HETERÓZIS: ÁLLATOK, NÖVÉNYEK, EMBEREK JAVULÁSA - BIOLÓGIA - 2026

A heterózis, amelyet heterozigóta előnyeként és hibrid erősségként is ismertek, olyan genetikai jelenség, amely a szülőkkel szembeni fiziológiai teljesítmény javulásában nyilvánul meg ugyanazon faj távoli rokonai, vagy az egymás közötti keresztezés első generációjában. különböző fajok, növények és állatok.

A fiziológiai teljesítmény javulása például az egészség, a kognitív képesség vagy a tömeg növekedésében történik, utalva az előnyösebb fenotípusos tulajdonságokra, amelyek a megfelelőbb genotípus rendelkezéséből származnak.

Forrás: pixabay.com

Meg kell jegyezni, hogy távoli rokonok alatt megértjük a genetikailag izolált populációk egyedeit, valamint ugyanazon faj fajtáit, törzseit vagy alfajait.

Tenyésztési depresszió

A heterózis az exogómia eredménye. Ez ellentétes a beltenyésztéstel, amely homozigózist eredményezhet. A genetikai rekombinációnak köszönhetően a heterozigóták előnyei eltűnhetnek, a második generációban a homozigozitás újbóli megjelenése és akár a sterilitás miatt is.

A távoli rokonok közötti genetikai megosztás azonban hosszú távú adaptív előnyöket jelenthet.

A beltenyésztéses depresszió a beltenyésztés által okozott alkalmazkodóképesség (fitnesz) csökkentése. A kifejezés a rokon egyének utódoinak túlélésének és szaporodásának csökkenésében fejeződik ki, független egyének utódjaival szemben. Ez egy univerzális jelenség, amelyet dokumentáltak növényekben és állatokban.

Ha kereszteződés történik ugyanazon faj távoli rokonai vagy különböző fajok között, az eredmény általában új vagy ritka allélek beépülése (introgresszió) a populáció génkészletébe, amelybe a nemzedék tagjai a kezdeti átkelés.

Valójában az exogamia az új vagy ritka allélek fontosabb forrása, mint a mutáció. Ezek az allélok két előnnyel járnak: 1) növelik a genetikai variabilitást és ezáltal a heterozigóta egyének gyakoriságát az említett populációban; 2) vezessen be géneket, amelyek kódolják az új preadapciók fenotípusos tulajdonságait.

Genetikai előnyök

A mendeli genetika szempontjából a heterózis előnyeit két hipotézis magyarázza: 1) komplementáció, amelyet domináns modellnek is neveznek; 2) allél kölcsönhatás, amelyet túlzott dominancia modellnek is neveznek.

A komplementációs hipotézis azt állítja, hogy több genetikai lókuszban a heterozigóta utódok kevesebb, kissé ártalmas recesszív allélt expresszálnak, mint a homozigóta szüleik.

A hibrid utódokban az egyik szülő magasabb allélja elrejti a másik szülő alacsonyabb allélját. Ez azt jelentené, hogy az érintett genetikai lókuszok mindegyikében az utódok mindkét szülő alléljeinek csak a legjobbat fejezik ki.

Így az első generáció kumulatívan illeszkedő genotípusú, és az egyes szülők legjobb tulajdonságaival rendelkezik.

Az allél kölcsönhatás hipotézise azt állítja, hogy az egyes genetikai lókuszok két allélja komplementer, vagyis kiegészíti a hatásaikat. Ez azt jelenti, hogy a két allél által kódolt fenotípusos karakterek szélesebb választ adhatnak az utódok környezeti variabilitására, mint amit a homozigóta megenged.

Ez a két hipotézis nem zárja ki egymást kölcsönösen abban az értelemben, hogy mindegyik alkalmazható lehet ugyanazon hibrid egyén genetikai lókuszának különböző halmazaira.

Növényekben

A 20. század elején George Shull kimutatta, hogy az Egyesült Államokban termesztett két kukoricafajta hibridizációja, amelyek a beltenyésztés miatt részben elveszítették termelékenységüket, nagyobb és erõteljesebb növényeket hoztak létre, kiváló hozammal. Jelenleg a hibrid kukoricában a heterózis lehetővé teszi a 100–200% -kal nagyobb termés megszerzését.

Az 1970-es évek végén Kína megkezdett hibrid rizs termesztését, amely 10% -kal magasabb hozamot produkált, mint a hagyományos kukorica. Jelenleg 20–50% -kal nagyobb aratás

Más ehető termesztett növények heterózisával elért termésnövekedés: padlizsán, 30–100%; brokkoli, 40–90%; cukkini, 10–85%; árpa, 10–50%; hagyma, 15–70%; rozs, 180–200%; repce, 39–50%; széles bab, 45–75%; búza, 5–15%; sárgarépa, 25–30%.

Állatokban

Az öszvér a leghíresebb állati hibrid. Eredményeik hím ló (Equus caballus) párosítása egy női szamárral (E. asinus). A csomagolóállatokként való hasznosságuk a heterózis. Nagyobb, erősebb és ellenállóbb, mint a ló. A szamár biztonságos lépése van. Szüleiknél is nagyobb tanulási képességük van.

A kínai és hindu eredetű makákók (Macaca mulatta) hibridizációja olyan férfiakat és nőket eredményez, akik heterózist mutatnak, mivel nagyobb fej-testhosszúságú és nagyobb testtömegűek, mint szüleik. Ez a különbség jobban megfigyelhető a férfiakban, ami javíthatja a nők esetében a nem hibrid hímekkel való versenyképességük képességét.

Az ehető béka (Pelophylax esculentus) a Pelophylax ridibundus és a P. lessonae (Ranidae család) termékeny hibridje, amelyek Közép-Európában szimpatikusan élnek. A P. esculentus alacsonyabb oxigénnyomásnak ellenáll, mint a szülő fajoknak, lehetővé téve a hibernációt súlyosan oxigénhiányos vizekben. Ahol együtt élnek, a P. esculentus sokkal gazdagabb.

Az emberben

Jelenleg bolygónkat egyetlen emberi faj lakja. Genetikai bizonyítékok vannak arra, hogy 65 000–90 000 évvel ezelőtt a modern európai emberek (Homo sapiens) alkalmanként hibridizálódtak a neandertalókkal (Homo neanderthalensis).

Bizonyítékok arra utalnak, hogy a modern melanéziai emberek (Homo sapiens) meglehetősen gyakran keresztezték a Denisovans-ot, egy titokzatos kihalt emberi fajt, 50 000–100 000 évvel ezelőtt.

Nem ismert, hogy ezek az ősi hibridizációk heterózist eredményeztek-e, de valószínű, hogy ez a helyzet a modern emberek pozitív és negatív heterózisának megfigyelésén alapul.

Kínai különféle részeiből származó apákkal és anyákkal rendelkezőknek bebizonyosodott, hogy magasabbak és tudományos teljesítményük meghaladja a szüleik származási régióinak átlagait. Ez pozitív heterózisként értelmezhető.

Számos különféle etnikai csoport él Pakisztánban, melyet magas homozigóta jellemez, amelyet a szomorú házasságok magas gyakorisága okoz. Úgy gondolják, hogy ezek a csoportok negatív heterózistól szenvednek, amely a normálnál magasabb mell- és petefészekrák gyakoriságában fejeződik ki.

Irodalom

1. Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Heterosis: felmerülő ötletek a hibrid erősségről. Journal of Experimental Botany, 63, 6309–6314.
2. Benirschke, K. 1967. Az interspecifikus emlőshibridek sterilitása és termékenysége. In: Benirschke, K., szerk. Msgstr "A reproduktív kudarc összehasonlító szempontjai". Springer, New York.
3. Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. A Darwin / Wedgwood-dinasztia hátrányosan befolyásolta-e a konanguinitást? BioScience, 60, 376-383.
4. Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. A hibrid erősség genetikai alapjának feltárása. Az USA Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 103, 12957–12958.
5. Burke, JM, Arnold, ML 2001. Genetika és a hibrid fitnesz. Éves Genetikai Áttekintés, 35, 31–52.
6. Callaway, E. 2011. Az ősi DNS feltárja az emberi történelem titkait: a modern emberek kulcsfontosságú géneket vehetnek fel a kihalt rokonoktól. Nature, 137, 136-137.
7. Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Rák negatív heterózissal: mell- és petefészekrák feleslege a beltenyésztett etnikai csoportok hibridjeiben. Medical Hypotheses, 64, 1002–1006.
8. Frankel, R. 1983. Heterosis: az elmélet és a gyakorlat újraértékelése. Springer, Berlin.
9. Frankham, R. 1998. Tenyésztés és kihalás: szigeti populációk. Conservation Biology, 12, 665–675.
10. Fritz, RS, Moulia, C. 1999. A hibrid növények és állatok rezisztenciája növényevők, kórokozók és paraziták ellen. Az ökológia és szisztematika éves áttekintése, 565–591.
11. Govindaraju, DR 2019. Több, mint egy évszázados rejtély magyarázata a genetika-heterózisban. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
12. Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Az epigenetika szerepe a hibrid vigorban. Trends in Genetics, 29, 684–690.
13. Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Heterozigóziság - fitnesz összefüggések és azok relevanciája a fenyegetett fajok beltenyész depressziójának tanulmányaival. Molecular Ecology, 17, 3978–3984.
14. Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. A beltenyésztéses depresszió, a megtisztulás és a genetikai mentés megértése. Trendek az ökológiában és az evolúcióban,
15. Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Beltenyésztéses depresszió a természetvédelmi biológiában. Az ökológia és szisztematika éves áttekintése, 31, 139–62.
16. Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. A heterózis molekuláris alapja felé. NÖVÉNYEK A növénytudományban, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
17. Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE, 1997. Intergenerikus hibrid páviánok. International Journal of Primatology, 18, 597–627.
18. Kaeppler, S. 2012. Heterózis: sok gén, sok mechanizmus zárja le a fel nem fedezett egyesítő elmélet kutatását. ISRN Botany Volume, 10.5402 / 2012/682824.
19. Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. A heterózis hatása a magasság növekedésére és szegmenseire: keresztmetszeti vizsgálat a Khasi lányokról Északkelet-Indiában. Annals of Human Biology, 30, 605–621.
20. Csipkék, RC A genetikai variáció fontossága az emlőspopulációk életképessége szempontjából. Journal of Mammalogy, 78, 320–335.
21. Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Heterózis: a varázslat újbóli áttekintése. Trendek a genetikában, 10.1016 / j.tig 2006.12.006.
22. McQuillan, R., et al. 2012. A beltenyésztéses depresszió bizonyítéka az emberi magasságon. PLoS Genetics, 8, e1002655.
23. Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Öszvér megismerés: a hibrid lendület esete? Animal Cognition, 12, 75–84.
24. Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q., 2018. Hibrid házasságok és fenotípusos heterózis utódokban: bizonyítékok Kínából. Közgazdaságtan és emberi biológia. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.