Anyai hatás

Az anyai hatás  egy olyan genetikai jelenség , amelyben az utód fenotípusát kizárólag az anya génjei határozzák meg . Általában az utód fenotípusát mind az anya, mind az apa génjei határozzák meg . A kifejezést leggyakrabban anyai hatású génekkel kapcsolatban használják , amelyek a tojásban expresszálódnak és befolyásolják a zigóta fejlődését .

A nemhez kötött öröklődés, valamint a mitokondriális és egyéb citoplazmatikus öröklődés nem tévesztendő össze az anyai hatással , bár a mitokondriumok és plasztidok általában anyai úton öröklődnek. Az egyik nem csíravonal génjeinek epigenetikai módosítása egy másik mechanizmus az egyik szülő génjeinek specifikus expressziójára. [1] Ezt a jelenséget genomikus imprintingnek nevezik .

Az anyai hatás mechanizmusai

Általános szabály, hogy a zúzás időszakában (emlősökben - 2-8 blastomer stádiumáig , és a legtöbb állatban - a zúzás befejezése előtt) az embrió saját genomja inaktív, és az összes képződött fehérje összetétele leolvasható a tojásban a növekedési periódusa alatt tárolt mRNS -ből. Természetesen ezen fehérjék összetétele csak az anya genotípusától függ. Ha ezen fehérjék bármelyike ​​befolyásolja egy felnőtt szervezet tulajdonságát, akkor annak megnyilvánulása az anya genotípusától is függ, és nem az embrió saját genotípusától. Az anyai hatás tehát azokra a génekre jellemző, amelyek befolyásolják a korai embriogenezis lefolyását, és meghatározzák a fejlődés korai szakaszában lefektetett tulajdonságokat.

Az anyai hatású gének egy része általában nem a petesejtben, hanem a környező sejtekben expresszálódik, termékeik - mRNS vagy fehérjék - az anya testéből kerülnek a tojásba . Különösen a harmadlagos tojáshártyák színe és szerkezete, amelyeket az anya petevezetékének fala választ ki (például csirkéknél a tojáshéj színe és szerkezete), az anyai hatás tipikus megnyilvánulásainak tulajdonítható .

Anyai hatás gének

Az anyai hatású gének ismertek puhatestűekben , gerincesekben , rovarokban és más állatokban. A legtöbbet vizsgált anyai hatású gének a Drosophila melanogasterben találhatók , amelyről már több tucat ismert. Az elmúlt években számos olyan gént találtak, amelyek emlősökben anyai hatást fejtenek ki (főleg a transzgenikus egereken végzett munka miatt). Ilyen gének például a Stella, Mater, Basonuclin és mások, összesen körülbelül 10 gén 2007-ben. A Mater gén csak petesejtekben expresszálódik, fehérjeterméke az embrionális fejlődés korai szakaszában (a blasztociszta stádium előtt) van jelen. A Mater mutációra homozigóta nőstényekben az embrionális fejlődés a kétsejtes szakaszban megszakad. Az anyag fehérje behatol a sejtmagokba és a mitokondriumokba. A Stella gén petesejtekben, korai embriókban és pluripotens sejtekben expresszálódik. A normális alléloktól megfosztott nőstények termékenysége élesen csökkent – ​​károsodott a petesejtek fejlődése és az embrióbeültetés. Az anyai hatás géntermékeinek specifikus funkciói emlősökben még nem tisztázottak.

A növényeknek van egy anyai hatású sin1 génje, melynek mutációi megzavarják az embrióban az apikális-bazális tengely kialakulását.

Az anyai hatású gének által meghatározott tulajdonságok öröklődésének jellemzői

Legyen a norma a domináns A allél, a mutáció pedig az a recesszív allél. Anyai hatású gén esetében, ha egy nőstény AA-t kereszteznek egy hím aa-val, akkor az első generáció elvárt egységességét kapjuk (minden Aa, normál). De kölcsönös keresztezéssel (aa nőstény x AA hím) minden Aa genotípusú utód mutáns fenotípusú lesz. Ha az első generáció hibridjeit (Aa x Aa) keresztezik egymással, akkor mind az első, mind a második esetben (vagyis fenotípusuktól függetlenül) minden utóda normális fenotípusú lesz (bár a szokásos mendeli hasító AA : 2Aa lesz megfigyelhető a genotípus szerint: aa). És csak a harmadik generációban (a második generáció nőstényeitől) kapunk utódokat, amelyek között a fenotípus szerinti felosztás 3:1 lesz - az AA és Aa nőstények összes utóda normális lesz, és az aa nőstények utódai mutáns. Így öröklődik például a tócsigák balra és jobbra csavart héjának tulajdonsága (lásd alább).

Példák az anyai hatásgének által meghatározott tulajdonságokra

A csigaház csavarásának iránya

Sok haslábfajban vannak jobb- és balkezes héjú egyedek. Ennek a tulajdonságnak a Lymnaea nemzetségbe tartozó tócsigákban való öröklődését a legrészletesebben tanulmányozták . Ezekben a csigákban a domináns D allél felelős a jobbkezességért, míg a recesszív d allél a balkezességért. A héj torziós iránya a 8 cellás szakaszban van meghatározva, és attól függ, hogy a blastomerekből álló állati kvartett milyen irányban mozog a vegetatív négyeshez viszonyítva: az óramutató járásával megegyező irányba történő eltolásakor egy jobb oldali héj képződik, míg a ellenkező irányban egy balkezes alakul ki. A blasztomerek elmozdulását viszont a zigóta citoszkeletonjának szerkezete határozza meg. A D lókusz szerkezetét és e gén termékeinek (szorosan kapcsolódó gének?) működését nem vizsgálták.

Testtengelyek specifikációja Drosophilában

Az anyai hatás gének a Drosophila embrionális fejlődésében a testtengelyek kialakításában dolgoznak . Irányításuk alatt a zigótában vagy a korai embrióban bekapcsolódnak a gap gének, amelyek a test nagy területeinek specifikációjáért felelősek.

A dorso-ventralis tengely kialakulása

A Drosophila dorso-ventrális tengelyének kialakulása a dorsalis transzkripciós faktortól függ , amely az anya testében szintetizálódik. Ennek a fehérjének a képződését az embrió magjainak helyzete serkenti. A magok a Gurken fehérjét alkotják , amely gátolja a PIPE fehérje képződését, amely kölcsönhatásba lép a follikuláris sejtek Torpedo receptorával. A PIPE-t tartalmazó sejtek a dorsalis fehérjét választják ki, és a tojás ventrális oldalát alkotják, míg a PIPE-t nem tartalmazó sejtek nem választják ki a dorsalis fehérjét, és a tojás hátoldalát alkotják.

A dorsalis fehérje indukálja a twist és a snail gének transzkripcióját , miközben elnyomja a zerknull és decapentaplegiás gének expresszióját . A dorzális membránfehérje-receptorok Toll-receptorokként is ismertek , ezek végzik a dorzális fehérje transzportját az embrió magjaiba. Az ilyen Toll receptorok a Toll gén termékei, és egyenletesen oszlanak el az embrió plazmamembránján.

A háti fehérjék a ventrális oldalról jutnak be az embrióba. A dorsalis fehérje a sejtmagba való transzport után az embrió ventrális oldalán helyezkedik el. Ez a folyamat gradiensek kialakulásához vezet az éretlen embrió ventrális és háti oldala között. Ennek a négy génnek az elnyomását vagy indukcióját különböző módon szabályozzák.

Példa:

  • az embrió ventrális oldalán a blastoderma magokat magas koncentrációjú dorsalis fehérje veszi körül, ami twist és csigatranszkripció indukciójához vezet, miközben a zerknull és decapentaplegiás gének expressziója elnyomódik;
  • az embrió közepén a blastoderma magokat a dorsalis fehérje átlagos koncentrációja veszi körül, miközben az említett gének egyike sem expresszálódik;
  • az embrió dorsalis oldalán a blastoderma magokat alacsony koncentrációban veszi körül a dorsalis fehérje, így a megfelelő gének expresszálódnak és kialakulnak a zerknult és decapentaplegiás fehérjék.
Az anterior-posterior tengely kialakulása

Az elülső-hátulsó tengely kialakulása a Drosophilában a púpos és a caudalis transzkripciós faktorok szintézisének köszönhető . Ezek a gének az anya tüszőjének óvodai sejtjeiben íródnak át, és biztosítják a petesejtek növekedését és fejlődését . A púpos és a caudalis gének transzkriptumai ( mRNS ) a petesejtekbe kerülnek, és egyenletesen oszlanak el a citoplazmában.

Bár a púpos és a caudalis gének hasonló módon íródnak át, transzlációjukat úgy szabályozzák, hogy a púpos fehérje nagyobb koncentrációban termelődik az embrió elülső végén , míg a farokfehérje a hátsó végén halmozódik fel. Az alábbiakban ismertetett bicoid fehérje egyben transzkripció szabályozó is (bár amikor a caudalis génnel kölcsönhatásba lép, transzlációs szabályozóként működik), míg a nanos fehérje transzlációs  szabályozó . A púpos és a caudalis fehérjék transzkripciós faktorként működnek számos gén számára, amelyek részt vesznek az embrionális differenciálódásban az elülső-hátulsó tengely mentén.

A bicoid és nanos mRNS -eket a tüsző tápláló sejtjei szintetizálják és a petesejtekbe szállítják. A nanos fehérje egy transzlációs szabályozó. A púpos és bicoid mRNS 3'OH nem transzlálódó régiójához kötődik, és ennek lebomlását okozza. . A púpos mRNS megsemmisítése a hátsó embrióban egy elülső-hátsó púpos fehérje gradienst hoz létre , amely lehetővé teszi a knirps, kruppel és óriás hasi specifikáció gének kifejeződését a középső embrióban. A nanos funkció elvesztésével a mutánsból teljesen hiányoznak a hasi szegmensek. A pumilio gén terméke felelős a nanos fehérje mRNS-hez való kötődéséért.

A bicoid fehérje transzkripciós faktorként működik, több gén mRNS szintézisét serkentve, beleértve a púpos gént is . Ezek az mRNS-ek olyan fehérjékké alakulnak, amelyek szabályozzák az embrió fejszerkezetének kialakulását. Ezenkívül a bicoid fehérje gátolja a caudalis gén mRNS-ének transzkripcióját azáltal, hogy a 3'OH nem transzlált régiójában lévő szekvenciákhoz kötődik.

Apai hatás gének

Leírják az apai hatású géneket is , amikor a fenotípust csak az apa genotípusa határozza meg , de nem az egyén saját genotípusa. [2] Ezek a gének felelősek a megtermékenyítésben és a korai fejlődésben részt vevő spermakomponensek hatásaiért. [3] Az apai hatású génre példa a Drosophila ms(3)sneaky génje. A gén mutáns alléljával rendelkező hímek spermiumokat termelnek , amelyek megtermékenyíthetik a petesejtet, de a fejlődés nem megy végbe normálisan. Az ezzel a mutációval rendelkező nőstények azonban normálisan megtermékenyítő petéket termelnek. [négy]

Jegyzetek

  1. Mann JR Imprinting a csíravonalban  (határozatlan)  // Őssejtek. - 2001. - T. 19 , 4. sz . - S. 287-294 . - doi : 10.1634/őssejtek.19-4-287 . — PMID 11463948 .
  2. Yasuda GK, Schubiger G., Wakimoto BT Az ms (3) K81 genetikai jellemzése, a Drosophila melanogaster apai hatású génje  //  Genetics : Journal. - 1995. - 1. évf. 140 , sz. 1 . - P. 219-229 . — PMID 7635287 .
  3. Fitch KR, Yasuda GK, Owens KN, Wakimoto BT Apai hatások Drosophilában: implikációk a korai fejlődés mechanizmusaira   // Curr . tetejére. dev. Biol. : folyóirat. - 1998. - 1. évf. 38 . - P. 1-34 . - doi : 10.1016/S0070-2153(08)60243-4 . — PMID 9399075 .
  4. Fitch KR, Wakimoto BT Az ms(3)sneaky apai effektus gén szükséges a spermiumok aktiválásához és az embriogenezis megindításához Drosophila melanogasterben   // Dev . Biol. : folyóirat. - 1998. - 1. évf. 197. sz . 2 . - P. 270-282 . - doi : 10.1006/dbio.1997.8852 . — PMID 9630751 .