Back to chapter

12.9:

אפיסטאזיס

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Epistasis

Languages

Share

בנוסף לאללים מרובים, גנים שונים במקומות שונים עשויים אינטראקציה ולהשפיע פנוטיפים כמו פיגמנט פרווה בתופעה המכונה אפיסטזיס. לדוגמה, צבע של ארנב מושפע על ידי גנים שונים, ביניהם, טירוזינאז. מעניין, בעלי חיים לא מעובדים, המופיעים בלבן לחלוטין, הם הומוזיגיים עבור אלל מוטסי רצסיבי של טירוזינאז.והואיל, אלה עם אלל דומיננטי יש מעילים צבעוניים. צבע כזה הוא צד שהוקם על ידי גן אחר שנקרא חלבון הקשור טירוזינאז 1, בקיצור TYRP1. כאן, הגרסה הדומיננטית גורמת לפרווה שחורה, בעוד גוון חום או שוקולד תוצאה של אלל רצסיבי.תוך התעלמות מגורמים אחרים המעורבים בצבע המעיל, ארנבונים הטרוזיגיים בשני לוקוסים אלה מופיעים בשחור, וכאשר הם מזדווגים, כל צאצאיהם עם שני אללים רצופים טירוזינאז יהיה פרווה לבנה, לא צבועה ללא קשר לאלמנטים TYRP1 שלהם מאז אלרוסי טירוזינאז רצסיבי להסוות או להסתיר את צבע פרווה חום או שחור כי אחרת היה מיוצר. זוהי דוגמה לאפיסטזיס רצסיבי, שם תצורת טירוזינאז הוא אפיסטטי ל-TYRP1. על ידי הערכת אינטראקציות אפיסטטיות, החוקרים יכולים להבין איך מינים שונים מפתחים צבעי מעיל בהתאם לסביבות ייחודיות ואף לקבוע כי הגנים שלנו פועלים באותו מסלול סלולארי.

12.9:

אפיסטאזיס

In addition to multiple alleles at the same locus influencing traits, numerous genes or alleles at different locations may interact and influence phenotypes in a phenomenon called epistasis. For example, rabbit fur can be black or brown depending on whether the animal is homozygous dominant or heterozygous at a TYRP1 locus. However, if the rabbit is also homozygous recessive at a locus on the tyrosinase gene (TYR), it will have an unshaded coat that appears white, regardless of its TYRP1 alleles. This is an example of recessive epistasis and demonstrates that most biological systems involve many genetic elements that interact in multiple and complex ways.

Epistasis

Although Mendel chose seven unrelated traits in peas to study gene segregation, most traits involve multiple gene interactions that create a spectrum of phenotypes. When the interaction of various genes or alleles at different locations influences a phenotype, this is called epistasis. Epistasis often involves one gene masking or interfering with the expression of another (antagonistic epistasis). Epistasis often occurs when different genes are part of the same biochemical pathway. The expression of a gene might depend on a gene product in the same biochemical pathway.

Tyrosinase and TYRP1

One example of epistasis is fur pigmentation in rabbits. Many genes affect a rabbit’s fur color, including one called tyrosinase (TYR). Animals homozygous dominant or heterozygous at a tyrosinase locus will produce colored coats, while homozygous recessive rabbits develop unpigmented coats that appear white. Fur color is also partially established by another gene called tyrosinase-related protein 1, or TYRP1. The dominant allele produces black fur, and the recessive allele produces brown or chocolate fur.

Disregarding other factors involved in coat color, rabbits heterozygous at both loci will have black fur. However, their offspring that inherit two recessive tyrosinase alleles will have white, unpigmented fur, regardless of which TYRP1 alleles they inherit. This is an example of recessive epistasis because the recessive TYR alleles mask or interfere with the production of a black or brown coat. In this case, TYR is epistatic to TYRP1.

The Complexity of Genetic Interactions

The study of epistatic interactions allows researchers to understand how different species developed coat colors to suit unique environments. In general terms, it helps determine the functional relationship between genes, the ordering of genes in a pathway, and how different alleles quantitatively impact phenotypes. As such, since the concept of epistasis was introduced, it has become increasingly clear that most biological systems involve many genetic elements that interact with one another in multiple and complex ways.

Suggested Reading

Polster, Robert, Christos J. Petropoulos, Sebastian Bonhoeffer, and Frédéric Guillaume. “Epistasis and Pleiotropy Affect the Modularity of the Genotype–Phenotype Map of Cross-Resistance in HIV-1.” Molecular Biology and Evolution 33, no. 12 (December 2016): 3213–25. [Source]

Hoekstra, H. E. “Genetics, Development and Evolution of Adaptive Pigmentation in Vertebrates.” Heredity 97, no. 3 (September 2006): 222–34. [Source]

Phillips, Patrick C. “Epistasis—the Essential Role of Gene Interactions in the Structure and Evolution of Genetic Systems.” Nature Reviews. Genetics 9, no. 11 (November 2008): 855–67. [Source]