Epistaasi – geenien vuorovaikutus: määritelmä, historia ja esimerkit

Epistaasi: geenien vuorovaikutus — määritelmä, historia ja havainnollistavat esimerkit Mendelistä nykytutkimukseen.

Epistaasi on eri lokuksissa sijaitsevien geenien välinen vuorovaikutus. Sen keksi William Bateson vuonna 1909.

Kun Gregor Mendel teki kokeita herneellä, hän valitsi seitsemän ominaisuutta, kuten pyöreät ja ryppyiset herneet sekä pitkät ja lyhyet kasvit. Hän havaitsi, että kasveilla oli pareittain "tekijöitä" (geenejä), jotka kontrolloivat niiden ulkonäköä (fenotyyppiä). Yksi tekijäpari ei kuitenkaan koskaan vaikuttanut muihin tekijöihin. Mutta epistaasissa yhden geenin toiminta vaikuttaa toiseen geeniin, vaikka se olisi eri kromosomissa.

Termin käyttö on vaihdellut jonkin verran. Alkuperäinen merkitys oli varsin suppea: esimerkiksi geeni, joka ei aiheuta siipien puuttumista Drosophilassa, peittää alleen geenit, jotka vaikuttavat mihin tahansa muuhun siipien osa-alueeseen. Yleisesti ottaen epistaasilla tarkoitetaan kuitenkin mitä tahansa poikkeamaa eri geenilokusten vaikutusten riippumattomuudesta.

Määritelmä ja periaate

Epistaasi kuvaa tilannetta, jossa yhden geenin alleeli muuttaa toisen geenin ilmenemistä (fenotyyppiä). Tämä voi tapahtua monilla tavoilla: toinen geeni voi koodata esimerkiksi entsyymiä, joka tarvitaan toisen geenin tuottaman välituotteen hyödyntämiseen, tai se voi säädellä toisen geenin ilmentymistä. Epistaattinen vaikutus voi olla täydellinen (toisen geenin vaikutus täysin peittyy), osittainen tai riippuvainen alleelien yhdistelmästä.

Tyypit

• Resessiivinen epistaasi — epistaattinen geenin resessiivinen alleeli peittää toisen geenin ilmenemisen (esimerkiksi odotetun 9:3:3:1-suhteen muutos 9:3:4).
• Dominantti epistaasi — epistaattinen alleeli on dominoiva ja peittää toisen geenin vaikutuksen (tyypillisiä suhteita: 12:3:1 tai 13:3 eri tilanteissa).
• Komplementaarisuus (yhteistyögeenit) — kahden erilaisen geenin kumpikin toiminta on välttämätön tietyn fenotyypin synnylle; usein havaitaan suhde 9:7.
• Duplikaatioefekti — kaksi geenilokusta voivat korvata toistensa toimintaa siten, että vain kahden resessiivisen alleelin yhdessä aiheuttama muutos näkyy (esim. 15:1).
• Suppressori- ja modifikaattorivaikutukset — yksi geeni muuttaa toisen geenin ilmenemistä jollain tavalla (vähentää, poistaa tai muuttaa ominaisuuden muotoa).
• Kvantitatiivinen epistaasi — monigeenisissä ja määrällisissä ominaisuuksissa geenien väliset vuorovaikutukset vaikuttavat fenotyyppiin eikä vaikutus noudata yksinkertaisia Mendeliläisiä suhteita.

Tyypillisiä esimerkkejä

• Labradorinnoutaja -karvaväri: B-lokus määrää mustan (B) tai ruskean (b) värin, mutta E-lokus säätelee pigmentin jakautumista. Kun koira on ee (resessiivinen E-lokus), se on keltainen riippumatta B- tai b-alleeleista — näin E-lokus on epistaattinen B-lokukselle.
• Bombay-phenotyyppi (ihmisen veriryhmät): H-geeni on tarpeen ABO-antigeenien ilmentymiselle. hh-henkilöillä ABO-genotyypista riippumatta veriryhmä näyttää O:lta, koska välituote puuttuu — H-geeni peittää siis ABO-genien vaikutuksen.
• Makean härän ja muiden kasvien kukkien värit: Joissakin tapauksissa kaksi erillistä entsyymiä tarvitaan pigmentin tuottamiseen; kummankin toiminta on välttämätöntä, ja ilman jompaakumpaa esiintyy värin puute (komplementaarisuus).
• Esimerkki Drosophilasta on historiallisesti mainittu kuvamaan tilannetta, jossa siipien puuttuminen peittää muita siiven alueisiin vaikuttavia geenejä.
• Sairaudet ja lääkevasteet: Monissa ihmisissä ilmenevissä perinnöllisissä sairauksissa ja lääkevasteissa geenien väliset vuorovaikutukset vaikuttavat taudin puhkeamiseen, vaikeusasteeseen ja hoitotuloksiin.

Historia ja termin kehitys

William Bateson esitti epistaasi-käsitteen vuonna 1909 kuvaamaan tilanteita, joissa geenin vaikutus peittää toisen geenin vaikutuksen. Gregor Mendelin aikaiset valinnat piirrejoukosta vähensivät epistaasin havaitsemisen todennäköisyyttä, koska hän valitsi ominaisuuksia, jotka näyttivät periytyvän itsenäisesti. Myöhemmin, kun genetiikka kehittyi, käsitteen merkitys laajeni kattamaan kaikki geneettiset vuorovaikutukset, ei vain alkuperäisen esimerkin kaltaisia peittymisiä.

Tunnistaminen ja merkitys

Epistaasin tunnistaminen perustuu usein poikkeamiin odotetuista Mendelin suhteista risteytyksissä (esim. muutokset 9:3:3:1-suhteessa), tilastollisiin analyyseihin ja QTL-mappingiin monigeenisissä ominaisuuksissa. Molekyylitasolla epistaasia voidaan osoittaa, kun tiedetään geenien roolit biokemiallisissa reitissä tai säätelyverkostoissa.

Merkitys on laaja:

• se vaikuttaa evoluutioon ja luonnonvalintaan, koska geeniyhdistelmät voivat muuttaa fenotyyppiä ja sitä kautta kelpoisuutta;
• se on tärkeä jalostuksessa ja biotekniikassa, kun halutaan ennustaa ja valita haluttuja ominaisuuksia;
• ihmisessä se vaikuttaa monen monitekijäisen sairauden periytymiseen, diagnostiikkaan ja hoitovasteisiin.

Yhteenveto

Epistaasi on keskeinen osa perinnöllistä monimutkaisuutta: geenit eivät aina toimi itsenäisinä yksikköinä, vaan niiden vaikutukset voivat riippua toisten geenien tilasta. Tämän ymmärtäminen auttaa selittämään poikkeamia yksinkertaisista Mendel-lainauksista ja on tärkeää sekä perustutkimuksessa että soveltavassa genetiikassa.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on epistasis?

K: Kuka keksi termin 'epistaasi'?

K: Mitä Gregor Mendelin kokeet herneellä sisälsivät?

Kysymys: Vaikuttivatko Gregor Mendelin kokeissa olevat tekijäparit toisiinsa?

K: Vaikuttaako yhden geenin vaikutus toiseen geeniin epistaasissa?

K: Mitä termi "epistaasi" tarkoittaa?

K: Mikä oli epistaasin alkuperäinen merkitys?

Hae kirjaimella