معلومة

11.18: الأليلات المتعددة - علم الأحياء

11.18: الأليلات المتعددة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

اشرح كيف ستؤثر الوراثة متعددة الأليل على سمة داخل مجموعة سكانية

أشار مندل إلى أن أليلين فقط ، أحدهما سائد والآخر متنحي ، يمكن أن يتواجدان لجين معين. نحن نعلم الآن أن هذا تبسيط مفرط. على الرغم من أن البشر الفرديين (وجميع الكائنات ثنائية الصبغيات) يمكن أن يكون لديهم أليلين فقط لجين معين ، إلا أن الأليلات المتعددة قد توجد على مستوى السكان بحيث يتم ملاحظة العديد من مجموعات من أليلين. لاحظ أنه عند وجود العديد من الأليلات لنفس الجين ، فإن الاتفاقية هي الإشارة إلى النمط الظاهري أو النمط الجيني الأكثر شيوعًا بين الحيوانات البرية على أنه النوع البري (غالبًا ما يتم اختصارها "+") ؛ يعتبر هذا هو المعيار أو القاعدة. يتم النظر في جميع الطرز المظهرية أو الطرز الجينية الأخرى المتغيرات من هذا المعيار ، بمعنى أنها تنحرف عن النوع البري. قد يكون البديل متنحيًا أو مهيمنًا على الأليل من النوع البري.

الأليلات المتعددة (أنواع الدم ABO) ومربعات بونيت

مثال على الأليلات المتعددة هو نظام فصيلة الدم ABO في البشر. في هذه الحالة ، هناك ثلاثة أليلات متداولة في المجتمع. ال أناأرموز الأليل للجزيئات A على خلايا الدم الحمراء ، و أنابرموز الأليل لجزيئات B على سطح خلايا الدم الحمراء ، و أنا رموز الأليل لعدم وجود جزيئات على خلايا الدم الحمراء. في هذه الحالة ، فإن ملف أناأو أنابالأليلات هي السائدة مع بعضها البعض وكلاهما مهيمن على أنا أليل. على الرغم من وجود ثلاثة أليلات في مجموعة سكانية ، يحصل كل فرد على اثنين فقط من الأليلات من والديهم. ينتج عن هذا الطرز الجينية والظاهرية الموضحة في الشكل أدناه. لاحظ أنه بدلاً من ثلاثة أنماط وراثية ، هناك ستة أنماط وراثية مختلفة عندما يكون هناك ثلاثة أليلات. يعتمد عدد الأنماط الظاهرية المحتملة على العلاقات السائدة بين الأليلات الثلاثة. سنقوم بتحليل كيفية القيام بذلك بمزيد من التفصيل في قسم حول المربعات غير المندلية Punnett.

تم استبعاد عنصر YouTube من هذا الإصدار من النص. يمكنك مشاهدته عبر الإنترنت هنا: pb.libretexts.org/bionm1/؟p=426


الأليلات: المعنى والميزات والاختبار | علم الوراثة

يُعرف الشكل البديل للجين بالأليل. الأليلات من نوعين ، أي ، نوع مهيمن ومتنحي أو بري ونوع متحولة. وجد مندل شكلين فقط من الجين لجميع الشخصيات السبعة التي درسها في حديقة البازلاء.

لاحقًا لوحظ أنه في بعض الحالات يكون للجين أكثر من شكلين أليليين. يشار إلى وجود أكثر من أليلين في موضع ما على أنه الأليلات المتعددة. يضيف وجود الأليلات المتعددة إلى تنوع الحرف الذي يحتوي على هذه الأليلات.

الميزات الرئيسية للأليلات:

تتميز الأليلات ببعض الخصائص المهمة التي يتم عرضها بإيجاز أدناه:

1. الأليلات هي أشكال بديلة للجين. يشغلون نفس المكان على كروموسوم معين.

2. الأليلات تحكم نفس الشخصية للفرد.

3. تحتوي الخلية أحادية الصيغة الصبغية على نسخة واحدة من أليل ، ونسخة ثنائية الصبغية ، ونسخة متعددة الصيغة الصبغية أكثر من نسختين للشخصية.

4. قد يكون للفرد أليلات متطابقة في الموضع المقابل للكروموسومات المتجانسة (متجانسة الزيجوت) أو أليلين مختلفين (متغاير الزيجوت).

5. قد تكون الأليلات من الأنواع السائدة والمتنحية أو الأنواع البرية والمتحولة.

السمات الرئيسية للأليلات المتعددة:

الميزات الهامة للأليلات المتعددة مذكورة أدناه:

1. تنتمي الأليلات المتعددة دائمًا إلى نفس المكان ويوجد أليل واحد في موضع في وقت واحد في الكروموسوم.

2. تتحكم الأليلات المتعددة دائمًا في نفس خصائص الفرد. ومع ذلك ، فإن التعبير عن الحرف سوف يختلف اعتمادًا على وجود الأليل.

3. لا يوجد عبور في سلسلة الأليلات المتعددة. إذا كان هناك أليلان متورطان في التهجين ، فسيتم استرداد نفس الأليلين في F2 أو اختبار ذرية عبر. يعتمد هذا على المفهوم الكلاسيكي للجين ، والذي وفقًا له يحدث العبور بين الجين ولكن ليس داخل الجين.

4. في سلسلة من الأليلات المتعددة ، يكون النوع البري هو السائد دائمًا. قد تظهر بقية الأليلات في السلسلة هيمنة أو تعبير مظهري وسيط عندما يكون هناك أليلان متورطان في تهجين.

5. سوف ينتج عن التهجين بين اثنين من الأليلات الطافرة دائمًا نمط ظاهري متحور (وسيط). مثل هذا التقاطع لن ينتج أبدًا النمط الظاهري البري. بعبارة أخرى ، لا تظهر الأليلات المتعددة التكامل.

اختبار من أجل Allelism:

هناك نوعان من الاختبارات التي تستخدم في الأليلة ، أي ، اختبار إعادة التركيب واختبار التكميل.

وتناقش هذه لفترة وجيزة أدناه:

1. اختبار إعادة التركيب:

في وقت سابق كان يعتقد أن إعادة التركيب يمكن أن يحدث بين جينين ولكن ليس داخل الجين. وهكذا ، إذا كان التقاطع بين اثنين من المسوخ يقول م1م1 وم2م2 ينتج النوع البري في اختبار التقاطع أو في F.2 ثم م1 وم2 تعتبر غير أليلية لأن إنتاج النوع البري غير ممكن بدون إعادة التركيب.

إذا لم يظهر أي نوع بري في اختبار التقاطع أو F.2 ثم م1 وم2 تعتبر أشكال أليلية. الآن تم الإبلاغ عن إعادة التركيب داخل الجين في العديد من الكائنات الحية. ومن ثم فإن هذا المفهوم لم يعد صالحًا.

2. اختبار التكميل:

يمكن ترتيب الأليلات بطريقتين ، أي ، موضع رابطة الدول المستقلة وموضع الانتقال (الشكل 13.1). عندما يوجد أليلين بريين في كروموسوم واحد وأليلاتهما الطافرة في الكروموسومات المتجانسة (++ / ab) ، يُعرف باسم ترتيب cis.

وبالتالي ، ترتبط أليلات موضع رابطة الدول المستقلة في مرحلة الاقتران. من ناحية أخرى ، عندما توجد أليلات من النوع البري وواحد من النوع المتحور في كل كروموسوم متماثل (+ أ / + ب) ، يُعرف باسم الموضع العابر أو مرحلة التنافر للأليلات.

يشير التكميل إلى ظهور النمط الظاهري البري عند عبور طفلين. يستخدم اختبار التكميل لتحديد ما إذا كان اثنان من الأليلات الطافرة ينتميان إلى نفس الجين أو جينين مختلفين. إذا كان هناك تكملة ، فإن الطفرات تقع في جينات مختلفة ، وإلا فإنها تقع في نفس الجين.

أظهر أوليفر في عام 1940 لأول مرة أن إعادة التركيب داخل الجين حدث في جين Lozenge من ذبابة الفاكهة. يعتبر الأليلين الطافرين ينتميان إلى نفس الجين إذا كانت متغايرة الزيجوت الخاصة بهما تنتج نوعًا بريًا وتؤدي إلى نوع متحور.

إذا أدى كل من تغاير الزيجوت العابر و cis إلى تطور النوع البري ، فإن الأليلات الطافرة تقع في جينين مختلفين. وبالتالي ، فإن اختبار cis-trans هو اختبار أكثر موثوقية للأليل.

أمثلة على الأليلات المتعددة:

العديد من حالات الأليلات المتعددة والأليلات الزائفة معروفة في كل من الحيوانات والنباتات.

تتضمن بعض الحالات المعروفة للأليلات المتعددة ما يلي:

(2) نوع الجناح في ذبابة الفاكهة ،

(3) لون العين في ذبابة الفاكهة ،

(4) أليلات عدم التوافق الذاتي في النباتات ،

(5) فصيلة الدم ABO في الإنسان ، إلخ. يُعتقد الآن أن معظم الجينات لها أليلات متعددة ، إذا تم إجراء تحقيقات معمقة.

1. لون الفراء في الأرانب:

لون الفراء في الأرانب هو مثال معروف للأليلات المتعددة. في الأرانب ، لون الفراء هو أربعة أنواع ، agouti ، شنشيلا ، جبال الهيمالايا والألبينو.

يتم وصف هذه لفترة وجيزة أدناه:

هذا له لون كامل ويعرف أيضًا بالنوع البري. هذا اللون هو السائد على جميع الألوان المتبقية وينتج لون agouti في F.1 ونسبة 3: 1 في F2 عندما تتقاطع مع أي من الألوان الثلاثة الأخرى في الأرانب (الجدول 13.1). هذا اللون يمثله C.

هذا أخف من agouti. هذا اللون هو السائد على جبال الهيمالايا والألبينو وينتج شينشيلا في F1 ونسبة 3: 1 في F2 عند عبورها مع جبال الهيمالايا أو ألبينو. هذا يمثله ج الفصل.

الجسم الرئيسي أبيض بينما أطراف الأذن والقدمين والذيل والأنف ملونة. هذا اللون هو السائد على ألبينو وينتج نسبة 3: 1 في F.2 عندما عبرت مع ألبينو. يُشار إليه بـ c h.

هذا له لون الفراء الأبيض النقي وهو متنحي لجميع الأنواع الأخرى. هذا يمثله ج.

وبالتالي يمكن تمثيل ترتيب الهيمنة للون الفراء في الأرانب على النحو التالي:

وبالتالي فإن الاختلاف في لون الفراء في الأرانب يرجع إلى الأليلات المتعددة لجين واحد ج.

2. نوع الجناح في ذبابة الفاكهة:

لوحظ تباين واسع في نوع الجناح من ذبابة الفاكهة. هناك خمسة أنواع من الأجنحة في ذبابة الفاكهة ، أي ، عادي ، مجروح ، مسنن ، حزام وأجنحة أثرية. يتناقص حجم الجناح في جميع الأنواع. يعتبر هذا الاختلاف في حجم الجناح بسبب وجود الأليلات المتعددة لنفس الجين.

النوع البري هو المسيطر على جميع الأنواع الأخرى. تظهر التقاطعات بين أنواع الأجنحة الأخرى تعبيرًا وسيطًا في F1 و 1: 2: 1 الفصل في F2. الأجنحة المشقوقة محززة من الهامش ، والأجنحة الضيقة للغاية والأجنحة الأثرية صغيرة الحجم.

فيما يلي ترتيب الهيمنة ورمز الجين لحجم الجناح في ذبابة الفاكهة:

يتم ملاحظة أحجام الأجنحة هذه عندما يكون الأفراد في حالة متماثلة اللواقح. في حالة متغايرة الزيجوت ، يكون التعبير من النوع الوسيط. النوع البري هو المسيطر على جميع الأنواع الأخرى.

3. لون العين في ذبابة الفاكهة:

لون العين البرية في ذبابة الفاكهة أحمر. هناك تباين كبير في لون العين في ذبابة الفاكهة. تم اكتشاف أول طفرة بيضاء العين وبعد ذلك تم الإبلاغ عن عدة ألوان أخرى للعين. تشمل ألوان العين الرئيسية ، البرية ، والأبيض ، والكرز ، والدم ، والأيوزين ، والمشمش ، والعاج ، والقشدة.

يسود اللون البري على جميع ألوان العين الأخرى ويظهر نسبة 3: 1 في F.2 توليد. يُظهر التقاطع بين الأفراد من لون العين الآخر تعبيرًا وسيطًا في F1 والتعبير الحقيقي فقط في حالة متماثلة اللواقح.

فيما يلي رمز الجين وترتيب السيادة لألوان العين المختلفة:

تم اعتبار هذا الاختلاف في لون العين في البداية بسبب وجود أليلات متعددة من نفس الجين. ومع ذلك ، وجد لاحقًا أنه يرجع إلى الأليلات الزائفة.

4. أليلات عدم التوافق الذاتي في النباتات:

المثال الأكثر شيوعًا للأليلات المتعددة في النباتات هو سلسلة أليلات عدم التوافق الذاتي. تم الإبلاغ عن هذه الأليلات في نيكوتيانا وتم العثور عليها لاحقًا في العديد من الأنواع النباتية الأخرى مثل براسيكا ، والفجل ، والطماطم ، والبطاطس ، وما إلى ذلك. S 1 و S 2 و S 3 و S 4 وما إلى ذلك.

الآن تم الإبلاغ عن حالات عدم التوافق الذاتي ثنائي المنشأ وثلاثي المنشأ. في زهرة الربيع المسائية 37 وفي البرسيم الأحمر ، تم الإبلاغ عن 41 أليلات من عدم التوافق الذاتي.

ستؤدي عمليات التهجين بين الأفراد الذين لديهم أليلات عدم التوافق الذاتي إلى ثلاثة أنواع من المواقف كما هو موضح أدناه:

أ. معقم بالكامل:

عندما يكون لكل من الإناث أليلات متشابهة ، أي ، S 1 S 2 x S 1 S 2 سيكون الصليب غير متوافق ولن يكون هناك إعداد للبذور.

ب. خصبة جزئيا:

يتم الحصول على هذه التهجينات عندما تختلف نباتات الذكور والإناث عن أليل واحد ، أي S 1 S 2 x S 1 S 3. ينتج عن هذا التهجين ذرية S 1 S 3 و S 2 S 3. بمعنى آخر ، سيكون نصف السلالة خصبة.

ج. كامل الخصوبة:

يتم الحصول على التهجينات الخصبة تمامًا عندما تختلف النباتات من الذكور والإناث فيما يتعلق بكل من الأليلين ، أي S 1 S 2 x S 3 S 4. سينتج هذا التهجين أربعة أنماط وراثية خصبة ، أي ، S 1 S 3 ، S 1 S 4 ، S 2 S 3 و S 2 S 4. وبالتالي ، فإن النباتات التي تحتوي على أليلات عدم التوافق تكون دائمًا متغايرة الزيجوت لهذا الجين.

5. فصيلة الدم ABO في الإنسان:

فصيلة الدم ABO هي مثال جيد للأليلات المتعددة في الإنسان. تم اكتشاف فصيلة الدم ABO في الإنسان لأول مرة بواسطة Landsteiner في عام 1900. قبل التعامل مع فصيلة الدم ABO ، من الضروري تحديد المستضد والأجسام المضادة.

وهو نوع من البروتين يشار إليه عادة باسم الغلوبين المناعي. عادة ما توجد في المصل أو البلازما. يمكن إثبات وجود الجسم المضاد من خلال تفاعله النوعي مع مستضد.

يشير المستضد إلى مادة أو عامل ، عند إدخاله في نظام حيوان فقاري مثل البقر والماعز والأرانب والرجل وما إلى ذلك ، يؤدي إلى إنتاج جسم مضاد محدد يرتبط بهذه المادة على وجه التحديد.

توجد المستضدات في كريات الدم الحمراء (RBC). إذا كان لدى الشخص مستضد في كرات الدم الحمراء ، فإن مصله يحتوي عادةً على أجسام مضادة طبيعية ضد المستضد الآخر. في RBC البشري ، يوجد نوعان من المستضدات ، أي ، A و B.

اعتمادًا على وجود وغياب المستضد A و B ، تتكون فصيلة الدم في الإنسان من أربعة أنواع ، أي ، A و B و AB و O. يكون لدى الشخص الذي لديه فصيلة الدم A مستضد A على سطح خلايا الدم الحمراء. سيكون لدى المجموعة B مستضد B أولئك الذين لديهم فصيلة الدم AB لديهم مستضدات A و B وأولئك الذين لديهم فصيلة الدم O ليس لديهم مستضد على سطح كرات الدم الحمراء الخاصة بهم (الجدول 13.2).

أظهرت الدراسات الحديثة أن المستضد A و B ليسا بروتينات ، بل هما نوعان خاصان من الكربوهيدرات. المستضد A هو الجالاكتوزامين و B هو الجالاكتوز. توجد الأجسام المضادة B و A و none و AB بشكل طبيعي في مصل الأفراد الذين لديهم فصيلة الدم A و B و AB و O على التوالي. يؤدي تراص أو تخثر كرات الدم الحمراء إلى تخثر الدم بسبب التفاعل بين المستضد والجسم المضاد.

لا يمكن نقل فصيلة الدم B إلى فرد لديه فصيلة دم A ، لأن المتلقي لديه جسم مضاد ضد المستضد B ، الموجود في كرات الدم الحمراء لفصيلة الدم B. وبالمثل ، فإن نقل الدم العكسي غير ممكن أيضًا. لا تحتوي فصيلة الدم AB على جسم مضاد ضد المستضد A و B. وبالتالي ، يمكن للأفراد الذين لديهم فصيلة دم AB قبول جميع أنواع الدم ، أي A و B و AB و O.

يُعرف هؤلاء الأفراد بالمتقبلين أو المتلقين العالميين. لا تحتوي فصيلة الدم O على أي مستضد ولديها أجسام مضادة ضد المستضد A و B ، ولا يمكنها قبول فصيلة الدم بخلاف O. يُعرف الأفراد الذين لديهم فصيلة الدم O كمانحين عالميين ، لأن نقل فصيلة الدم O ممكن مع الأربعة فصائل الدم.

يعتبر اعتبار النوع Rh (الريسوس) مهمًا في نقل الدم. تحتوي كل مجموعة دم بشكل عام على نوعين من مجموعة Rh ، أي إيجابية وسلبية. نفس النوع من Rh متوافق مع عمليات نقل الدم. النوع المقابل يؤدي إلى رد فعل يؤدي إلى وفاة المتلقي.

هذه ليست سوى أمثلة قليلة لأليلات متعددة. يُعتقد الآن أن الأليلات المتعددة موجودة تقريبًا لجميع الجينات ، ولكن يمكن تحديدها ، إذا تم إجراء دراسات متعمقة.

تشير الموازية الزائفة إلى الجينات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا والوظيفية. تُعرف مجموعة الموازي الزائفة باسم سلسلة pseudoallele أو موقع معقد أو منطقة معقدة.

الخصائص الرئيسية للتوازيات الزائفة مذكورة أدناه:

1. تحكم الموازية الزائفة التعبيرات المختلفة لنفس الشخصية. بمعنى آخر ، هم مرتبطون وظيفيًا.

2. تعتبر الموازية الزائفة تحتل موقعًا معقدًا ينقسم إلى مواقع فرعية. وبالتالي ، فإنهم يشغلون مناصب مختلفة ، ولكن في نفس المكان المعقد.

3. أنها تظهر تواترا منخفضا من إعادة التركيب الجيني عن طريق العبور. بمعنى آخر ، يحدث العبور بين الموازي الزائفة ، ولكن بتردد منخفض جدًا.

4. أنها تظهر تأثير موقف رابطة الدول المستقلة. في الزيجوت غير المتجانسة العابرة ، تنتج هذه الطفرات نمطًا ظاهريًا متحورًا ، ولكن في المتغايرات الزيجوت المتغايرة تنتج نمطًا ظاهريًا بريًا.

أمثلة على الموازي الزائفة:

هناك العديد من الأمثلة على الموازي الزائفة. الأمثلة المعروفة هي جين المعينات ونجم الكويكب في ذبابة الفاكهة.

يتم وصف هذه لفترة وجيزة أدناه:

1. معينات العين في ذبابة الفاكهة:

درس Green and Green (1949) موضع المعينات في ذبابة الفاكهة. ينتج الجين الطافرة العين ذات السطح الأملس اللامع. تم تحديد عدة أليلات من جين معينات الاستحلاب وتعيينها جميعًا في موضع واحد. كانت جميع الزيجوتات المتغايرة التي تحمل طافرين مختلفين معينات في النمط الظاهري.

لكن سلالة هذه الزيجوت المتغايرة أنتجت مواد مؤتلفة من النوع البري بتردد أعلى بكثير من الطفرات التلقائية المتوقعة. هذا يشير إلى أن عز1 و إيز2 كانت موازية زائفة.

الجينات الزائفة والخجولة هي جينات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا ولها تأثيرات نمطية متشابهة ولكن لا يزال من الممكن إعادة دمجها مع بعضها البعض. إعادة التركيب بين الموازية الزائفة نادرة جدًا. تعتبر هذه الأليلات أنها تحتل موقعًا معقدًا مقسمًا إلى مواقع فرعية يمكن أن يحدث إعادة التركيب بينها.

إيز1 + / ايز2 + عبر الزيجوت المتغاير (النمط الظاهري المتحور)

إيز1إيز2 / + + Cis-heterozygote (النمط الظاهري البري)

2. عين نجم الكويكب في ذبابة الفاكهة:

نجمة (S) هي متحولة سائدة تنتج عينًا أصغر قليلاً من النوع البري في الذباب S / +. الكويكب (ast) هو متحور متنحي يعطي عينًا أصغر بكثير في الزيجوت المتماثل (ast / ast). لا تزال عيون متغايرة الزيجوت S / ast أصغر.

وبالتالي فإن ترتيب حجم العين هو كما هو موضح أدناه:

خريطة S و ast في نفس المنطقة. من التقاطع بين النجم والنجمة (Star x asteriod) ، تم انتشال 16 نوعًا من الذباب البري في عدد سكان يبلغ 57000. يشير هذا إلى إعادة التركيب داخل الجين بين S و ast والذي يمكن أن ينتج نوعًا بريًا. ومن ثم ، فإن هذه الأليلات S و ast تسمى pseudoalleles.

وهكذا ، قدمت دراسات الموازية الزائفة أدلة قوية لصالح إعادة التركيب داخل الجين. يحتوي موقع معقد pseudoallele على عدة وحدات من الوظيفة والطفرة وإعادة التركيب. هذا يعني أنه يمكن تقسيم الجين إلى وحدات فرعية.

يُعرف الأليل الذي يتشابه في تعبيره المظهري مع الأليل الآخر الذي يحدث بشكل مستقل باسم isoallele. بمعنى آخر ، المتوازيات هي تلك الأليلات التي تعمل ضمن نفس النطاق الظاهري لبعضها البعض.

الموازي من نوعين كما هو موضح أدناه:

1. متحولة Isoalleles. تعمل هذه الأليلات ضمن النطاق الظاهري للطابع المتحور.

2. الموازية العادية. تعمل هذه الأليلات ضمن النطاق الظاهري للطابع البري.


مقدمة

يعد الأساس الجيني لتنوع السمات المعقدة تحديًا رئيسيًا لعلم الأحياء الحديث. هناك نقاشات طويلة الأمد حول ما إذا كانت الأليلات شائعة أم نادرة ، ومواقع قليلة أم كثيرة ، وتأثيراتها صغيرة أو كبيرة ، وتفاعلات مضافة أو معرفية ، وما إلى ذلك - أسئلة ذات أهمية عملية للزراعة وصحة الإنسان ، وذات أهمية أساسية لعلم الأحياء التطوري . في الآونة الأخيرة ، تأثر الخطاب بشكل كبير بكتلة دراسات الارتباط على مستوى الجينوم البشري (GWAS) ، والتي كشفت بشكل عام عن أساس متعدد الجينات للسمات المعقدة ، مع العديد من الأشكال المسببة للتأثير الصغير الموزعة عبر الجينوم (Visscher et al. ، 2012). ومع ذلك ، فإن أهمية هذه الدراسات لفهم التباين التكيفي ليست واضحة ، لأنها اشتملت بشكل حصري تقريبًا على سمات من المحتمل أن تكون قيد الاستقرار أو التنقية. في الواقع ، من بين عدد قليل من GWAS للتنوع التكيفي الذي تم إجراؤه ، حدد البعض الأليلات الشائعة ذات التأثير الكبير (بما في ذلك الصفات البشرية مثل التصبغ) (Atwell et al. ، 2010 Beleza et al. ، 2013).

هنا نعتبر سكون البذور ، وهي سمة معقدة لتاريخ الحياة تلعب دورًا رئيسيًا في التكيف المحلي للعديد من أنواع النباتات (Finch-Savage and Leubner-Metzger ، 2006). لمثل هذه العشبية السنوية نبات الأرابيدوبسيس thaliana، موضوع دراستنا ، الإنبات في الوقت المناسب أمر بالغ الأهمية للبقاء المبكر ، ويؤثر أيضًا على سمات تاريخ الحياة الأخرى ، مثل الإزهار (Postma and Ågren، 2016 Huang et al.، 2010a Chiang et al.، 2013 Donohue et al. ، 2010 سبرينغثورب وبينفيلد ، 2015). يختلف سكون البذور جغرافيًا ، حيث يرتبط السكون المرتفع بصيف طويل وجاف ، ويكون السكون المنخفض أكثر انتشارًا حيث يكون الصيف قصيرًا ورطبًا (Chiang et al.، 2011 Debieu et al.، 2013 Kronholm et al.، 2012). كشف تحليل تقاطع دياليل بين خط نائم للغاية من جزر الرأس الأخضر وخط غير خامد من بولندا عن العديد من مواقع السمات الكمية (QTL) ، أحدها ، تأخير الإنبات 1 (DOG1) ، تم استنساخه وتوصيفه جزيئيًا (Alonso-Blanco et al. ، 2003 Bentsink et al. ، 2006) ، على الرغم من أن وظيفته غير مفهومة جيدًا. يبدو أنه منظم بشكل صارم من خلال مجموعة معقدة من الآليات التي تشمل الربط البديل ، والبولي أدينيل البديل ، ونسخة غير مشفرة مضادة للمعنى رابطة الدول المستقلة (asDOG1) (Bentsink et al.، 2006 Nakabayashi et al.، 2015 Cyrek et al.، 2016 Fedak et al.، 2016) ، ولكن على الرغم من DOG1 ترتبط كمية الحمض النووي الريبي (mRNA) ووفرة البروتين بشكل عام مع سبات البذور ، ولم يتم ملاحظة هذه العلاقة في جميع المُدخَلات (Bentsink et al.، 2006 Chiang et al.، 2011 Nakabayashi et al.، 2012 Fedak et al.، 2016). في هذه الحالات ، قد تلعب التفاعلات المعرفية مع الخلفية الجينية ، أو آليات أخرى ، مثل التقليل الذاتي الحرج لبروتين DOG1 (ناكاباياشي وآخرون ، 2015). ال DOG1 الموضع يؤوي سلسلة من الأليلات المتميزة وظيفيًا التي تفصل بين المجموعات البرية ، ويعرض نمطًا من التمايز الجيني يوحي بالتكيف المحلي (Kronholm et al. ، 2012). علاوة على ذلك ، حددت التجارب الميدانية باستخدام تقاطع Diallel بين المُدخَلات من السويد وإيطاليا QTL رئيسيًا مرتبطًا باللياقة الكاملة التي امتدت إلى DOG1 ، وأظهر أيضًا أن الاختلافات الجينية في تكوين الشتلات - وخاصة في سكون البذور - هي أحد المكونات الرئيسية للتكيف المحلي (Postma and Ågren ، 2016 Postma et al. ، 2016 Huang et al. ، 2010a). أخيرًا ، التباين الطبيعي الشامل لسكون البذور ليس فريدًا بالنسبة لـ DOG1 تم تعيين الموقع والعديد من QTLs الأخرى في مجموعات سكانية مختلفة (Alonso-Blanco et al.، 2003 Bentsink et al.، 2006، 2010 Amiguet-Vercher et al.، 2015 Xiang et al.، 2016). الاستنساخ الأخير لـ تأخير الإنبات 18 (الكلب 18)/IBO كشفت QTLs في تهجينين منفصلين عن وجود العديد من أليلات فقدان الوظيفة - التي تنتج بشكل رئيسي عن الطفرات غير المنطقية والمتغيرات الهيكلية - في تقليل التشاؤم 5 (RDO5) مكان في البرية A. thaliana السكان (Xiang et al.، 2016 Amiguet-Vercher et al.، 2015 Xiang et al.، 2014).


الجزء 4: تحليل النسب

سوف نتتبع نمط وراثة الصفة الجسدية المتنحية المهق خلال أربعة أجيال. الأسطورة كما يلي:

في مخطط النسب أدناه ، حدد الأنماط الجينية لكل فرد. استخدم تحليل Punnet Square لمساعدتك. تذكر أن النمط الجيني للأفراد المصابين هو nn. إذا لم تتمكن من تحديد كلا الزوجين الجيني للفرد العادي ، فقم بالإشارة إلى النمط الجيني كـ N_. ضع التركيب الجيني بجانب كل رمز.


دور متغيرات معقد التوافق النسيجي الكبير في الأمراض التي تصيب الإنسان

نظرة ثاقبة حول قابلية MHC لأمراض المناعة الذاتية: نتائج رسم الخرائط الدقيقة ، ورعاف ، وبيولوجيا المرض

كانت الارتباطات بين MHC وأمراض المناعة الذاتية التي تم الإبلاغ عنها في السبعينيات من أوائل الارتباطات الوراثية الموصوفة [31 ، 32] ، ولا تزال أقوى عوامل الخطر لأمراض المناعة الذاتية. بعد تطوير منصات التنميط الجيني ذات الشاشة العريضة وخطوط التضمين ، تم إجراء احتساب MHC ورسم الخرائط الدقيقة في المجموعات السكانية الأوروبية والآسيوية لمعظم أمراض المناعة الذاتية الشائعة ، بما في ذلك التهاب المفاصل الروماتويدي [19 ، 25 ، 33 ، 34] ، CeD [35] ، الصدفية [36] ، التهاب الفقار اللاصق (AS) [37] ، الذئبة الحمامية الجهازية (SLE) [33 ، 38 ، 39 ، 40 ، 41] ، T1D [42 ، 43] ، التصلب المتعدد (MS) [44 ، 45] ، جريفز مرض [24] ، مرض التهاب الأمعاء (عيبد) [46] ، والتهاب الجلد والعضلات (DM) [47]. يوضح الجدول 1 المتغيرات الرئيسية المرتبطة والمواقع المرتبطة بشكل مستقل لأمراض المناعة الذاتية.

في عام 2012 ، أكدت دراسة رائدة لرسم خرائط MHC ، أجريت على أفراد من أصول أوروبية مع RA [19] ، أقوى ارتباط مع جين HLA-DRB1 من الفئة II ، بالإضافة إلى جمعيات مستقلة أخرى. تم الإبلاغ سابقًا عن زيادة خطر الإصابة بالتهاب المفاصل الروماتويدي لمجموعة من متواليات الأحماض الأمينية المتفق عليها في المواضع 70-74 في جين HLA-DRB1 ، والمعروف باسم موضع "الحاتمة المشتركة" [48]. كشفت البيانات المحسوبة أن أهم الارتباطات كانت مع اثنين من الأحماض الأمينية في الموضع 11 ، الموجودان في أخدود ربط الببتيد من مغاير HLA-DR. هذا يشير إلى دور وظيفي لهذا الحمض الأميني في ربط مولد الضد الذي يسبب RA. اتبعت دراسات مماثلة لرسم الخرائط الدقيقة لأمراض المناعة الذاتية الأخرى (الجدول 1).

بشكل عام ، في معظم أمراض المناعة الذاتية ، أكدت استراتيجيات رسم الخرائط الموضع الرئيسي المرتبط الذي أبلغ عنه تحليل النمط المصلي في موضع معين من معقد التوافق النسيجي الكبير. سمحت مثل هذه الاستراتيجيات أيضًا بتحديد المتغيرات الأليلية المحددة أو الأحماض الأمينية ، بالإضافة إلى المتغيرات المستقلة في فئات HLA المختلفة. على سبيل المثال ، في CeD ، كان الارتباط الأقوى مع موضع DQ-DR المعروف ، كما تم تحديد خمس إشارات مستقلة أخرى في الفئتين الأولى والثانية. CeD هو مرض المناعة الذاتية الوحيد الذي يعرف عنه مستضد الغلوتين ودراسته جيدًا. الغلوتين منتج غذائي في القمح والشعير والجاودار. يتم هضمه في الأمعاء ويتم تفكيكه بواسطة إنزيمات ترانسجلوتاميناز الأنسجة بحيث يتناسب تمامًا مع جيوب الربط لمغير متغاير DQ خاص بمخاطر CeD (مشفر بواسطة الأنماط الفردية DQ2.2 و DQ2.5 و DQ8). تم تأكيد هذا الارتباط من خلال رسم الخرائط الدقيقة لـ MHC ، والذي أشار إلى أدوار أربعة أحماض أمينية في جينات DQ مع أقوى الارتباطات المستقلة لمخاطر CeD [35]. وبالمثل ، تم تحديد الارتباطات الرئيسية لـ T1D و MS و SLE داخل موضع MHC من الدرجة الثانية (الارتباطات لهذه الأمراض الثلاثة هي نمط فرداني HLA-DQ-DR معين) ، وهناك أيضًا ارتباطات مستقلة ولكنها أضعف مع مناطق من الدرجة الأولى و / أو الثالثة. في DM ، حددت الخرائط الدقيقة في مجموعة سكانية آسيوية ارتباطات MHC مدفوعة بالمتغيرات الموجودة حول منطقة MHC من الدرجة الثانية ، مع اعتبار HLA-DP1 * 17 الأكثر أهمية [47]. في المقابل ، كانت الارتباطات الأولية والأقوى في الصدفية و AS هي جزيئات معقد التوافق النسيجي الكبير من الدرجة الأولى ، بينما تم الإبلاغ أيضًا عن ارتباطات مستقلة لموضع الفئة الأولى لمرض التهاب الأمعاء ومرض جريفز. متغيرات الفئة الثالثة متورطة بشكل ضعيف في أمراض المناعة الذاتية ، ولكن شوهدت العديد من الارتباطات في منطقة MHC من الدرجة الثالثة لمرض التصلب العصبي المتعدد ، على سبيل المثال ، الارتباط بـ rs2516489 ينتمي إلى النمط الفرداني الطويل بين MICB و LST1 الجينات. إشارة الارتباط إلى rs419788-T في جين منطقة الفئة الثالثة SKIV2L وقد تم أيضًا تورطه في قابلية الإصابة بمرض الذئبة الحمراء ، وهو ما يمثل موضعًا جديدًا تم تحديده من خلال رسم الخرائط الدقيقة في الثلاثي بين الوالدين والطفل في المملكة المتحدة [39]. تم أيضًا تحديد إشارة ارتباط مستقلة إلى الفئة الثالثة (rs8192591) من خلال التحليل التلوي الكبير لحالات وضوابط SLE الأوروبية ، وعلى وجه التحديد ، المنبع من NOTCH4 [40]. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لشرح كيف تسهم هذه الاختلافات الجينية في الاستعداد لمرض الذئبة الحمراء.

بالإضافة إلى تحديد المتغيرات المستقلة ، تسمح دراسات رسم الخرائط الدقيقة لـ MHC بتحليل التأثيرات المعرفية وغير المضافة في الموقع. تحدث هذه الظواهر عندما يعتمد تأثير أليل واحد على مظاهر المرض على النمط الجيني لأليل آخر في الموضع (تأثير غير مضاف) ، أو على النمط الجيني للجين "المعدل" في موضع آخر (epistasis). تم إنشاء تأثيرات معقد التوافق النسيجي الكبير غير المضافة في CeD ، حيث أتاحت معرفة أن الغلوتين هو المستضد السببي ميزة في التحقيق في البنية الخاصة بالمستضد في DQ-heterodimer. يتم التوسط في مخاطر CeD من خلال وجود العديد من الأنماط الفردانية HLA-DQ ، بما في ذلك الأنماط الفردية DQ2.5 و DQ2.2 و DQ8 ، والتي تشكل الجيب المحدد الذي يقدم الغلوتين بكفاءة إلى الخلايا التائية. يمكن ترميز هذه الأنماط الفردانية إما بتنسيق رابطة الدول المستقلة، عندما يكون كل من DQA1 و DQB1 موجودين على نفس الكروموسوم ، أو في العابرة، عندما تكون موجودة على كروموسومات مختلفة. تمنح بعض المتغيرات الأليلية DQ القابلية للإصابة بـ CeD فقط مع بعض الأنماط الفردانية الأخرى ، مما يشكل استعدادًا لـ CeD عبر-مزيج. على سبيل المثال ، يمنح HLA-DQA1 * 0505-DQB1 * 0301 (DQ7) خطرًا على CeD فقط إذا تم دمجه مع DQ2.2 أو DQ2.5 ، مما يساهم في تكوين أنماط فردانية حساسة في العابرة. على وجه الخصوص ، يمنح تغاير الزيجوت DQ7 / DQ2.2 خطرًا أعلى لـ CeD من تماثل الزيجوت لأي من هذين الأليلين ، وهو مثال على التأثير غير الإضافي لكلا الأليلين.

على عكس CeD ، تظل الأنماط الفردانية الدقيقة والخصائص المرتبطة بها غير معروفة لمعظم أمراض المناعة الذاتية الأخرى ، وبالتالي ، فإن تحليل التأثيرات غير المضافة قد يؤدي إلى رؤى جديدة حول المستضدات التي يحتمل أن تسبب المرض. لينز وآخرون. قدمت أدلة على تأثيرات هامة غير مضافة لأمراض المناعة الذاتية ، بما في ذلك CeD ، RA ، T1D ، والصدفية ، والتي تم تفسيرها من خلال التفاعلات بين بعض أليلات HLA الكلاسيكية [29]. على سبيل المثال ، تم وصف التفاعلات المحددة التي تزيد من مخاطر الإصابة بمرض T1D بين HLA-DRB1 * 03: 01-DQB1 * 02:01 / DRB1 * 04: 01-DQB1 * 03:02 من الأنماط الجينية [49] ولعدة توليفات من HLA الشائع أنماط الفرد- DRB1 و HLA-DQA1 و HLA-DQB1 [43]. في AS ، لوحظ التفاعل المعرفي لتوليفات HLA-B60 و HLA-B27 ، مما يشير إلى أن الأفراد الذين لديهم النمط الوراثي HLA-B27 + / HLA-B60 + لديهم مخاطر عالية لتطوير AS [50]. علاوة على ذلك ، وجدت دراسة حديثة في مرض التصلب العصبي المتعدد دليلاً على تفاعلين يشتملان على أليلات من الدرجة الثانية: HLA-DQA1 * 01:01-HLA-DRB1 * 15:01 و HLA-DQB1 * 03:01-HLA-DQB1 * 03:02 ، على الرغم من كانت مساهمتهم في التوريث المفقود في مرض التصلب العصبي المتعدد طفيفة [44].

كما تم الإبلاغ عن تفاعلات إبستاتية بين معقد التوافق النسيجي الكبير والأليلات التي لا تحتوي على معقد التوافق النسيجي الكبير في العديد من أمراض المناعة الذاتية ، بما في ذلك مرض الذئبة الحمراء ، والتصلب المتعدد ، والتصلب العصبي المتعدد ، والصدفية. على سبيل المثال ، في مجموعة أوروبية كبيرة من مرضى الذئبة الحمراء ، تم تحديد التفاعل المعرفي الأكثر أهمية بين منطقة معقد التوافق النسيجي الكبير ومستضد الخلايا اللمفاوية التائية السامة 4 (CTLA4) [9] ، والذي يتم تنظيمه في الخلايا التائية عند مواجهتها لـ APCs. هذا يسلط الضوء على أن العرض المناسب للمستضد وتنشيط الخلايا التائية مهمان في التسبب في مرض الذئبة الحمراء [9]. وتجدر الإشارة إلى أن التفاعلات بين معقد التوافق النسيجي الكبير من الدرجة الأولى وجينات مستقبلات الغلوبولين المناعي القاتل (KIR) مهمة في الاستعداد لأمراض المناعة الذاتية مثل التهاب المفاصل الصدفي وتصلب الجلد والساركويد و T1D [51،52،53،54]. يتم ترميز جينات KIR بواسطة مركب مستقبلات الكريات البيض على الكروموسوم 19q13 ويتم التعبير عنها في الخلايا القاتلة الطبيعية والمجموعات السكانية الفرعية من الخلايا التائية [55]. أخيرًا ، التفاعلات المعرفية بين صنف MHC الأول و ERAP1 تم وصفها لـ AS والصدفية ومرض بهجت [10].

يؤدي ارتباط متغيرات MHC الجديدة وتحديد تأثيرات التفاعل داخل MHC إلى زيادة فهمنا للبيولوجيا الكامنة وراء أمراض المناعة الذاتية والالتهابات. سمح التخطيط الدقيق للموضع الرئيسي المرتبط داخل الأنماط الفردانية HLA-DQ-DR بتحديد مواضع الأحماض الأمينية الرئيسية في DQ أو مغاير DR. يؤدي تحديد الأحماض الأمينية المحددة إلى فهم أفضل لبنية وطبيعة المستضدات المحتملة لأمراض المناعة الذاتية أو الالتهابات ، ويمكن بعد ذلك اختبارها من خلال فحوصات الربط والنمذجة الجزيئية. تشير حقيقة أن هذه المواضع تقع في أخاديد ربط الببتيد إلى أن لها تأثيرًا وظيفيًا على عرض الببتيد المستضدي للخلايا التائية ، إما أثناء التطور المبكر للزعتر أو أثناء الاستجابات المناعية المحيطية [19]. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر تحليل التأثيرات غير المضافة في المواقع المرتبطة بـ MHC إمكانية تحديد جيوب الربط الخاصة بمستضد وتسلسل الأحماض الأمينية الرئيسية. على سبيل المثال ، أدى تحديد التسلسل الوقائي المكون من خمسة أحماض أمينية DERAA كتسلسل رئيسي في أليل HLA-DRB1: 13 الواقي من RA ، وتشابهه مع الببتيدات البشرية والميكروبية ، إلى التعرف على الفينكولين (السيترولين) وبعض العوامل الممرضة المتواليات كمستضدات RA جديدة [56].

إن تحديد الإشارات المستقلة في الفئتين الأولى والثالثة من معقد التوافق النسيجي الكبير للعديد من أمراض المناعة الذاتية يعني ضمناً أن هذه الأمراض تنطوي على آليات مسار جديدة. على سبيل المثال ، يقترح ارتباط CeD بجزيئات الفئة الأولى دورًا لخلايا الدم البيضاء داخل الظهارة الشبيهة بالفطريات والتي تقتصر على التعبير من الفئة الأولى والتي تعتبر مهمة في تكامل الظهارة والتعرف على العوامل الممرضة [57]. تشير ارتباطات الفئة الأولى إلى RA و T1D وأمراض المناعة الذاتية الأخرى إلى أن الخلايا السامة للخلايا CD8 + تشارك في التسبب في المرض ، وكذلك الخلايا التائية المساعدة CD4 +.

يمكن أن يسلط اكتشاف التأثيرات المعرفية لـ MHC والمواقع غير MHC الضوء أيضًا على آليات المرض. على سبيل المثال، ERAP1 تقلل متغيرات فقدان الوظيفة من خطر الإصابة بالتهاب الفقار اللاصق لدى الأفراد الموجبين لـ HLA-B27 و HLAB-40: 01 إيجابيًا ، ولكن ليس في ناقلات الأنماط الفردية للمخاطر الأخرى [37]. لوحظت أيضًا تأثيرات معرفية مماثلة لمرض الصدفية ، مثل أن الأفراد الذين يحملون متغيرات في ERAP1 أظهروا خطرًا متزايدًا فقط عندما كانوا يحملون أيضًا أليل خطر HLA-C [58]. تمشيا مع هذه الملاحظات ، أظهرت دراسات الفئران ذلك ERAP1 يحدد انقسام الحواتم ذات الصلة بطريقة يمكن تقديمها بواسطة جزيء HLA-B27 [37]. إن التأكيد على أن بعض الحلقات يجب أن يتم شقها بواسطة ERAP1 ليتم تقديمها بكفاءة بواسطة خلايا CD4 + و CD8 + سيكون خطوة حاسمة في تحديد مشغلات محددة لأمراض المناعة الذاتية.

The recent discoveries of genetic associations between MHC alleles and autoimmune diseases are remarkable and offer the potential to identify disease-causing antigens. This would be a major step towards developing new treatments and preventing disease. However, we still do not understand exactly how most associated alleles and haplotypes work, and extensive functional studies are needed to clarify their involvement in disease.

Explained heritability by independent MHC loci for autoimmune diseases

Heritability is an estimation of how much variation in a disease or phenotype can be explained by genetic variants. Estimating heritability is important for predicting diseases but, for common diseases, it is challenging and depends on methodological preferences, disease prevalence, and gene–environment interactions that differ for each phenotype [59]. It is therefore difficult to compare heritability estimates across diseases. Nevertheless, for many diseases, estimates have been made as to how much phenotypic variance can be explained by the main locus and by independent MHC loci [29].

For autoimmune diseases with a main association signal coming from a class II locus, the reported variance explained by MHC alleles varies from 2 − 30% [9]. The strongest effect is reported for T1D, in which the HLA-DR and HLA-DQ haplotypes explain 29.6% of phenotypic variance independently associated loci in HLA-A, HLA-B, and HLA-DPB1 together explain about 4% of the total phenotypic variance, while all other non-MHC loci are responsible for 9% [60]. Similarly, in CeD, which has the same main associated haplotype as T1D, the HLA-DQ-DR locus explains 23 − 29% of disease variance (depending on the estimated prevalence of disease, which is 1 − 3%), whereas other MHC alleles explain 2 − 3%, and non-MHC loci explain 6.5 − 9% [35]. In seropositive RA, 9.7% of phenotypic variance is explained by all the associated DR haplotypes, whereas a model including three amino acid positions in DRB1, together with independently associated amino acids in HLA-B and HLA-DP loci, explains 12.7% of the phenotypic variance [19]. This indicates that non-DR variants explain a proportion of heritability comparable to that in other non-MHC loci (4.7 − 5.5% in Asians and Europeans) [19]. The non-additive effects of DQ-DR haplotypes can also explain a substantial proportion of phenotypic variance: 1.4% (RA), 4.0% (T1D), and 4.1% (CeD) [29]. In MS, the major associated allele, DRB1*15:01, accounts for 10% of the phenotypic variance, whereas all the alleles in DRB1 explain 11.6%. A model including all of the independent variants (and those located in classes I, II, and III) explains 14.2% of the total variance in MS susceptibility [45].

In SLE, the proportion of variance explained by the MHC is notably lower, at only 2% [41], and is mostly due to class II variants. In IBD, the association with MHC is weaker than in classic autoimmune diseases, with a lower contribution seen in Crohn’s disease (CD) than in ulcerative colitis (UC) [61]. The main and secondary variants can now explain 3.1% of heritability in CD and 6.2% in UC, which is two to ten times greater than previously attributed by main effect analysis in either disease (0.3% in CD and 2.3% in UC for the main SNP effect) [46]. Among all the diseases discussed here, the main effect of the associated haplotype is far stronger than the independent effects from other loci (with the exception of IBD, in which the MHC association is weaker overall). However, independent MHC loci can now explain a comparable amount of the disease variance to that explained by the non-MHC associated genes known so far.

Insights into MHC susceptibility for infectious diseases: GWAS, fine-mapping results, and epistasis

In principle, an infectious disease is caused by interactions between a pathogen, the environment, and host genetics. Here, we discuss MHC genetic associations reported in infectious diseases from GWAS (Table 2) and how these findings can explain increased susceptibility or protection by affecting human immune responses. This is why certain MHC classes are important in infectious diseases. We note that fewer MHC associations have been found for infectious diseases than for autoimmune diseases, mainly because of the smaller cohort sizes for infectious diseases. Thus, extensive fine-mapping studies (and imputation) have yet to be performed, with the exception of a few studies on infections such as human immunodeficiency virus (HIV) [62], human hepatitis B virus (HBV) [63, 64], human hepatitis C virus (HCV) [65], human papilloma virus (HPV) seropositivity [66], and tuberculosis [67].

From a genetic viewpoint, one of the best-studied infectious diseases is HIV infection. MHC class I loci have strong effects on HIV control [62,69,70,, 68–71] and acquisition [72], viral load set point [69,70,71], and non-progression of disease [73] in Europeans [69, 70, 72, 73], and in multi-ethnic populations (Europeans, African-Americans, Hispanics, and Chinese) [62, 68, 71]. A GWAS of an African-American population indicated a similar HIV-1 mechanism in Europeans and African-Americans: about 9.6% of the observed variation in viral load set point can be explained by HLA-B*5701 in Europeans [69], while about 10% can be explained by HLA-B*5703 in African-Americans [68]. In contrast, the MHC associations and imputed amino acids identified in Europeans and African-Americans were not replicated in Chinese populations, possibly because of the varied or low minor allele frequencies of these SNPs in Chinese people [71]. A strong association to the MHC class I polypeptide-related sequence B (MICB) was also revealed by a recent GWAS for dengue shock syndrome (DSS) in Vietnamese children [74]. This result was replicated in Thai patients, indicating MICB can be a strong risk factor for DSS in Southeastern Asians [75].

HLA-DP and HLA-DQ loci, along with other MHC or non-MHC loci (TCF19, EHMT2, HLA-C, HLA-DOA, UBE2L3, CFB, CD40, and NOTCH4) are consistently associated with susceptibility to HBV infection in Asian populations [76,77,78,79,80,81,82,83]. Significant associations between the HLA-DPA1 locus and HBV clearance were also confirmed in independent East Asian populations [79, 81]. A fine-mapping study of existing GWAS data from Han Chinese patients with chronic HBV infection used SNP2HLA as the imputation tool and a pan-Asian reference panel. It revealed four independent associations at HLA-DPβ1 positions 84–87, HLA-C amino acid position 15, rs400488 at HCG9, and HLA-DRB1*13 together, these four associations could explain over 72.94% of the phenotypic variance caused by genetic variations [64]. Another recent study using imputed data from Japanese individuals indicated that class II alleles were more strongly associated with chronic HBV infection than class I alleles (Additional file 1) [63]. Similarly, the HLA-DQ locus influences the spontaneous clearance of HCV infection in cohorts of European and African ancestry, while DQB1*03:01, which was identified by HLA genotyping together with the non-MHC IL28B, can explain 15% of spontaneous HCV infection clearance cases [65]. HLA-DQB1*03 also confers susceptibility to chronic HCV in Japanese people [84]. A GWAS in a European population revealed that HPV8 seropositivity is influenced by the MHC class II region [85]. However, HPV type 8 showed a higher seropositivity prevalence than other HPV types at the population level [66] this led to a limited power to detect associations with other HPV types. Fine-mapping using the same European population as in the GWAS [66] revealed significant associations with HPV8 and HPV77 seropositivity, but only with MHC class II alleles, not with class I alleles. This indicates a pivotal role for class II molecules in antibody immune responses in HPV infection. Notably in this study, imputation was performed using HLA*IMP:02 and reference panels from the HapMap Project [86] and the 1958 British Birth Cohort, as well as using SNP2HLA with another reference panel from the T1DGC. Both imputation tools provided comparable results, thus highlighting the important role of MHC class II alleles in antibody response to HPV infection [66].

A GWAS on leprosy in Chinese populations pointed to significant associations with HLA-DR-DQ loci [87, 88] these results were replicated in an Indian population [89]. Fine-mapping the MHC showed that variants in HLA class II were extensively associated with susceptibility to leprosy in Chinese people, with HLA-DRB1*15 being the most significant variant [87]. HLA class II variants also influence the mycobacterial infection tuberculosis in European and African populations [67, 90]. Fine-mapping identified the DQA1*03 haplotype, which contains four missense variants and contributes to disease susceptibility [67]. A meta-analysis showed that five variants (HLA-DRB1*04, *09, *10, *15, and *16) increase the risk of tuberculosis, especially in East Asian populations, whereas HLA-DRB1*11 is protective [91].

Using a population from Brazil, the first GWAS on visceral leishmaniasis revealed that the class II HLA-DRB1-HLA-DQA1 locus had the strongest association signal this was replicated in an independent Indian population [92]. This common association suggests that Brazilians and Indians share determining genetic factors that are independent of the different parasite species in these geographically distinct regions.

Finally, epistatic interactions between MHC class I alleles and certain KIR alleles (between KIR3DS1 combined with HLA-B alleles) are associated with slower progression to acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) [93] and better resolution of HCV infection (between KIR2DL3 and its human leukocyte antigen C group 1, HLA-C1) [94].

Insights into the biology of infectious diseases

Associations with the MHC class I locus suggest a critical role for CD8 + T-cell responses in major viral infections such as HIV, dengue, and HCV. This critical role of CD8 + T-cell responses in HIV infection is reflected by the slow disease progression seen in infected individuals because of their increasing CD8 + T-cell responses that are specific to conserved HIV proteins such as Gap p24 [95]. Interestingly, five out of six amino acid residues (Additional file 1) identified as associated with HIV control [62] lie in the MHC class I peptide-binding groove, implying that MHC variation affects peptide presentation to CD8 + T cells. In particular, the amino acid at position 97, which lies in the floor of the groove in HLA-B, was most significantly associated with HIV control (ص = 4 × 10 −45 ) [62]. This amino acid is also implicated in MHC protein folding and cell surface expression [96]. An association found in severe dengue disease also underscores the role of CD8 + T cells in disease pathogenesis: class I alleles that were associated with an increased risk of severe dengue disease were also associated with weaker CD8 + T-cell responses in a Sri Lankan population from an area of hyper-endemic dengue disease [97]. In HCV, similar to the protective alleles against HIV infection [95], HLA-B*27 presents the most conserved epitopes of HCV to elicit strong cytotoxic T-cell responses, thereby reducing the ability of HCV to escape from host immune responses [98].

Associations between genetic variants in the MHC class II region and disease susceptibility imply that impaired antigen presentation or unstable MHC class II molecules contribute to insufficient CD4 + T-cell responses and, subsequently, to increased susceptibility to infections. For instance, the amino acid changes at positions of HLA-DPβ1 and HLA-DRβ1 in the antigen-binding groove that influence HBV infection may result in defective antigen presentation to CD4 + T cells or to impaired stability of MHC class II molecules, thereby increasing susceptibility to HBV infection [64]. CD4 + T-cell responses are also critical in mycobacterial infections, such as has been described for leprosy and tuberculosis [99, 100]. Notably, monocyte-derived macrophages treated with live Mycobacterium leprae showed three main responses that explain infection persistence: downregulation of certain pro-inflammatory cytokines and MHC class II molecules (HLA-DR and HLA-DQ), preferentially primed regulatory T-cell responses, and reduced Th1-type and cytotoxic T-cell function [99]. Macrophages isolated from the lesions of patients with the most severe disease form, lepromatous leprosy, also showed lower expression of MHC class II molecules, providing further evidence that defective antigen presentation by these molecules leads to more persistent and more severe M. الجذام infection [99].

Recently, it has been shown that CD4 + T-cells are essential for the optimal production of IFNγ by CD8 + T-cells in the lungs of mice infected with مرض السل, indicating that communication between these two distinct effector cell populations is critical for a protective immune response against this infection [101]. Impaired antigen processing and presentation from الليشمانيا-infected macrophages (which are the primary resident cells for this parasite) to CD4 + T cells could explain increased susceptibility to leishmaniasis [102]. The association between HPV seropositivity and the MHC class II region also suggests that class II molecules bind and present exogenous antigens more effectively to a subset of CD4 + T cells known as Th2. These Th2 cells help primed B lymphocytes to differentiate into plasma cells and to secrete antibodies against the HPV virus.

In support of the hypothesis that genetic effects on both CD8 + (class I) and CD4 + (class II) cells modify the predisposition to infections, it should be noted that some infectious diseases, such as HIV, HBV, HCV, and leprosy, show associations to more than one of the classic MHC classes and, in some cases, the associations differ between populations (Table 2). Moreover, consideration must be given to the differences between viral and bacterial genotypes in the same infection, which play a role in determining potentially protective effects. Overall, associations with multiple MHC loci reflect the complex and interactive nature of host immune responses when the host encounters a pathogen.


تعريف

Multiple Alleles: Multiple alleles refer to a series of three or more alternative forms of a gene.

Polygenic Traits: Polygenic trait is a trait that is controlled by a group of nonallelic genes.

Presence in an Individual

Multiple Alleles: Only two types of alleles are present in an individual multiple alleles can be found within the population.

Polygenic Traits: All polygenes can be found in the individual.

Number of Genes Involved

Multiple Alleles: Only one gene consists of more than two alleles.

Polygenic Traits: In polygenic traits, many genes control a single trait.

آلية

Multiple Alleles: Multiple alleles determine a trait by complete dominance or codominance.

Polygenic Traits: Polygenic traits determine a trait by codominance or incomplete dominance.

Influence of the Environmental Factors on a Trait

Multiple Alleles: Environmental factors have no influence in the determination of a trait by multiple alleles.

Polygenic Traits: Environmental factors have a higher influence in the determination of a trait by polygenes.

موقع

Multiple Alleles: Multiple alleles are located at the same loci of homologous chromosomes.

Polygenic Traits: The polygenes are located at different loci of non-homologous chromosomes.

تقفز فوق. أو تجاوزت

Multiple Alleles: Homologous crossing over does not occur between the loci of multiple alleles.

Polygenic Traits: Homologous crossing over can occur between the two alleles of each polygene.

Qualitative/Quantitative

Multiple Alleles: Multiple alleles determine qualitative traits.

Polygenic Traits: Polygenic traits determine quantitative traits.

Variation in a Population

Multiple Alleles: Multiple alleles does not show any variation of the trait in a population.

Polygenic Traits: Polygenic traits show a continuous variation of the trait in a population.

أمثلة

Multiple Alleles: The ABO blood type of humans is an example of a trait determined by multiple alleles.

Polygenic Traits: The kernel color in wheat and corolla length in tobacco are the examples of polygenic traits in plants. The height, weight, body shape, behavior, intelligence, eye color, skin color, and hair color of humans are polygenic traits.

استنتاج

Multiple alleles and polygenic traits are two types of non-Mendelian inheritance. Thereby, more than two factors are involved in the determination of a trait in both multiple alleles and polygenic traits. Multiple alleles are more than two alternative forms of a gene, located at the same loci of homologous chromosomes. In polygenic traits, several genes are involved in determining a single trait. Multiple alleles follow complete dominance or codominance while polygenic traits follow codominance or incomplete dominance. Therefore, a continuous variation of a trait can be found in a population in polygenic traits. The main difference between multiple alleles and polygenic traits is the mechanism of inheritance of characters in multiple alleles and polygenic traits.

المرجعي:

1. Scoville, Heather. “Learn About Multiple Alleles.” ThoughtCo. N.p., n.d. الويب. Available here. 14 July 2017.
2. “Multiple Alleles: Meaning, Characteristics and Examples | Genes.” Biology Discussion. N.p., 12 July 2016. Web. Available here. 14 July 2017.
3. “Polygenic Traits: Introduction, Features and Analysis | Genetics.” Biology Discussion. N.p., 12 July 2016. Web. Available here. 14 July 2017.
4. “What are Polygenic Traits?” Bright Hub. N.p., 30 July 2010. Web. Available here. 14 July 2017.

الصورة مجاملة:

“ABO system codominance” By GYassineMrabetTalk- Own work based on Codominant.jpg, Public Domain) via Commons Wikimedia
“Human eye color” By Dipoar – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

نبذة عن الكاتب: لاكنه

لاكنا ، خريجة البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية ، هي عالمة أحياء جزيئية ولديها اهتمام واسع وحاد باكتشاف الأشياء ذات الصلة بالطبيعة


شاهد الفيديو: الأحياء لطلاب الشهادة السودانية. الوراثة2. د. إدريس جلال (قد 2022).


تعليقات:

  1. Shandley

    ما زلت لا أسمع

  2. Ahote

    معلومات رائعة ومفيدة



اكتب رسالة