Fenotips: definīcija, piemēri, genotipa un vides ietekme
Uzzini fenotipa definīciju, skaidrus piemērus un genotipa un vides mijiedarbību — kā gēni un vide kopā nosaka organisma īpašības.
Organisma fenotips ir organisma pazīmju (vai iezīmju) kopums.
Tas nenozīmē tikai to, "ko var redzēt virspusē". Drīzāk tas nozīmē visu, ko var padarīt redzamu ar piemērotiem līdzekļiem. Piemēram, asins grupas noteikti ir fenotipa daļa. Tomēr tās nav redzamas, vienkārši paskatoties uz cilvēku.
Bioloģijā fenotips tiek nošķirts no genotipa. To 1911. gadā ierosināja Vilhelms Johansens, lai skaidri noteiktu atšķirību starp organisma iedzimtību un to, ko šī iedzimtība rada. Šī atšķirība ir līdzīga Augusta Veismana ierosinātajai, kurš nošķīra dzimumšūnas (gametas vai to cilmes šūnas) un somatiskās šūnas (organisms).
Fenotips ir svarīgs, jo tas ir pakļauts dabiskajai atlasei:
"No Darvina līdz pat mūsdienām lielākā daļa evolūcijas speciālistu par galveno selekcijas objektu ir uzskatījuši individuālo organismu. Patiesībā tas ir fenotips, kas ir indivīda daļa, kura ir "redzama" selekcijai.". Ernsts Mairs
Fenotipus galvenokārt nosaka gēni, un tos ietekmē vides faktori. Tāpēc, zinot organisma genomu, nevar precīzi paredzēt tā fenotipu.
Īpašības ļoti atšķiras pēc tā, cik lielā mērā tās ir atkarīgas no iedzimtības (daba pret audzināšanu). Genotipa un fenotipa mijiedarbību bieži vien konceptualizē ar šādu attiecību:
Kas ietilpst fenotipā — piemēri
- Fiziskās īpašības: ķermeņa forma, krāsa, augstums, acu un ādas krāsa.
- Fizioloģiskās iezīmes: asinsspiediens, asins grupas, vielmaiņas ātrums, hormonu līmeņi.
- Biķīmiskie rādītāji: fermentu aktivitāte, proteīnu ekspresija, lipīdu profili.
- Uzvedība: migrācijas paradumi, barošanās uzvedība, sociālā uzvedība dzīvniekiem.
- Slimību fenotipi: klīniski simptomi, slimību izpausmes, jutība pret medikamentiem (farmakogenomika).
- Kvantitatīvie raksturlielumi: daudzgēnu pazīmes kā augums, ražība lauksaimniecībā, inteliģence — parasti izmērāmas ar skaitļiem un ietekmētas gan no gēniem, gan vides.
Genotips, vide un to mijiedarbība
Vienkāršots izteiciens, ko izmanto, lai aprakstītu fenotipa iemeslus, ir:
P = G + E + G×E
kur P ir fenotips, G — genotipiskā ietekme, E — vides ietekme, un G×E — genotipa un vides mijiedarbība (tas, ka dažādi genotipi reaģē atšķirīgi uz to pašu vidi).
Ir svarīgi atšķirt arī tādus jēdzienus kā:
- Pentrance (penetrance) — procentuāla iespēja, ka noteikts genotips izpaudīs noteiktu fenotipu.
- Expressivity (ekspresivitāte) — kādā mērā/dažādībā konkrētais fenotips izpaužas indivīdos ar to pašu genotipu.
Fenotipiskā plastiskums un reakcijas norma
Fenotipiskā plastiskums nozīmē spēju vienam un tam pašam genotipam radīt dažādus fenotipus atkarībā no vides. Reakcijas norma ir funkcija, kas apraksta, kā mainās fenotips, mainoties videi. Piemēram, augu augstums var būtiski atšķirties atkarībā no barības vielu pieejamības vai gaismas apstākļiem, pat ja genotips ir identisks.
Molekulārie un attēlveidošanas paņēmieni fenotipu pētīšanai
Fenotipu var izpētīt dažādos līmeņos un ar dažādām metodēm:
- Molekulārie testi (proteomika, metabolomika), lai mērītu biomolekulas, kas atspoguļo fenotipu.
- Klīniskie un fizioloģiskie mērījumi (asinsspiediens, glikozes līmenis utt.).
- Attēlveidošana (MRI, CT, mikroskopija) anatomisko vai histoloģisko fenotipu izpētei.
- Digitālā un augstas caurlaidības fenotipēšana lauksaimniecībā un modelorganismos.
- Genomiskie pētījumi, piemēram, GWAS, palīdz sasaistīt genotipa variantus ar fenotipiem.
Epigenētika, mikrobioms un attīstības trokšņi
Epigenētiskās modifikācijas (piem., DNS metilācija, histonu modifikācijas) var mainīt gēnu ekspresiju bez DNS secības maiņas un tādējādi ietekmēt fenotipu. Arī mikrobioma sastāvs var būt būtisks fenotipa elements (piemēram, zarnu baktēriju ietekme uz vielmaiņu). Turklāt attīstības procesa nejaušības (developmental noise) var radīt mazus, neparedzamus fenotipiskus atšķirības pat identiskos genotipos.
No teorijas uz praktisku pielietojumu
Priekš zinātnes un medicīnas fenotips ir centrālais objekts, jo ārstēšana un diagnostika bieži balstās uz fenotipiskajām izpausmēm. Lauksaimniecībā fenotipu uzlabošana (piem., selekcija pēc ražības vai slimību izturības) ir galvenais mērķis. Evolūcijas kontekstā tieši fenotips ir tas, ko "redz" selekcija.
Praktiski piemēri un ierobežojumi
- Identisku dvīņu piemērs: monozigotiski dvīnīši ar ļoti līdzīgu genotipu var tomēr atšķirties fenotipiski (piem., slaidums, aknu enzimātiskie rādītāji) vides un epigenētisku ietekmju dēļ.
- Asins grupas (piemēram, A, B, O) ir fenotipa piemērs, ko nosaka konkrēti ģenētiski marķieri, bet tādas iezīmes kā augums vai intelekts ir daudzgēnu un vides ietekmētas pazīmes.
- Dažām monogēniskām slimībām ir augsta penetrance un skaidrs fenotips; citām — nepilnīga penetrance vai mainīga ekspresivitāte — padara prognozes grūtākas.
Noslēgumā
Fenotips ir plašs jēdziens, kas aptver visas organisma izpausmes, kuras var novērot vai izmērīt, sākot no morfoloģijas un beidzot ar molekulārajiem rādītājiem. Lai pilnībā saprastu organismu, jāņem vērā gan genotips, gan vide, gan to sarežģītās mijiedarbības, kā arī epigenētiskie un netiešie faktori kā mikrobioms.
Gliemju sugas Donax variabilis indivīdiem ir daudzveidīga krāsojuma un rakstainības fenotipi.
Paplašinājumi
Terminam "fenotips" jāietver īpašības, kuras var noteikt ar kādu tehnisku procedūru (piemēram, asins grupas). Cits paplašinājums fenotipam pievieno uzvedību, jo uzvedību ietekmē gan genotipiski, gan vides faktori.
Ričards Dorkinss (Richard Dawkins) ir attīstījis ideju par paplašināto fenotipu, lai apzīmētu visu to ietekmi, ko gēns atstāj uz apkārtējo pasauli un kas var ietekmēt tā pārmantošanas iespējas. Tā var būt ietekme uz organismu, kas ir iezīmes nesējs, vidi vai citiem organismiem. Piemēram, bebru aizsprostu varētu uzskatīt par bebru gēnu fenotipu, tāpat kā bebru spēcīgie griezēju zobi ir viņu gēnu fenotipa izpausme. Kā paplašināta fenotipa piemēru Dawkins min arī kāda organisma ietekmi uz cita organisma uzvedību (piemēram, kukainīša uzticīgu audzināšanu, ko veic citas sugas vecāks).
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas ir organisma fenotips?
A: Organisma fenotips ir organismu veidojošo pazīmju vai īpašību kopums. Tas ietver gan redzamās, gan neredzamās pazīmes, piemēram, asins grupas.
J: Ar ko fenotips atšķiras no genotipa?
A: Fenotips attiecas uz organisma fiziskajām īpašībām, bet genotips - uz tā ģenētisko uzbūvi. Genotips nosaka, kāds būs konkrētais fenotips, taču to var ietekmēt arī vides faktori.
J: Kurš ierosināja atšķirību starp dzimumšūnām un somatiskajām šūnām?
A: Augusts Veismans ierosināja dalījumu starp dzimumšūnām (gametām vai to cilmes šūnām) un somatiskajām šūnām (ķermenis).
J: Kāpēc fenotips ir svarīgs bioloģijā?
A: Fenotips ir svarīgs, jo tas ir pakļauts dabiskajai atlasei; tas ir tas, uz ko iedarbojas atlase, nosakot, kuri indivīdi izdzīvo un vairojas.
J: Cik lielā mērā fenotipi ir atkarīgi no iedzimtības un vides?
A: Raksturlielumi ļoti atšķiras pēc tā, cik lielā mērā tie ir atkarīgi no iedzimtības (daba pret audzināšanu). Iedzimtībai ir galvenā loma fenotipu noteikšanā, taču arī vides faktori var ietekmēt fenotipus.
K: Kādas attiecības ir izmantotas, lai aprakstītu genotipa un fenotipa mijiedarbību?
A: Attiecības starp genotipu un fenotipu bieži vien tiek raksturotas ar jēdzienu "daba pret audzināšanu". Tas nozīmē, ka iedzimtībai ir galvenā loma fenotipu noteikšanā, bet ietekme var būt arī vides faktoriem.
Kurš teica, ka "tieši fenotips ir tā indivīda daļa, kas ir "redzama" selekcijai"?
A: Ernsts Mairs teica, ka "tieši fenotips ir tā indivīda daļa, kas ir "redzama" selekcijai".
Meklēt