QUÈ ÉS LA PLEIOTROPÍA? (AMB EXEMPLES) - BIOLOGIA - 2025

La pleiotropía és el fenomen genètic en el qual l'expressió d'un gen afecta a un individu la manifestació fenotípica d'altres caràcters no relacionats. Etimològicament, pleiotropía significa "més canvis" o "molts efectes": és a dir, més efectes que l'esperat per l'expressió d'un únic gen. També se li coneix com polifenia (molts fenotips), però és un terme poc emprat.

Un dels fenòmens de l'herència que va confondre més als genetistes durant la infància d'aquesta ciència va ser el de les mutacions que afectaven més d'un caràcter.

Al principi es creia que cada caràcter era controlat per un únic gen. Després ens vam adonar que la manifestació d'un caràcter podia requerir de la participació de més d'un gen.

El més sorprenent, però, és que un únic gen pot afectar la manifestació de més d'un tret heretable, que és en essència el que defineix a la pleiotropía.

En general, quan es demostra pleiotropía és més apropiat dir que el gen responsable té efectes pleiotròpics al fet que el gen és pleiotrópico.

Encara que no tots respectin aquesta convenció, és important destacar que el gen amb efecte pleiotrópico codifica per un tret particular i no per a la pleiotropía per se.

En cas contrari, la "normalitat" no seria més que la manifestació pleiotrópica efecte de l'acció d'un al·lel silvestre d'un gen particular sobre uns altres. No obstant això, això és genèticament erroni.

història

El terme pleiotropía va ser usat per primera vegada per un genetista alemany anomenat Ludwig Plate en 1910. Plate va emprar el terme per explicar l'aparició de diversos trets fenotípics diferents que ocorren sempre junts i poden semblar correlacionats. Segons ell, aquest fenomen, quan passa, es deu a una unitat d'herència pleiotrópica.

Un altre alemany, Hans Grüneberg, va dividir la pleiotropía en «genuïna» i «espúria». La primera es caracteritzava pel sorgiment de dos productes primaris diferents d'un sol lloc.

La segona, segons aquest autor, es referia a un sol producte primari que s'utilitzava de diferents maneres. Avui en dia s'ha rebutjat l'accepció de pleiotropía genuïna de Grüneberg, mentre que la pleiotropía espúria és considerada simplement com pleiotropía.

Una altra divisió de l'concepte pleiotropía va ser realitzada per Ernst Hadorn, que va assenyalar que existien dos tipus de pleiotropía: de mosaic i relacional. La primera passa quan un gen codifica informació que afecta dos trets fenotípics diferents.

La pleiotropía relacional, en canvi, passa quan un gen determina l'inici de diferents esdeveniments relacionats entre si i que afectaran múltiples trets independents.

Kacser i Burns, per la seva banda, van assenyalar que qualsevol variació en qualsevol part de l'genoma afecta en diferents graus tots els trets, ja sigui directament o indirectament. Aquesta idea és coneguda amb el nom de pleiotropía universal.

Exemples de gens amb efectes pleiotròpics

La pleiotropía, sent un fenomen que descriu algunes de les conseqüències de la interacció entre els productes dels gens, és de caràcter universal.

Els virus, així com tots els organismes de naturalesa cel·lular, posseeixen gens els productes són importants per a la manifestació d'altres caràcters. Aquests gens, els al·lels silvestres i mutants tenen efectes pleiotròpics, són de diferent naturalesa.

-El gen vestigial en Drosophila

A Drosophila (la mosca de la fruita), el gen vestigial determina el nivell de desenvolupament de les ales. Quan aquest gen és heretat d'ambdós progenitors, la mosca descendent presentarà ales vestigials i no podrà volar.

No obstant això, aquests no seran els únics efectes de el gen vestigial. Aquest gen és pleiotrópico i la seva presència també condueix a una reducció en el nombre d'òvuls en els ovaris de la mosca. També modifica el nombre i disposició de les truges al tòrax i redueix el temps de vida és aquesta.

-Pigmentación i sordesa en gats

El gen que codifica la informació de la pigmentació en gats és un gen pleiotrópico. A causa d'això, un percentatge força elevat dels gats que presenten pelatge blanc i ulls blaus, també són sords.

Fins i tot, gats blancs que presenten un ull blau i un altre groc, són sords només de l'oïda que és al mateix costat del cap que l'ull blau.

Pleiotropía en gats. Gat blanc amb heterocromia. Presa i editada de: Keith Kissel, via Wikimedia Commons.

-Els pollastres de plomes crespades

En pollastres, un gen dominant produeix l'efecte de plomes crespades. Aquest gen va demostrar que és d'efecte pleiotrópico doncs manifesta altres efectes fenotípics: augment de les taxes metabòliques, increment de la temperatura corporal, major consum d'aliment.

Addicionalment, els pollastres amb aquest gen presenten retard en la maduresa sexual i disminució de la fecunditat.

-En éssers humans

Síndrome de Marfan

Entre els símptomes d'aquesta síndrome es troben: talla corporal inusualment elevada, desordres cardíacs progressius, dislocació de l'cristal·lí de l'ull, desordres pulmonars.

Tots aquests símptomes estan directament relacionats amb la mutació d'un sol gen. Aquest gen, denominat FBN1, és pleiotrópico, ja que la seva funció és codificar una glicoproteïna que és emprada en teixits connectius de diferents parts de el cos.

Síndrome de Holt-Oram

Els pacients d'aquesta síndrome tenen anomalia en els ossos carpians i en altres ossos de les extremitats anteriors. Addicionalment, prop de 3 de cada 4 pacients amb aquesta síndrome presenta problemes cardíacs.

Síndrome de Nijmegen

Es caracteritza perquè els que la pateixen presenten microcefàlia, immunodeficiència, trastorns de desenvolupament i propensió a càncer limfàtic i leucèmia.

-Fenilcetonuria

Un cas molt conegut d'efecte pleiotrópico és el causat per al·lels mutants responsables de la fenilcetonúria.

La fenilcetonúria, una malaltia de naturalesa metabòlica, es deu a la mutació d'un únic gen que codifica per l'enzim fenilalanina hidroxilasa. L'enzim mutant inactiva és incapaç de descompondre a l'amino àcid fenilalanina; a l'acumular-est, l'organisme s'intoxica.

Per tant, l'efecte que s'observa en els individus portadors de les dues còpies de el gen mutat és múltiple (pleiotrópico).

La causa de la malaltia, o síndrome, és la falta d'una activitat metabòlica que provoca erupcions cutànies, desordres neurològics, microcefàlia, pell clara i ulls blaus (per la manca de generació de melanina), etc., per diferents vies.

Cap dels gens que participen en la manifestació alterada d'aquests altres caràcters està necessàriament mutat.

-Altres vies metabòliques

És molt comú el cas en els quals diversos enzims comparteixen o empren un mateix cofactor per a ser actives. Aquest cofactor és el producte final de l'acció concertada de diverses altres proteïnes que participen en aquesta via biosintètica.

Si es genera una mutació en qualsevol dels gens que codifica per les proteïnes d'aquesta via, no es produirà el cofactor. Aquestes mutacions tindran efecte pleiotrópico, ja que cap de les proteïnes que depenen de l'cofactor per ser actives podrà ser-ho, encara que els seus propis gens siguin perfectament funcionals.

molibdè

Tant en procariotes com en eucariotes, per exemple, el molibdè és essencial per al funcionament de certs enzims.

El molibdè, per ser biològicament útil, ha d'estar acomplexat a una altra molècula orgànica, producte de l'acció de diversos enzims en una via metabòlica complexa.

Un cop format aquest cofactor acomplexat amb el molibdè, el mateix serà emprat per totes les molibdoproteínas per exercir cadascuna la seva funció pròpia.

L'efecte pleiotrópico en una mutació que impedeixi la síntesi de l'molibdocofactor es veurà manifestada no solament en l'absència d'aquest, sinó en la pèrdua de l'activitat enzimàtica de totes les molibdoenzimas de l'individu portador de la mutació.

-Laminopatías

La làmina nuclear és una intricada malla a l'interior de l'nucli, adossada dinàmicament a la seva membrana interna. La làmina nuclear regula l'arquitectura de l'nucli, la partició entre eucromatina i heterocromatina, l'expressió genètica, així com la replicació de l'ADN, entre altres coses.

La làmina de el nucli està formada per poques proteïnes col·lectivament conegudes com laminines. Com que aquestes són proteïnes estructurals amb les que interactua una multitud de moltes altres, qualsevol mutació que afecti els seus gens tindrà efectes pleiotròpics.

Els efectes pleiotròpics de mutacions en els gens de les laminines es manifestaran com malalties que s'anomenen laminopatías.

És a dir, una laminopatía és la manifestació pleiotrópica conseqüència de mutacions en els gens de les laminines. Les manifestacions clíniques de les laminopatías inclouen, però no es limiten a, la progèria, la distròfia muscular d'Emery-Dreifuss i una infinitat d'altres afectacions més.

-Reguladores transcripcionals

Altres gens les mutacions donen origen a multitud de diferents efectes pleiotròpics, són aquells que codifiquen per reguladors transcripcionals.

Aquests són proteïnes que controlen l'expressió de gens de manera específica; hi ha altres que són reguladors generals de la transcripció. En qualsevol cas, l'absència d'aquests productes determina que no es transcriguin (és a dir, que no s'expressin) altres gens.

Una mutació que determini l'absència o mal funcionament d'un regulador transcripcional general o específic tindrà efectes pleiotròpics en l'organisme, ja que no s'ha d'expressar cap gen sota el seu control.

Pleiotropía i epigenètica

El descobriment de mecanismes d'alteració en l'expressió genètica que no depenen de canvis en la seqüència de nucleòtids dels gens (epigenètica) ha enriquit la nostra visió de la pleiotropía.

Un dels aspectes més estudiats de l'epigenètica és el de l'acció dels microRNAs endògens. Aquests són producte de la transcripció de gens anomenats mir.

La transcripció d'un gen mir dóna origen a un ARN que, després de ser processat, actua en el citoplasma com un ARN petit inactivador.

Aquests ARNs són cridats ARNs petits de silenciament perquè posseeixen la capacitat de ser complementaris a ARNs missatgers blanc. D'unir-se a ells, el missatger és degradat i el caràcter no s'expressa.

En alguns casos aquesta petita molècula es pot unir a més d'un missatger diferent donant origen, per descomptat, a un efecte pleiotrópico.

Pleiotropía i envelliment

L'explicació de les causes naturals de la senescència pogués estar en l'efecte de gens pleiotrópicos. Segons una hipòtesi plantejada per GC Williams, la senescència és conseqüència del que va denominar pleiotropía antagonista.

Si hi ha gens els productes posseeixin efectes antagonistes en diferents etapes de la vida d'un organisme, llavors aquests gens podrien contribuir a l'envelliment.

Si els efectes beneficiosos es manifesten abans de la reproducció i els efectes perniciosos després d'aquesta, llavors serien afavorits per la selecció natural. Però en cas contrari, la selecció natural actuaria en contra d'aquests gens.

D'aquesta manera, si els gens són realment pleiotrópicos, la senescència seria inevitable, ja que la selecció natural sempre actuaria a favor dels gens que afavoreixin la reproducció.

Pleiotropía i especiació

L'especiació simpátrica és un tipus d'especiació que passa sense que hi hagi barreres geogràfiques entre poblacions. Aquest tipus d'especiació aparentment és afavorida per mutacions pleiotropicas.

Models de simulació matemàtics desenvolupats per Kondrashov mostren que l'aïllament reproductiu entre poblacions simpàtriques pot ocórrer per l'aparició de trets quantitatius ecològicament importants sota selecció disruptiva.

Aquests mateixos models assenyalen que aquests trets han d'estar relacionats amb gens pleiotrópicos. Si els canvis es deuen a diversos gens, i no a un pleiotrópico, la recombinació de gens durant la reproducció impedirien l'especiació. La pleiotropía evitaria els efectes disruptius de la recombinació.

Pleiotropía i adaptació

La terra està en constant canvi. Els organismes han de canviar constantment per adaptar-se a les noves condicions. Aquests canvis condueixen al que es coneix com a evolució.

Molts autors sostenen que l'evolució comporta a una complexitat creixent dels organismes. Aquesta complexitat pot ser de tipus morfològica, on un caràcter particular podria evolucionar independent d'un altre en condicions ambientals específiques.

No obstant això, a mesura que els organismes es fan més complexos, la seva capacitat de resposta davant els canvis es fa més lenta. És el que s'anomena "cost evolutiu de la complexitat".

Models matemàtics sostenen que adaptacions degudes a canvis en gens pleiotrópicos serien menys costoses evolutivament que les degudes a canvis en caràcters codificats per gens individuals.

referències

1. Brooker, RJ (2017). Genetics: Analysis and Principles. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
2. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis (11 ^th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) Complex effects of laminopathy Mutations on nuclear structure and function. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Llop, I. (2008). Pleiotropy: one gene can affect múltiple traits. Nature Education, 01:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Maize domesticació and gene interaction. The New Phytologist, 220: 395-408.