Сочинение на тему Взаимодействие генной среды

Взаимодействие гена и окружающей среды – это когда два разных генотипа по-разному реагируют на изменение окружающей среды. Норма реакции – это график, который показывает связь между генами и факторами окружающей среды, когда фенотипические различия непрерывны. Они могут помочь проиллюстрировать взаимодействия GxE. Когда норма реакции не параллельна, как показано на рисунке ниже, существует взаимодействие гена с окружающей средой. Это указывает на то, что каждый генотип по-разному реагирует на изменение окружающей среды. Изменения в окружающей среде могут быть физическими, химическими, биологическими, моделями поведения или жизненными событиями.

Взаимодействие генетической среды, этот график показывает линии, которые не параллельны, то есть взаимодействие гена и среды.

Последствия и модели взаимодействия генотипа х с окружающей средой (G x E)

Несмотря на то, что окружающая среда всегда находилась в состоянии изменений, обеспокоенность относительно темпов изменений стала основной темой изучения для экологов. Способность или неспособность организмов адаптироваться к этим изменениям с необходимой скоростью определяет продолжение, исчезновение или эволюцию видов. Взаимодействие генотипа с окружающей средой (g x e) может быть определено как дифференциальная реакция различных генотипов на изменение (изменения) в окружающей среде. Когда популяции не ограничены одним районом, люди должны иметь генетический состав, чтобы выжить в окружающей среде, в которой они живут. Это может потребовать небольшого различия в размерах крыльев насекомых или способности производить различные защитные соединения в растениях между средами , Аналогичным образом, селекционеры растений и животных использовали взаимодействие g x e ​​для получения продуктов высшего качества, которые будут приносить наибольшую прибыль. Целью данной статьи является предоставление базового понимания g x e ​​взаимодействий с точки зрения его потенциальных причин, математических моделей и практических приложений.

Генотипическая и фенотипическая вариация

Различия между видами обусловлены одним из двух явлений: генотипическим или фенотипическим изменением. Генотипы предполагаются путем наблюдения дифференциального влияния на их экспрессию. Это означает, что наиболее популярным методом определения g x e-взаимодействия является изучение возникающих фенотипов под воздействием окружающей среды. Тем не менее, Йоханнсен предполагает, что, поскольку изменение характера может быть результатом изменения либо генотипа, либо окружающей среды, наследственное и не наследуемое изменение характера не может быть определено только проверкой фенотипов. Важно знать окружающую среду организма и его генетическую историю. Общие факторы окружающей среды в исследованиях g x e ​​включают температуру, интенсивность света и влажность. Различать генотипические и фенотипические изменения часто бывает сложно. Генотипическая изменчивость происходит от различий в геноме разных людей. Направленный отбор результатов, изменение частот генов, чтобы привести к эволюции вида. Во-вторых, фенотипическое изменение происходит, когда люди подвергаются воздействию различных параметров окружающей среды во время разработки сходных геномов. В фенотипическом варианте индивиды адаптируются в ответ на конкретные изменения в окружающей среде. Акклиматизация для некоторых организмов может происходить несколько раз без изменения генетической природы человека.

Значения G x E

Генотип при взаимодействии с окружающей средой имеет серьезные последствия для эволюции видов. Lande и Shannon (1996) предполагают, что в постоянных или непредсказуемых условиях генетическая дисперсия снижает среднюю пригодность населения и увеличивает риск вымирания. Скорость эволюции среднего фенотипа в ответ на отбор пропорциональна произведению аддитивной генетической дисперсии в характере и интенсивности направленного отбора. В краткосрочной перспективе генетическая изменчивость часто менее критична, чем другие детерминанты устойчивости популяции, но со временем она может сыграть решающую роль в сохранении популяции и адаптации в изменяющейся среде. Сегодня усилия, направленные на сохранение, были сосредоточены на генетических событиях в небольших популяциях. Однако долгосрочное сохранение биоразнообразия требует понимания не только демографии и генетики небольших популяций, но также экологии и эволюции многочисленных видов.

Экологический стресс

Устойчивость к стрессу сначала возникает на уровне индивидуума и включает физиологическую или поведенческую толерантность или адаптивность. Последующая реакция на повышенный стресс может включать выживание только лучше приспособленных особей вида. Замены могут происходить среди родов или семейств, когда виды испытывают и реагируют на стресс окружающей среды (Barrett 1981). В непостоянной среде гетерогенные виды в менее разнообразных сообществах должны быть более устойчивыми к стрессу, вызываемому изменчивой средой. Фишер (1977, в Barrett 1981) объясняет, что организмы, которые приспособились переносить непостоянную среду, более подвержены независимому стрессу по сравнению с теми организмами, которые приспособлены только к устойчивой среде. На уровне населения устойчивость к экологическому стрессу усиливается полиморфизмом. Полиморфизм увеличивает вероятность того, что более толерантные особи выживут и эволюционируют через комбинации генов, присутствующих в популяции. Устойчивость населения усиливается полиморфизмом, потому что это может привести к краткосрочному отбору более толерантных генотипов в стрессовой среде.

Молекулярные события

Гаплоидные виды могут быть очень полиморфными, половое размножение и диплоидность не являются необходимыми условиями для сохранения генетических вариаций в природных популяциях. Неизвестно, каким образом, но различные механизмы отбора были поставлены под сомнение в их способности защищать аллели в локусах. Взаимодействия G x e должны быть обширными, если отбор благоприятствует различным аллелям в разных средах. Тем не менее, g x e ​​вхождения не гарантируют изменения в рейтинге пригодности, которые защитили бы полиморфизмы. Исследования g x e-взаимодействия в отдельных локусах редки. Тем не менее, Дин (1995) попытался дать представление о том, как события на молекулярном уровне приводят к взаимодействию в физическом состоянии. Его исследование будет использовано в качестве иллюстрации к теме. В эксперименте Дина с использованием природных и лабораторных лактозно-опероновых мутантов Escherichia coli был изучен эффект изменения окружающей среды на генетическое изменение. В этом случае изменение окружающей среды было вызвано пятью различными галактозидами, которые являются питательным веществом, ограничивающим скорость роста во время соревновательных экспериментов. Односторонний ANOVA показал значительную разницу в пригодности среди штаммов оперона в каждой среде. Используя линейную аддитивную модель, Дин обнаружил, что изменения в приспособленности к различным средам были обусловлены взаимодействием x x e. Используя его экспериментально проверенную модель метаболизма лактозы, стало возможным описание пригодности с точки зрения молекулярных событий. Например, штамм DD320, который был неспособен метаболизировать любой из галактозидов, также имел пригодность 0. Это указывает на то, что изменения в приспособленности, которые генерируются изменениями в распределении метаболического контроля, являются потенциальным источником взаимодействий g x e.

Экспериментальный дизайн

Изучение g x e ​​взаимодействий оказалось трудным. Экспериментальный дизайн среди исследователей изменился из-за индивидуальных представлений о том, как следует манипулировать факторами. Тем не менее, продолжающиеся исследования приводят к соответствующим стратегиям для проведения таких исследований. Фенилкетонурия (ФКУ) – это нарушение обмена веществ, при котором редкий ген вызывает умственную неполноценность, когда в рационе присутствует фенилаланин. G-взаимодействие стало механизмом изучения этого заболевания, когда было обнаружено, что у детей с генетическим дефектом Специальная диета предотвратила последствия заболевания. Ван ден Оорд подготовил ряд исследований по ФКУ на людях, которые использовали тесты с родителями и без них в качестве контроля. Это решение было принято потому, что генетический маркер не связан с геном ФКУ. Ван ден Оорд подчеркнул, что при смешивании в группах родительского типа спаривания не может быть преимущественной передачи аллеля или различий в средствах. Однако он отметил, что смешивание популяции между родительскими типами спаривания может влиять на различия в частотах или средствах аллелей.

Математические модели

Взаимодействие

Используя простейшую модель, полностью факторный дизайн 2 x 2, оценка влияния генотипа, окружающей среды и взаимодействия на фенотип организма (Mather and Jones 1958). Когда встречаются два генотипа, существует возможность четырех фенотипов, P11, P12, P22, P21.

Генотип

1

2

Среднее

Окружающая среда

1

P11 = g + e + ge

P21 = g = e -ge

e
<Р> 2

P12 = g – e – ge

P22 = g – e + ge -e Среднее g -g

g = P11 – P12

-g = P21 – P22

e = P11 – P21

-e = P12 – P22

ge = P11 – P22

-ge = P12 – P21

Фоновые генотипы