przykładem odziedziczalności jest charakter wzrostu. Jeśli rodzic jest wysoki, potomstwo jest najprawdopodobniej wysokie. Jednak byłoby oczywistym błędem sądzić, że 1,80 m przy wzroście osobnika wynika z genów, a kolejne 0,3 m ze środowiska.

W wielu przypadkach badano także długowieczność jako cechę dziedziczną. W przypadku badań nad długowiecznością ludzi przeprowadza się genealogię rodziny, próbując uwzględnić dane dotyczące środowiska, w którym żyła każda z osobników drzewa genealogicznego.

Większość badań nad długowiecznością wykazała, że ​​cecha ta w większości przypadków zachowuje się jak cecha dziedziczna, a nawet zwiększa się z każdym pokoleniem, jeśli jest wychowywana w odpowiednim środowisku.

Bibliografia

1. Bratko, D., Butković, A. i Vukasović Hlupić, T. (2017). Dziedziczność osobowości. Psihologijske obawy, 26 (1), 1-24.
2. de los Campos, G., Sorensen, D., & Gianola, D. (2015). Dziedziczność genomowa: co to jest? PLoS Genetics, 11 (5), e1005048.
3. Devlin, B., Daniels, M. i Roeder, K. (1997). Dziedziczność IQ. Naturę, 388 (6641), 468.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT i Miller, JH (2005). Wprowadzenie do analizy genetycznej. Macmillan.
5. Mousseau, TA i Roff, DA (1987). Dobór naturalny i odziedziczalność składników sprawności. Dziedziczność, 59 (2), 181.
6. Vukasović, T. i Bratko, D. (2015). Dziedziczność osobowości: metaanaliza badań genetycznych zachowania. Biuletyn psychologiczny, 141 (4), 769.
7. Wray, N. i Visscher, P. (2008). Szacowanie odziedziczalności cechy. Edukacja przyrodnicza, 1 (1), 29.