Гетерозис , також відомий як гетерозигот перевага і гібридної сили, генетичний феномен , який проявляється в поліпшенні щодо батьків, фізіологічних показників в першому поколінні хреста між далекими родичами одного і того ж виду, або між різних видів, рослин і тварин.
Поліпшення фізіологічних показників відбувається, наприклад, у збільшенні здоров'я, когнітивної здатності або маси, посилаючись на вигідні фенотипічні характеристики, що є результатом отримання більш відповідного генотипу.
Джерело: pixabay.com
Слід зазначити, що віддаленими родичами ми розуміємо особин із генетично ізольованих популяцій, а також сортів, штамів чи підвидів одного виду.
Інбридингова депресія
Гетероз - результат екзогамії. Це навпаки інбридингу, який може викликати гомозиготність. Через генетичну рекомбінацію переваги гетерозигот можуть зникнути, повторно з’явившись гомозиготності та навіть стерильності, у другому поколінні.
Однак генетичний обмін між віддаленими родичами може надати довготривалі адаптаційні переваги.
Депресія інбридингу - це зниження пристосованості (придатності), викликане інбридингом. Це виражається як зменшення виживання та розмноження у потомстві споріднених індивідів щодо потомства споріднених особин. Це універсальне явище, яке було зафіксовано у рослин і тварин.
Коли відбувається схрещування між віддаленими родичами одного і того ж виду або між різними видами, результатом зазвичай є включення нових або рідкісних алелей (інтрогресія) до генофонду популяції, до якого ставляться члени покоління початкове схрещування.
Насправді екзогамія часто є важливішим джерелом нових або рідкісних алелей, ніж мутація. Ці алелі надають дві переваги: 1) вони збільшують генетичну мінливість і, отже, частоту гетерозиготних особин у зазначеній популяції; 2) ввести гени, які кодують фенотипічні ознаки, що представляють нові попередні адаптації.
Генетичні переваги
З точки зору менделівської генетики, переваги гетерозису пояснюються двома гіпотезами: 1) доповнення, яке також називається моделлю домінування; 2) алельна взаємодія, яку також називають моделлю надмірного домінування.
Гіпотеза про доповнення постулює, що при множинних генетичних локусах гетерозиготні потомства виражають менше трохи шкідливих рецесивних алелів, ніж їхні гомозиготні батьки.
У гібридному потомстві вищі алелі одного з батьків приховували б нижчі алелі іншого з батьків. Це означало б, що для кожного з генетичних локусів потомство виражає лише найкраще з алелів обох батьків.
Таким чином, перше покоління мало б накопичувальний генотип з кращими характеристиками кожного з батьків.
Гіпотеза алельної взаємодії постулює, що два алелі кожного генетичного локусу виражають взаємодоповнення, тобто вони додають свої ефекти. Це означає, що фенотипічні символи, кодовані обома алелями, можуть дати більш широку відповідь на мінливість навколишнього середовища, з якою стикається потомство, ніж дозволено гомозиготністю.
Ці дві гіпотези не є взаємовиключними, оскільки кожна з них може бути застосована до різних наборів генетичних локусів у одного гібридного індивіда.
У рослинах
На початку 20 століття Джордж Шулл показав, що гібридизуючи два сорти кукурудзи, вирощені в США, які втратили частину своєї продуктивності завдяки інбридингу, давали більші та більш енергійні рослини з найкращою врожайністю. В даний час у гібридної кукурудзи гетерозис дозволяє отримати на 100–200% більший урожай.
В кінці 1970-х Китай почав вирощувати гібридний рис, який давав 10% вищих урожаїв, ніж звичайна кукурудза. Нині досягнуто 20–50% більших урожаїв
Збільшення врожаю, що досягається гетерозисом у інших їстівних культурних рослин, становить: баклажани, 30–100%; брокколі, 40–90%; кабачки, 10–85%; ячмінь, 10–50%; цибуля, 15–70%; жита, 180–200%; ріпак, 39–50%; квасоля широка, 45–75%; пшениця, 5–15%; морква, 25–30%.
У тварин
Мули - найвідоміший гібрид тварин. Вони є результатом спаровування коня-самця (Equus caballus) з ослінкою самкою (E. asinus). Їх корисність як зграйних тварин обумовлена гетерозом. Вони більші, сильніші та стійкіші, ніж коні. У них безпечний крок попки. Вони також мають більшу здатність до навчання, ніж їхні батьки.
Гібридизація макак (Macaca mulatta) китайського та індуїстського походження спричиняє чоловіків і жінок, які проявляють гетерозис через те, що вони мають більшу довжину голови та більшу масу тіла, ніж їхні батьки. Ця різниця більш помітна у самців, що може покращити їхню здатність конкурувати з негібридними самцями для жінок.
Їстівна жаба (Pelophylax esculentus) - родючий гібрид Pelophylax ridibundus та P. lessonae (сімейство Ranidae), які живуть у симпатії в центральній Європі. P. esculentus чинить опір більш низькому тиску кисню, ніж батьківський вид, що дозволяє йому зимувати в сильно дефіцитних кисню водах. Там, де вони співіснують, P. esculentus є більш рясним.
У людській істоті
В даний час наша планета населена єдиним людським видом. Існують генетичні докази того, що 65 000–90 000 років тому сучасні європейські люди (Homo sapiens) періодично гібридизуються з неандертальцями (Homo neanderthalensis).
Існують також дані, які свідчать про те, що сучасні меланезійські люди (Homo sapiens) досить часто взаємодіють з Денисованами, таємничим вимерлим людським видом, 50 000–100 000 років тому.
Невідомо, чи спричинили ці стародавні гібридизації гетерозис, але можливо, що це саме так, спираючись на спостереження позитивного та негативного гетерозису у сучасної людини.
Було показано, що люди з батьками та мамами з різних куточків Китаю мають висоту та успішність у навчанні вище, ніж середні райони їхніх батьків. Це можна трактувати як позитивний гетерозис.
У Пакистані проживає багато різних етнічних груп, які характеризуються високим рівнем гомозиготності, спричиненою високою частотою шлюбних шлюбів. Вважається, що ці групи страждають від негативного гетерозису, який виражається у вищій, ніж зазвичай, захворюваності на рак молочної залози та яєчників.
Список літератури
- Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tiagi, AK, Kapoor, S. 2012. Гетероз: нові уявлення про гібридну енергійність. Журнал експериментальної ботаніки, 63, 6309–6314.
- Беніршке, К. 1967. Стерильність і родючість міжвидових гібридів ссавців. В: Беніршке, К., ред. "Порівняльні аспекти репродуктивної недостатності". Спрінгер, Нью-Йорк.
- Берра, ТМ, Альварес, Г., Чебаллос, ФК 2010. Чи вплинула на династію Дарвіна / Веджвуда на спорідненість? BioScience, 60, 376-383.
- Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Розгадування генетичної основи гібридної енергійності. Праці Національної академії наук США, 103, 12957–12958.
- Берк, Дж. М., Арнольд, ML 2001. Генетика та придатність гібридів. Щорічний огляд генетики, 35, 31–52.
- Callaway, E. 2011. Стародавня ДНК розкриває таємниці історії людства: сучасні люди, можливо, відібрали ключові гени у вимерлих родичів. Природа, 137, 136-137.
- Деніч, С., Хатіб, Ф., Авад, М., Карбані, Г., Міленкович, Дж. 2005. Рак негативним гетерозом: надлишок раку молочної залози та яєчників у гібридів інбридних етнічних груп. Медичні гіпотези, 64, 1002–1006.
- Франкель, Р. 1983. Гетерозис: переоцінка теорії та практики. Спрингер, Берлін.
- Frankham, R. 1998. Інбридинг та вимирання: популяції островів. Консерваційна біологія, 12, 665–675.
- Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Стійкість гібридних рослин і тварин до травоїдних тварин, патогенів та паразитів. Щорічний огляд екології та систематики, 565–591.
- Govindaraju, DR 2019. З'ясування загальної століття загадки в генетиці-гетерозісі. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
- Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Роль епігенетики в гібридній енергійності. Тенденції в генетиці, 29, 684–690.
- Грюбер, С.Є., Уолліс, Г.П., Джеймісон, І.Г. 2008. Гетерозиготність - кореляція пристосованості та їх відповідність дослідженню інбридингової депресії загрозливих видів. Молекулярна екологія, 17, 3978–3984.
- Hedrick, PW, Гарсія-Дорадо, А. 2016. Розуміння інбридингової депресії, очищення та генетичне порятунок. Тенденції в галузі екології та еволюції, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
- Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Інбредінг-депресія в природоохоронній біології. Щорічний огляд екології та систематики, 31, 139–62.
- Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. До молекулярної основи гетерозису. ТЕНДЕНЦІЇ з рослинництва, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
- Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Міжгенеральні гібридні бабуїни. Міжнародний журнал приматології, 18, 597–627.
- Kaeppler, S. 2012. Гетерозис: багато генів, багато механізмів закінчують пошук нерозкритої об'єднавчої теорії. Обсяг ботаніки ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
- Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Вплив гетерозису на зростання у висоту та його сегменти: дослідження в поперечному перерізі дівчат хасі на північному сході Індії. Анали біології людини, 30, 605–621.
- Лейсі, РК Важливість генетичної зміни для життєздатності популяцій ссавців. Журнал мамології, 78, 320–335.
- Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Гетерозис: перегляд магії. ТЕНДЕНЦІЇ з генетики, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
- McQuillan, R. та ін. 2012. Докази інбридингової депресії на зріст людини. PLoS Genetics, 8, e1002655.
- Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Мульне пізнання: випадок гібридної енергійності? Пізнання тварин, 12, 75–84.
- Чжу, С., Чжан, X., Чжао, Q., Чен, Q. 2018. Гібридні шлюби та фенотипічний гетерозис у потомства: свідчення з Китаю. Економіка та біологія людини. 10.1016 / j.ehb.2018.02.028.