表型的基因表达:环境影响

每一个人生物就是一个人。在人类中,个性体现在很多方面,如通过高度的变化,头发颜色和个性。理解生物个体之间的差异是一种常见的遗传学家的目标。甚至实验室生物,具有高度的遗传相似性,因为他们被许多代近交,在同等条件下会有不同的行为。例如,也许一个鼠标有八个幼崽和她妹妹有6个,或者一个果蝇生命为31天,另一个仅为13。同样,在人类中,甚至“相同”近相同的双胞胎是在一起长大的环境从来都不会真正的相同(纽曼等,1937)。尽管这样的双胞胎确实是相同的基因序列,了解他们的人可以很容易地告诉他们分开。这是因为我们观察在每个生物的个性和变异是通过一个复杂的生成交互生物体的“完整基因养老”和它的环境从概念开始(赫希,1963)。

Nine-banded犰狳。

©由b . Bagatto阿克伦大学生物学系/国家人类基因组研究所。保留所有权利。

检查的作用环境的一种方式在生物体之间的变化是比较不同的表型特征的基因相同的生物,就像双胞胎,或者甚至更好的为研究目的,四胞胎。犰狳因此理想动物使用这样的研究,因为他们出生四胞胎源自一个受精蛋。这意味着所有四个犰狳幼崽共享相同的基因序列。

在1960年代,研究人员罗杰威廉姆斯决定研究犰狳在完成广泛的实验老鼠。在这些实验中,威廉姆斯指出,即使在被近亲繁殖101代之后,老鼠继续展现重要的代谢差异(斯托尔斯和威廉姆斯,1968;Culliton, 1968)。威廉斯的结果是令人信服的,因为之后近亲繁殖动物很多代,科学家通常认为动物几乎是基因完全相同。此外,威廉姆斯住了动物在受控环境中相同的饮食。那么,为什么老鼠的表型差异那么大?威廉姆斯越来越好奇这个问题,他猜测,遗传贡献并不足以产生观察到的表型差异。威廉姆斯因此决定仔细在环境的作用。在开始研究之前,然而,威廉姆斯知道他必须做尽可能多的去除遗传变异从这个方程。因此,他和他的学生埃莉诺·斯托尔斯转向犰狳,看着各种各样的表型组四胞胎。收集数据后20表型特征,如代谢活动和器官重量、威廉姆斯和斯托尔斯观察到一些表型变化到140倍的同卵四胞胎(斯托尔斯&威廉姆斯,1968)。相比之下,其他遗传性状变化很少。

在他们的研究中,斯托尔斯和威廉姆斯关注”正常的反应“对于各种表型犰狳。反应的标准是一个特定表型的理论概念可能有一系列的表现。在某些情况下,像人类血型,表型严格相关的范围基因型和环境影响不大。高度等表型,在人类中,反应的标准要宽得多。还依赖于常态的反应组织层次正在研究,它可以用来描述生物相关的各种方式回应他们的环境。相同的生物物种不同基因型可以显示不同的规范的不同表型反应时测量或环境变量改变时。因此,不同规范的反应存在每一个基因型的组合,表型特征和环境变量研究。

在威廉姆斯和斯托尔斯的研究,四个胚胎如何开发在同一个母亲犰狳受到不同的环境吗?一种可能性是,子宫内的环境是每个胚胎发育过程中略有不同。例如,犰狳的位置胎儿在子宫可能扮演一个角色(Culliton, 1968),导致一个胎儿暴露于不同的光线比它的兄弟姐妹或温度略有不同。母亲的血液供应犰狳的兄弟姐妹之间也不尽相同(Culliton, 1968)。同样,研究人员豪泽赫伯特和罗恩Gandelman怀疑胎儿在子宫内定位的性邻近的胎儿的影响表型。他们发现,雌性老鼠,坐落在两个女性胎儿在子宫内显示比女性截然不同的行为反应,已经开发了两个男性胎儿(豪泽& Gandelman, 1983)。子宫的位置可以部分解释表型差异的犰狳的兄弟姐妹。

另一种可能性是四个人犰狳胚胎共享相同的基因序列,但不是相同的细胞内环境。毕竟,最初的受精卵并不是一个统一的细胞的细胞质组件的平均分配。相反,细胞质和细胞内的蛋白质,线粒体,核糖体分配严重不均,可能引起变化。线粒体的数量的差异,例如,可能会产生能源生产的变化在不同的动物发展(Culliton, 1968)。犰狳,受精卵发育的胚泡阶段,然后四个原始芽形成两个阶段,导致四胞胎的发展。斯托尔斯和威廉姆斯注意到,在一组四个兄弟姐妹,有两双相似的犰狳,每一对对应的两个原始萌芽阶段(斯托尔斯&威廉姆斯,1968)。因此,虽然原始芽形成四个基因完全相同的胚胎,胞质内容分配不均。这也可能占犰狳的兄弟姐妹间的表型差异。

环境因素当然是关键在定义表型在早期的发展过程中,与犰狳,他们继续影响表型在生物体的生命周期。几乎每一个方面我们的发展和行为是受个人经历我们通过我们的环境和我们的基因组成。例如,我们获得必要的氨基酸通过我们的饮食,这些营养物质进入我们的身体是由我们决定的基因。同样重要的是要记住,遗传基因不是一个坚定的蓝图。基因是非常活跃的在我们的一生中,交换他们的表情和反应环境和经验。环境因素可以影响和改变基因表达,而我们的基因可以定义我们如何应对不同的环境。

在一个科学家和公众的时代兴奋整个人类的测序基因组,我们需要脾气,兴奋,至少一点,小心不要相信所有的炒作基因参与决定开发和行为。而生物体的基因构成的发展起着至关重要的作用,也有一个丰富而复杂的基因组和线索的环境之间的相互作用。这不是一个问题,哪一个影响我们更多,先天(遗传)或后天(环境);相反,它是一个问题的信号,不是硬编码与遗传学交流让我们复杂的个体。事实上,它实际上是肤浅的争论是否先天或后天更重要。事实上,遗传因素和环境之间的关系是完全纠缠在一起,你不能看一个人,法官更有价值的贡献。在一起,不断相互作用的基因和不断变化的环境因素决定了我们是谁。