На хетерозис, известен също като хетерозиготна предимство и хибридни сила, е генетично явление, което се проявява в подобряване по отношение на родителите, физиологичен изпълнение в първото поколение на кръста между далечни роднини от същия вид, или между различни видове, растения и животни.
Подобряването на физиологичните показатели се случва например при повишаване на здравето, когнитивния капацитет или маса, като се позовават на изгодни фенотипни характеристики, произтичащи от наличието на по-подходящ генотип.
Източник: pixabay.com
Трябва да се отбележи, че от далечни роднини разбираме индивиди от генетично изолирани популации, както и от сортове, щамове или подвидове от един и същи вид.
Инбридинг депресия
Хетерозата е резултат от екзогамия. То е обратното на инбридинга, което може да доведе до хомозиготност. Поради генетичната рекомбинация, предимствата на хетерозиготите могат да изчезнат чрез повторно появяване на хомозиготност и дори от стерилност при второто поколение.
Въпреки това генетичното споделяне между далечни роднини може да даде дългосрочни адаптивни предимства.
Депресията на инбридинг е намаляването на адаптивността (фитнеса), причинена от инбридинга. Тя се изразява като намаляване на преживяемостта и възпроизводството в потомството на сродни индивиди по отношение на потомството на несвързани индивиди. Това е универсално явление, което е документирано при растения и животни.
Когато има кръстоска между далечни роднини на един и същи вид или между различни видове, резултатът обикновено е включването на нови или редки алели (интрогресия) в генофонда на популацията, на която членовете на поколението са резултат от първоначално преминаване.
Всъщност екзогамията често е по-важен източник на нови или редки алели от мутацията. Тези алели дават две предимства: 1) увеличават генетичната вариабилност и следователно честотата на хетерозиготните индивиди в споменатата популация; 2) въведете гени, които кодират фенотипни черти, които представляват нови предварителни адаптации.
Генетични предимства
От гледна точка на Менделската генетика, предимствата на хетерозата са обяснени с две хипотези: 1) допълване, наричано също като модел на доминиране; 2) алелно взаимодействие, наричано още модел на свръх доминиране.
Хипотезата за допълване постулира, че при множество генетични локуси хетерозиготното потомство изразява по-малко леко вредни рецесивни алели от техните хомозиготни родители.
В хибридното потомство по-високите алели на единия родител биха скрили долните алели на другия родител. Това би означавало, че за всеки от генетичните локуси, потомството изразява само най-доброто от алелите и от двамата родители.
По този начин първото поколение ще притежава кумулативно подходящ генотип с най-добрите характеристики на всеки родител.
Хипотезата за алелното взаимодействие постулира, че двата алела на всеки генетичен локус се изразяват взаимно допълващи се, тоест добавят своите ефекти. Това означава, че фенотипните знаци, кодирани от двата алела, биха могли да дадат по-широк отговор на променливостта на околната среда, с която се сблъсква потомството, отколкото се допуска от хомозиготността.
Тези две хипотези не са взаимно изключващи се в смисъл, че всяка една от тях може да бъде приложена към различни групи генетични локуси в един и същ хибриден индивид.
В растенията
В началото на 20 век Джордж Шул показа, че хибридизирайки два сорта царевица, отглеждани в Съединените щати, които са загубили част от своята производителност поради инбридинг, дават по-големи и по-енергични растения с превъзходни добиви. В момента при хибридната царевица хетерозата позволява да се получат 100–200% по-големи реколти.
В края на 70-те Китай започва да отглежда хибриден ориз, който дава 10% по-високи добиви от конвенционалната царевица. В момента се добиват 20-50% по-големи реколти
Увеличението на добива, постигнато чрез хетероза в други годни за консумация култивирани растения, е: патладжан, 30–100%; броколи, 40–90%; тиквички, 10–85%; ечемик, 10–50%; лук, 15–70%; ръж, 180–200%; рапица, 39–50%; боб широк, 45–75%; пшеница, 5–15%; морков, 25–30%.
При животни
Мулетата са най-известният животински хибрид. Те са резултат от чифтосване на мъжки кон (Equus caballus) с женско магаре (E. asinus). Тяхната полезност като глутни животни се дължи на хетероза. Те са по-големи, по-силни и по-устойчиви от коня. Те имат сигурната стъпка на задника. Те също имат по-голям капацитет за учене от родителите си.
Хибридизацията на макаките (Macaca mulatta) от китайски и хиндуистки произход произвежда мъже и жени, които показват хетероза поради факта, че те са с по-голяма дължина на тялото и по-голяма телесна маса от техните родители. Тази разлика е по-забележима при мъжете, което би могло да подобри способността им да се конкурират с нехибридни мъже за жени.
Ядливата жаба (Pelophylax esculentus) е плодородният хибрид от Pelophylax ridibundus и P. lessonae (семейство Ranidae), които живеят в симпатия в централна Европа. P. esculentus устоява на по-ниско налягане на кислород в сравнение с родителските видове, което му позволява да зимува в силно недостиг на кислород. Там, където те съжителстват, P. esculentus е по-обилен.
В човешкото същество
В момента нашата планета е обитавана от един-единствен човешки вид. Има генетични доказателства, че преди 65 000–90 000 години съвременните европейски хора (Homo sapiens) понякога се хибридизират с неандерталци (Homo neanderthalensis).
Съществуват и данни, които сочат, че съвременните меланезийски хора (Homo sapiens) се намесват доста често с Денизованс, тайнствен изчезнал човешки вид, преди 50 000–100 000 години.
Не е известно дали тези древни хибридизации са довели до хетероза, но е възможно случаят да се основава на наблюдението на положителната и отрицателната хетероза при съвременните хора.
Доказано е, че хората с бащи и майки от различни части на Китай имат височина и академична ефективност по-високи от средните за регионите на произход на техните родители. Това може да се интерпретира като положителна хетероза.
Много различни етнически групи живеят в Пакистан, характеризиращи се с високи нива на хомозиготност, причинени от високата честота на брачните бракове. Смята се, че тези групи страдат от отрицателна хетероза, която се изразява в по-високата от нормалната честота на рак на гърдата и яйчниците.
Препратки
- Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tiagi, AK, Kapoor, S. 2012. Хетероза: възникващи идеи за хибридна енергичност. Journal of Experimental Botany, 63, 6309–6314.
- Benirschke, K. 1967. Стерилност и плодовитост на междувидови хибриди на бозайници. В: Benirschke, K., изд. „Сравнителни аспекти на репродуктивната недостатъчност“. Спрингер, Ню Йорк.
- Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. Беше ли неблагоприятно повлияна от династията Дарвин / Уедвуд от родството? BioScience, 60, 376-383.
- Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Разгадаване на генетичната основа на хибридната енергичност. Трудове на Националната академия на науките на САЩ, 103, 12957–12958.
- Бърк, Дж. Дж., Арнолд, ML 2001. Генетика и годността на хибридите. Годишен преглед на генетиката, 35, 31–52.
- Callaway, E. 2011. Древната ДНК разкрива тайни на човешката история: съвременните хора може да са взели ключови гени от изчезнали роднини. Природа, 137, 136-137.
- Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Ракът с отрицателен хетероза: излишък от рак на гърдата и яйчниците в хибридите на инбридни етнически групи. Медицински хипотези, 64, 1002–1006.
- Франкел, Р. 1983. Хетероза: преоценка на теорията и практиката. Спрингер, Берлин.
- Frankham, R. 1998. Инбридинг и изчезване: островни популации. Консервационна биология, 12, 665–675.
- Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Устойчивост на хибридни растения и животни срещу тревопасни, патогени и паразити. Годишен преглед на екологията и систематиката, 565–591.
- Govindaraju, DR 2019. Изясняване на енигма на повече от век в генетиката-хетероза. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
- Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Ролята на епигенетиката в хибридната енергичност. Тенденции в генетиката, 29, 684–690.
- Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Хетерозиготност - корелации във фитнеса и тяхното значение за изследванията на инбридинговата депресия при застрашените видове. Молекулярна екология, 17, 3978–3984.
- Хедрик, PW, Гарсия-Дорадо, А. 2016. Разбиране на инбридинговата депресия, прочистване и генетично спасяване. Тенденции вEcology & Evolution,
- Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Инбрединг депресия в природозащитната биология. Годишен преглед на екологията и систематиката, 31, 139–62.
- Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. Към молекулната основа на хетерозата. ТЕНДЕНЦИИ в растениезнанието, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
- Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Междуродни хибридни бабуини. International Journal of Primatology, 18, 597–627.
- Kaeppler, S. 2012. Хетероза: много гени, много механизми завършват търсенето на неразкрита обединяваща теория. Обем на ботаника ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
- Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Влияние на хетерозата върху растежа на височината и нейните сегменти: изследване в напречен разрез на момичетата Khasi в Североизточна Индия. Анали на човешката биология, 30, 605–621.
- Лейси, RC Значение на генетичната промяна за жизнеспособността на популациите от бозайници. Journal of Mammalogy, 78, 320–335.
- Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Хетероза: преразглеждане на магията. ТЕНДЕНЦИИ в генетиката, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
- McQuillan, R., et al. 2012. Доказателство за инбридинг депресия на човешки ръст. PLoS Genetics, 8, e1002655.
- Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Mule познание: случай на хибридна енергичност? Животно познание, 12, 75–84.
- Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. Хибридни бракове и фенотипна хетероза в потомството: доказателства от Китай. Икономика и биология на човека. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.