MANTOJAMĪBA: ĢENĒTISKĀS BĀZES, PĒTĪJUMU METODES, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Heritability ir īpašums, kas ir izmērāmu fenotipa īpašība iedzīvotāju ir jāsadala vai iedzimta caur genotipa. Parasti šī īpašība vai raksturs tiek nodots no vecākiem viņu pēcnācējiem.

Mantojuma rakstura fenotipiskā izpausme (kas atbilst redzamām indivīda iezīmēm) ir jutīga pret vidi, kurā attīstās pēcnācēji, tāpēc tā noteikti neizpaudīsies tāpat kā vecākiem.

Asins tipa iedzimts raksturs starp AB un O vecākiem (Avots: AB & O_RegularInheritance.PNG: lietotājs: Dr.saptarshiderivative work: Ksd5 via Wikimedia Commons)

Eksperimentālo organismu populācijās ir salīdzinoši viegli noteikt, kādas ir iedzimtās pazīmes, jo vecāku pazīmju izpausmi pēcnācējos var novērot, audzinot pēcnācējus tajā pašā vidē, kur vecāki attīstās.

Savvaļas populācijās, no otras puses, ir grūti atšķirt, kuri ir iedzimtības pārraidītie fenotipiskie raksturlielumi un kuri ir mainīgo vides apstākļu rezultāts, tas ir, tie ir epiģenētiskas izmaiņas.

Īpaši grūti to atšķirt pēc vairumam fenotipisko iezīmju cilvēku populācijās, kur ir ierosināts, ka labākie pētījumu modeļi ir identiski dvīņu pāri, kuri dzimšanas laikā tiek atdalīti un aug vienā un tajā pašā vidē.

Viens no pirmajiem zinātniekiem, kurš pētīja pārmantojamību, bija Gregors Mendels. Savos eksperimentos Mendels ieguva zirņu augu līnijas ar zīmēm, kuras tika mantotas un izteiktas gandrīz pilnībā starp vecākiem un pēcnācējiem.

Pārmantojamības pētījumu ģenētiskās bāzes

Pārmantojamība ir gēnu pārvietošanās ar dzimumšūnām (no vecākiem uz pēcnācējiem) seksuālās reprodukcijas rezultāts. Tomēr gametu sintēzes un saplūšanas laikā notiek divas rekombinācijas, kas var mainīt šo gēnu izkārtojumu un secību.

Zinātnieki, kas strādā pie iedzimto pazīmju eksperimentālas identificēšanas, strādā ar tīrām līnijām, izogēnām lielākajai daļai lokusu (ģenētiski identiskas), jo tīru līniju indivīdiem homozigotā veidā ir tas pats genotips.

Izogēnas līnijas garantē, ka gēnu arhitektūra kodolā neietekmē novēroto fenotipu, jo, neskatoties uz to, ka indivīdiem ir viens un tas pats genotips, mainot gēnu stāvokli kodolā, izmaiņas fenotips.

Pētniekiem tīru un izogēno līniju iegūšana ir sava veida "garantija", ka fenotipiskās iezīmes, kas raksturīgas vecākiem un pēcnācējiem, ir genotipa produkts un tāpēc ir pilnībā pārmantojamas.

Liellopu kažokādu krāsas īpašību mendelisks mantojums (Avots: Sciencia58, izmantojot Wikimedia Commons)

Neskatoties uz to, ka fenotips vienmēr ir genotipa produkts, ir svarīgi ņemt vērā, ka, lai arī indivīdiem ir vienāds genotips, var gadīties, ka ne visi gēni ir izteikti šajā fenotipā.

Gēnu ekspresijas garantēšana ir ļoti sarežģīts pētījums, jo to izpausmes katram genotipam var atšķirties, un dažreiz šos gēnus regulē citi faktori, piemēram, epiģenētiski faktori, vides vai citi gēni.

Studiju metodes

Ģenētikas nozare, kas pazīstama kā “klasiskā ģenētika”, ir vērsta uz īpašību pārmantojamības izpēti. Klasiskajā ģenētikā vecākus vairākas paaudzes šķērso ar veselu populāciju pēcnācējiem, līdz iegūst tīras un izogēnas līnijas.

H2 statistika

Kad ir pierādīta pazīmes pārmantojamība, pārmantojamības pakāpi var noteikt ar statistisko indeksu, kas apzīmēts kā H2.

Pārmantojamību (H2) aprēķina kā attiecību starp genotipisko vidējo lielumu (S2g) un populācijas kopējo fenotipisko dispersiju (S2p). Iedzīvotāju fenotipisko dispersiju var sadalīt genotipa vidējā (S2g) un atlikušās dispersijas (S2e) variācijā.

Pārmantojamības statistika (H2) parāda, kāda fenotipiskā variācijas proporcija populācijā ir saistīta ar genotipisko variāciju. Šis indekss nenorāda, kāda ir atsevišķa fenotipa proporcija, ko var attiecināt uz tā mantojumu un vidi.

Jāņem vērā, ka indivīda fenotips ir mijiedarbības starp tā gēniem un vides apstākļiem, kādos tas attīstās.

Mūsdienu tehnikas

Pašlaik pastāv tādi rīki kā nākamās paaudzes sekvencēšana (SNG), ar kuru palīdzību var secēt visu indivīdu genomu, lai iedzimtas pazīmes in vivo varētu izsekot organismu genoms.

Turklāt mūsdienu bioinformātikas rīki ļauj diezgan precīzi modelēt kodola arhitektūru, lai aptuveni noteiktu gēnus kodolā.

Piemēri

- Pārmantojamība augos

Raksturlielumu pārmantojamības pakāpes statistiskā metode tika ierosināta kultūraugu sugām ar komerciālu interesi. Tāpēc lielākā daļa literatūras piemēru attiecas uz augu sugām, kas svarīgas pārtikas rūpniecībai.

Visām kultūraugu sugām tiek pētīta agronomijas nozīmes īpašību, piemēram, izturība pret patogēniem, augļu raža, izturība pret karstu vai aukstu temperatūru, lapotnes lielums utt.

Tādu dārzeņu kultūru kā tomātu klasiskais ģenētiskais uzlabojums mēģina atlasīt augus ar genotipu, kam piemīt iedzimtas pazīmes, lai iegūtu tomātus, kas ir lielāki, sarkani un izturīgi pret mitru vidi.

Zāles sugās, piemēram, kviešos, cita starpā, mērķis ir izvēlēties pārmantojamās pazīmes pēc lieluma, cietes satura un sēklu cietības. Lai sasniegtu šo mērķi, šķirnes no dažādām vietām sajauc, līdz iegūst tīras līnijas.

Iegūstot tīras līnijas, ar gēnu inženierijas palīdzību tās var apvienot hibrīdu šķirnēs, lai iegūtu transgēnas kultūras, kas savāc labākās rakstzīmes vienā šķirnē.

- Pārmantojamība cilvēkiem

Medicīnā tiek pētīts, kā daži personības traucējumi tiek pārnesti starp vecākiem un pēcnācējiem.

Piemēram, hroniska depresija ir fenotipiska iezīme, kas ir genotipa produkts, bet, ja cilvēki ar šo genotipu dzīvo pazīstamā, laimīgā, stabilā un paredzamā vidē, genotipu fenotipā nekad nevarēs redzēt.

Uzvedības ģenētika īpaši interesē intelekta koeficienta (IQ) pārmantojamības noteikšanu. Līdz šim ir atzīts, ka augsts IQ līmenis ir tikpat iedzimts kā parastam IQ.

Tomēr augsts IQ vai hroniska depresija tiek izteikta atkarībā no vides stimulēšanas.

Tipisks pārmantojamības piemērs ir auguma raksturs. Ja vecāks ir garš, pēcnācēji, visticamāk, ir gari. Tomēr būtu acīmredzami kļūdaini uzskatīt, ka indivīda augstumā 1,80 m ir gēnu un vēl 0,3 m - apkārtējās vides dēļ.

Daudzos gadījumos ilgmūžība ir pētīta arī kā iedzimta īpašība. Lai veiktu ilgmūžības pētījumus ar cilvēkiem, tiek veikta ģimenes ģenealoģija, cenšoties iekļaut datus par vidi, kurā dzīvoja katrs no ģenealoģiskā koka indivīdiem.

Lielākajā daļā ilgmūžības pētījumu ir atklāts, ka šī īpašība lielākajā daļā gadījumu uzvedas kā iedzimta īpašība un pat palielinās katrā paaudzē, ja tā tiek audzēta pareizajā vidē.

Atsauces

1. Bratko, D., Butković, A., un Vukasović Hlupić, T. (2017). Personības pārmantojamība. Psihologijske bailes, 26 (1), 1-24.
2. de los Kampos, G., Sorensens, D., & Gianola, D. (2015). Genomiskā pārmantojamība: kas tas ir? PLoS Genetics, 11 (5), e1005048.
3. Devlin, B., Daniels, M., and Roeder, K. (1997). IQ pārmantojamība. Daba, 388 (6641), 468.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē. Makmillans.
5. Mousseau, TA, & Roff, DA (1987). Dabiskā atlase un fitnesa komponentu pārmantojamība. Iedzimtība, 59 (2), 181.
6. Vukasović, T., un Bratko, D. (2015). Personības pārmantojamība: uzvedības ģenētisko pētījumu metaanalīze. Psiholoģiskais biļetens, 141 (4), 769.
7. Wray, N., & Visscher, P. (2008). Īpašības pārmantojamības novērtēšana. Dabas izglītība, 1 (1), 29.