Αλληλόμορφα

Τo αλληλόμορφo είναι μία από τις δύο ή περισσότερες μορφές ενός γονιδίου. Για παράδειγμα, η ομάδα αίματος ΑΒΟ ελέγχεται από το γονίδιο ΑΒΟ που έχει τρία κοινά αλληλόμορφα (ΙΑ, IΒ, i). Ένα άτομο κληρονομεί δύο αλληλόμορφα για κάθε γονίδιο, ένα από κάθε γονέα. Εάν τα δύο αλληλόμορφα είναι τα ίδια, το άτομο είναι ομόζυγο για αυτό το γονίδιο. Εάν τα αλληλόμορφα είναι διαφορετικά, το άτομο είναι ετερόζυγο.Για κάθε χαρακτηριστικό, οι διπλοειδείς οργανισμοί διαθέτουν δύο αλληλόμορφα που βρίσκονται στην ίδια θέση των ομόλογων χρωμοσωμάτων. Το ζευγάρι των αλληλόμορφων συνιστά τον γονότυπο ενώ η έκφρασή τους συνιστά τον φαινότυπο. Συνήθως από τα δύο αλληλόμορφα, το ένα επικρατεί έναντι του άλλου και καθορίζει τον φαινότυπο. Αυτό το αλληλόμορφο ονομάζεται επικρατές και το άλλο υπολειπόμενο. Το επικρατές συνήθως το συμβολίζουμε με ένα κεφαλαίο γράμμα, ενώ το υπολειπόμενο με ένα μικρό. Αν "Α" είναι το επικρατές αλληλόμορφο που ελέγχει ένα χαρακτηριστικό, το υπολειπόμενο θα συμβολίζεται με "α". Οι δυνατοί γονότυποι από τον συνδυασμό των δύο αλληλόμορφων είναι τρεις (ΑΑ,Αα,αα) και οι δυνατοί φαινότυποι δύο (Α,α). Ο φαινότυπος Α εκφράζεται σε δύο περιπτώσεις, για γονότυπο ΑΑ και για γονότυπο Αα αφού το Α είναι επικρατές. Αντίθετα ο φαινότυπος α εκφράζεται μόνο όταν έχουμε γονότυπο αα.Υπάρχουν διαφορετικά μεγέθη αλληλόμορφων. Στο μικρότερο δυνατό μέγεθος ένα αλληλόμορφο μπορεί να είναι ένας πολυμορφισμός μονού νουκλεοτιδίου (SNP). Στο μεγαλύτερο δυνατό μέγεθος, μπορεί να έχει μήκος έως και αρκετές χιλιάδες ζεύγη βάσεων. Τα περισσότερα αλληλόμορφα έχουν μικρή ή καμία παρατηρήσιμη επίδραση στη λειτουργία της πρωτεΐνης που κωδικοποιείται από ένα γονίδιο.

 Οι σχέσεις επικράτησης μεταξύ των δύο αλληλόμορφων είναι οι εξής: Η πλήρης επικράτηση συμβαίνει, όταν το επικρατές αλληλόμορφο αποκλείει εντελώς την εκδήλωση της δράσης του υπολειπόμενου αλληλόμορφου. Ο φαινότυπος περιέχει μόνο το χαρακτηριστικό που καθορίζεται από το επικρατές αλληλόμορφο. Για παράδειγμα, στα πειράματα του Μεντέλ, το μοβ χρώμα του λουλουδιού κυριαρχούσε εντελώς πάνω από το λευκό. Η ατελής επικράτηση συμβαίνει όταν το επικρατές αλληλόμορφο στην ετερόζυγη κατάσταση δεν καταστέλλει πλήρως την επίδραση του υπολειπόμενου αλληλόμορφου. Οι ετεροζυγώτες έχουν ενδιάμεσο χαρακτήρα. Για παράδειγμα, εάν στην ομόζυγη κατάσταση το ένα αλληλόμορφο καθορίζει το κόκκινο χρώμα του λουλουδιού και το άλλο - λευκό, τότε το ετερόζυγο υβρίδιο θα έχει ροζ λουλούδια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ατελής κυριαρχία χαρακτηρίζεται ως ένας τύπος αλληλεπίδρασης μεταξύ των αλληλόμορφων, όταν το χαρακτηριστικό στα υβρίδια F1 δεν καταλαμβάνει τη μεσαία θέση, αλλά αποκλίνει προς τον γονέα με το επικρατές χαρακτηριστικό. Η εντελώς μεσαία παραλλαγή (όπως, για παράδειγμα, το παραπάνω παράδειγμα κληρονόμησης χρώματος λουλουδιών) αποδίδεται στην ενδιάμεση φύση της κληρονομικότητας, δηλαδή στην απουσία κυριαρχίας. Η συνεπικράτηση συμβαίνει όταν και τα δύο αλληλόμορφα εκδηλώνονται πλήρως. Το πιο γνωστό παράδειγμα είναι η κληρονόμηση των ομάδων αίματος στον άνθρωπο, όπως η ομάδα ΑΒ. Η πλήρης υποτέλεια συμβαίνει όταν και τα δύο αλληλόμορφα είναι υπολειπόμενα οπότε και εκδηλώνονται πληρως. Για παράδειγμα, εάν στην ομόζυγη κατάσταση και τα δύο αλληλόμορφα καθορίζουν το άσπρο χρώμα του λουλουδιού, τότε το φυτό θα έχει άσπρο χρώμα άνθους. Ένας πληθυσμός ή είδος οργανισμών συνήθως περιλαμβάνει πολλαπλά αλληλόμορφα σε κάθε θέση γονιδίου μεταξύ διαφόρων ατόμων. Ένα μηδενικό αλληλόμορφο είναι μια παραλλαγή γονιδίου που προέρχεται από μετάλλαξη και στερείται της φυσιολογικής λειτουργίας του γονιδίου επειδή είτε δεν εκφράζεται, είτε η εκφρασμένη πρωτεΐνη είναι ανενεργή.Για παράδειγμα, στο γονίδιο ΑΒΟ στον άνθρωπο, η κλασική γενετική αναγνωρίζει τρία αλληλόμορφα, ΙΑ, IΒ και i, τα οποία καθορίζουν τη συμβατότητα των μεταγγίσεων αίματος. Κάθε άτομο έχει έναν από τους έξι πιθανούς γονότυπους (ΙΑΙΑ, ΙΑi, ΙBIB, IΒi, ΙΑIΒ, ii) που παράγουν έναν από τους τέσσερις πιθανούς φαινοτύπους: "Ομάδα Α" (παράγεται από ομόζυγο ΙΑΙΑ και ετερόζυγο ΙΑi, γονότυπο), "Ομάδα Β" (παράγεται από ομόζυγο ΙBIB και ετερόζυγο IΒi γονότυπο), "Ομάδα AB" παράγεται από ετερόζυγο ΙΑIΒ γονότυπο και "Ομάδα O" παράγεται από ομόζυγο ii γονότυπο. (Είναι πλέον γνωστό, ωστόσο, ότι κάθε ένα από τα αλληλόμορφα Α, Β και Ο είναι στην πραγματικότητα μια κατηγορία πολλαπλών αλληλόμορφων με διαφορετικές αλληλουχίες DNA που παράγουν πρωτεΐνες με πανομοιότυπες ιδιότητες: περισσότερα από 70 αλληλόμορφα είναι γνωστά στον τόπο ΑΒΟ. Για παράδειγμα, άτομο με ομάδα αίματος Α μπορεί να είναι ετερόζυγο ΙΑi, ομόζυγο ΙΑΙΑ ή ετερόζυγο ΙΑΙΑ με δύο διαφορετικά αλληλόμορφα Α). Τα θνησιγόνα αλληλόμορφα είναι τα αλληλόμορφα των οποίων οι φορείς πεθαίνουν λόγω αναπτυξιακών διαταραχών ή ασθενειών που σχετίζονται με την εκδήλωση αυτού του γονιδίου. Μπορεί να είναι υπολειπόμενα, επικρατή ή υπό όρους ανάλογα με το γονίδιο ή τα εμπλεκόμενα γονίδια. Συνήθως είναι αποτέλεσμα μεταλλάξεων στα γονίδια που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη. Ο χρόνος θανάτου του οργανισμού εξαρτάται από το στάδιο έκφρασης του γονιδίου. Ένα παράδειγμα θνησιγόνου αλληλόμορφου, λόγω του οποίου ο οργανισμός πεθαίνει στο εμβρυϊκό στάδιο, είναι αυτό το οποίο εμπλέκεται στον προσδιορισμό του χρώματος του τριχώματος σε ποντίκια. Το επικρατές αλληλόμορφο υπεύθυνο για την ανάπτυξη της νόσου του Χάντινγκτον στους ανθρώπους είναι ένα θνησιγόνο αλληλόμορφο, του οποίου η δράση εκδηλώνεται κατά την ενηλικίωση. Η γονοτυπική συχνότητα είναι η μέτρηση της αναλογίας διαφορετικών γονοτύπων μέσα στον πληθυσμό. Υπολογίζεται από τη διαίρεση του αριθμού των ατόμων του δείγματος που φέρουν το συγκεκριμένο γονότυπο δια του συνολικού τους αριθμού. Η γονιδιακή συχνότητα ή αλλιώς συχνότητα αλληλόμορφου διαφέρει από τη γονοτυπική συχνότητα, καθώς ο γονότυπος αναφέρεται στη διπλοειδή κατάσταση και περιλαμβάνει δύο αλληλόμορφα, ανεξάρτητα εάν είναι ίδια ή διαφορετικά.Ένα παράδειγμα: Έστω ότι έχουμε δύο διαφορετικά αλληλόμορφα Α και Β, σε ένα δείγμα 100 ατόμων. Άτομα με γονότυπο ΑΑ έχουν φαινότυπο Α, άτομα με γονότυπο ΒΒ έχουν φαινότυπο Β, και άτομα με γονότυπο ΑΒ έχουν φαινότυπο ΑΒ. Στο δείγμα καταγράφηκαν οι εξής φαινότυποι: Α=40 άτομα, Β=50 άτομα και ΑΒ=10 άτομα. Έτσι, η γονοτυπική συχνότητα είναι: Συχνότητα ΑΑ: 40 / 100 = 0 , 4 {\displaystyle 40/100=0,4} Συχνότητα ΒΒ: 50 / 100 = 0 , 5 {\displaystyle 50/100=0,5} Συχνότητα ΑΒ: 10 / 100 = 0 , 1 {\displaystyle 10/100=0,1} Η συχνότητα αλληλόμορφων γονιδίων είναι: Ο συνολικός αριθμός των αλληλόμορφων είναι 100 × 2 = 200 {\displaystyle 100\times 2=200} Συχνότητα p {\displaystyle p} αλληλόμορφου Α είναι ( 40 × 2 + 10 ) / 200 = 0 , 45 {\displaystyle (40\times 2+10)/200=0,45} ή 45 % {\displaystyle 45\%} (ο γονότυπος ΑΑ έχει 40 × 2 {\displaystyle 40\times 2} αλληλόμορφα Α και ο γονότυπος ΑΒ έχει 10 × 1 {\displaystyle 10\times 1} αλληλόμορφα Α). Συχνότητα q {\displaystyle q} αλληλόμορφου Β είναι ( 50 × 2 + 10 ) / 200 = 0 , 55 {\displaystyle (50\times 2+10)/200=0,55} ή 55 % {\displaystyle 55\%} Ένα άλλο παράδειγμα με δύο αλληλόμορφα Α και α με συχνότητες p {\displaystyle p} και q {\displaystyle q} αντίστοιχα: p + q = 1 {\displaystyle p+q=1\,} Επειδή οι οργανισμοί είναι διπλοειδείς έχουμε: ( p + q ) 2 = 1 {\displaystyle (p+q)^{2}=1} ή p 2 + 2 p q + q 2 = 1 {\displaystyle p^{2}+2pq+q^{2}=1\,} όπου p {\displaystyle p} είναι η συχνότητα αλληλόμορφου Α και q {\displaystyle q} είναι η συχνότητα αλληλόμορφου α. Το p 2 {\displaystyle p^{2}} είναι η συχνότητα ΑΑ, το 2 p q {\displaystyle 2pq} είναι η συχνότητα Αα, και το q 2 {\displaystyle q^{2}} είναι η συχνότητα αα. Εάν το πρώτο αλληλόμορφο είναι επικρατές, τότε η γονοτυπική συχνότητα με τον κυρίαρχο φαινότυπο είναι p 2 + 2 p q {\displaystyle p^{2}+2pq} , και η γονοτυπική συχνότητα με τον υπολειπόμενο φαινότυπο είναι q 2 {\displaystyle q^{2}} . Με τρία αλληλόμορφα: p + q + r = 1 {\displaystyle p+q+r=1\,} Για τους διπλοειδείς οργανισμούς: ( p + q + r ) 2 = 1 {\displaystyle (p+q+r)^{2}=1} ή p 2 + q 2 + r 2 + 2 p q + 2 p r + 2 q r = 1. {\displaystyle p^{2}+q^{2}+r^{2}+2pq+2pr+2qr=1.\,} Στην περίπτωση των πολλαπλών αλληλόμορφων διπλοειδούς οργανισμού, ο αριθμός των πιθανών γονοτύπων ( G {\displaystyle G} ) με τον αριθμό των αλληλόμορφων ( a {\displaystyle a} ) δίνεται από την έκφραση: G = a ( a + 1 ) 2 . {\displaystyle G={\frac {a(a+1)}{2}}.} Ένας αριθμός γενετικών διαταραχών προκαλείται όταν ένα άτομο κληρονομεί δύο υπολειπόμενα αλληλόμορφα για ένα χαρακτηριστικό ενός γονιδίου. Οι υπολειπόμενες γενετικές διαταραχές περιλαμβάνουν τον αλφισμό, την κυστική ίνωση, τη γαλακτοζαιμία, τη φαινυλκετονουρία (PKU) και τη νόσο Tέι-Σάκς. Άλλες διαταραχές οφείλονται επίσης στα υπολειπόμενα αλληλόμορφα, αλλά επειδή ο γονιδιακός τόπος βρίσκεται στο φυλετικό χρωμόσωμα Χ, έτσι ώστε τα αρσενικά να έχουν μόνο ένα αντίγραφο (ημιζυγώτες), είναι πιο συχνές στους άνδρες παρά στις γυναίκες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν την αχρωματοψία και το σύνδρομο εύθραυστου χρωμοσώματος Χ. Άλλες διαταραχές, όπως η νόσος Χάντινγκτον, εμφανίζονται όταν ένα άτομο κληρονομεί ένα επικρατές αλληλόμορφο. Ενώ τα κληρονομικά χαρακτηριστικά μελετώνται συνήθως ως προς τα γενετικά αλληλόμορφα, τα επιγενετικά χαρακτηριστικά όπως η μεθυλίωση του DNA μπορούν να κληρονομηθούν σε συγκεκριμένες γονιδιωματικές περιοχές σε ορισμένα είδη, μια διαδικασία που ονομάζεται διαγενεακή επιγενετική κληρονομικότητα. Ο όρος επιαλληλόμορφο χρησιμοποιείται για να διακρίνει αυτά τα κληρονομικά χαρακτηριστικά από τα παραδοσιακά αλληλόμορφα, τα οποία ορίζονται από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Μια συγκεκριμένη κατηγορία, τα μετασταθή επιαλληλόμορφα, έχει ανακαλυφθεί σε ποντίκια και σε ανθρώπους, η οποία χαρακτηρίζεται από στοχαστική (πιθανή) καθιέρωση επιγενετικής κατάστασης που μπορεί να κληρονομηθεί μιτωτικά. Γονίδιο Μεντελική κληρονομικότητα