מטרוזיס: שיפור בבעלי חיים, צמחים, אנושיים - ביולוגיה - 2025

און כלאיים , המכונה גם יתרון heterozygote ומרץ היברידית, היא תופעה גנטית שמתבטאת השיפור ביחס להורים, ביצועים פיזיולוגיים בדור הראשון של הכלאה בין קרובי משפחה רחוקים של אותו המין, או בין מינים שונים, של צמחים ובעלי חיים.

השיפור בביצועים הפיזיולוגיים מתרחש, למשל, בעליה בבריאות, ביכולת הקוגניטיבית או במסה, תוך התייחסות למאפיינים פנוטיפיים מועילים הנובעים מקיום גנוטיפ מתאים יותר.

מקור: pixabay.com

יש לציין כי על ידי קרובי משפחה רחוקים אנו מבינים אנשים מאוכלוסיות מבודדות גנטית, כמו גם זנים, זנים או תת-מין מאותו המין.

דיכוי הרבייתי

מטרוזיס הוא תוצאה של אקסוגמיה. זה ההפך מגידול תורם, שיכול לייצר הומוזיגוזיות. עקב שילוב מחדש גנטי, יתרונות ההטרוזיגוטים עשויים להיעלם, על ידי הופעה מחודשת של הומוזיגוזיות, ואפילו על ידי סטריליות, בדור השני.

עם זאת, שיתוף גנטי בין קרובי משפחה רחוקים יכול להעניק יתרונות אדפטיביים לטווח הארוך.

דיכאון רבייה הוא הפחתת יכולת ההסתגלות (כושר) הנגרמת כתוצאה מגידול רבייה. זה בא לידי ביטוי כהפחתה בהישרדות והתרבות של צאצאים של אנשים קשורים ביחס לצאצאים של אנשים שאינם קשורים. זוהי תופעה אוניברסאלית שתועדה בצמחים ובעלי חיים.

כאשר יש מעבר בין קרובי משפחה רחוקים מאותו המין, או בין מינים שונים, התוצאה היא בדרך כלל שילוב של אללים חדשים או נדירים (פתיחה) למאגר הגנים של האוכלוסייה שאליה בני הדור הנובעים מ מעבר ראשוני.

למעשה, אקסוגמיה היא לעתים קרובות מקור חשוב יותר לאללים חדשים או נדירים מאשר מוטציה. אללים אלה מעניקים שני יתרונות: 1) הם מגבירים את השונות הגנטית ולכן תדירותם של אנשים הטרוזיגוטיים באוכלוסייה זו; 2) להציג גנים המקודדים לתכונות פנוטיפיות המייצגות עיבודים מקדימים חדשים.

יתרונות גנטיים

מנקודת המבט של הגנטיקה המנדלית הוסבר יתרונות ההטרוזה בשתי השערות: 1) השלמה, המכונה גם מודל הדומיננטיות; 2) אינטראקציה אללית, המכונה גם מודל הדומיננטיות יתר.

השערת ההשלמה מעלה כי במקומות גנטיים מרובים, צאצאים הטרוזיגוטיים מבטאים פחות אללים רצסיביים מעט מזיקים מאשר הוריהם ההומוזיגוטים.

בצאצאים היברידיים, האללים הגבוהים יותר של הורה אחד יסתירו את האללים התחתונים של ההורה השני. פירוש הדבר הוא כי עבור כל אחד מהמקומות הגנטיים המעורבים, הצאצאים מבטאים רק את הטוב ביותר של האללים משני ההורים.

לפיכך, הדור הראשון היה בעל גנוטיפ טוב יותר המצטבר עם המאפיינים הטובים ביותר של כל אחד מההורים.

השערת האינטראקציה האללית מעלה כי שני האללים של כל לוקוסים גנטיים מבטאים משלימים, כלומר הם מוסיפים את השפעותיהם. משמעות הדבר היא שהתווים הפנוטיפיים המקודדים על ידי שני האללים עשויים לייצר תגובה רחבה יותר לשונות הסביבתית העומדת בפני הצאצאים ממה שמותר על ידי הומוזיגוזיות.

שתי השערות אלה אינן כוללות זו את זו במובן זה שניתן ליישם כל אחת מהן על קבוצות שונות של לוקוסים גנטיים באותו אינדיביד היברידי.

בצמחים

בתחילת המאה ה -20 הראה ג'ורג 'שול כי הכלאה של שני זני תירס שגדלו בארצות הברית, שאיבדו חלק מהפרודוקטיביות שלהם כתוצאה מהכלאה, הניבה צמחים גדולים ונמרצים יותר עם תשואה מעולה. נכון לעכשיו, בתירס היברידי, ההטרוזה מאפשרת יבול גדול יותר מ- 100-200%.

בסוף שנות השבעים, סין החלה לטפח אורז היברידי שהניב תשואה גבוהה יותר ב -10% לעומת תירס קונבנציונאלי. נכון לעכשיו, מושגות יבולים גדולים יותר של 20–50%

עליות התשואה שהושגו על ידי הטרוזה בצמחים מעובדים אחרים אכילים הם: חציל, 30–100%; ברוקולי, 40-90%; קישואים, 10–85%; שעורה, 10–50%; בצל, 15-70%; שיפון, 180–200%; לפתית, 39–50%; שעועית רחבה, 45-75%; חיטה, 5–15%; גזר, 25-30%.

אצל בעלי חיים

פרדות הן ההיברידית החיה המפורסמת ביותר. הם נובעים מהזדווגות של סוס זכר (Equus caballus) עם חמור נקבה (E. asinus). התועלת שלהם כחיות אריזה נובעת מהטרוזיס. הם גדולים יותר, חזקים ועמידים יותר מהסוס. יש להם את הצעד הבטוח של התחת. יש להם גם יכולת למידה גדולה יותר מהוריהם.

הכלאה של מקאקים (Macaca mulatta) ממוצא סיני והינדי מייצרת זכרים ונקבות המראים הטרוזה בגלל העובדה שהם בעלי אורך גוף ראש ומסת גוף גדולה יותר מהוריהם. הבדל זה בולט יותר אצל גברים, מה שעלול לשפר את יכולתם להתחרות עם גברים לא-היברידיים עבור נקבות.

הצפרדע האכילה (Pelophylax esculentus) היא הכלאה הפורייה של Pelophylax ridibundus ו- P. lessonae (משפחת Ranidae) שחיים בסימטריה במרכז אירופה. P. esculentus מתנגד ללחץ חמצן נמוך יותר ממין הורה, ומאפשר לו להתעכב במים חסרי חמצן קשים. במקום בו הם מתקיימים יחד, P. esculentus הוא בשפע יותר.

אצל האדם

נכון לעכשיו, כוכב הלכת שלנו מאוכלס במין אנושי יחיד. ישנן עדויות גנטיות שלפני 65,000-90,000 שנה בני אדם אירופיים מודרניים (Homo sapiens) כלאו מדי פעם עם ניאנדרטלים (Homo neanderthalensis).

ישנן עדויות המצביעות על כך שבני אדם מלנזים מודרניים (הומו ספיינס) התערבבו לעתים קרובות למדי עם דניסובנים, מין אנושי שנכחד ומסתורי, לפני 50,000–100,000 שנה.

לא ידוע אם ההכלאות הקדומות הללו הביאו להטרוזה, אך יתכן שכך הוא מבוסס על התבוננות בהטרוזה חיובית ושלילית אצל בני אדם מודרניים.

אנשים עם אבות ואמהות ממקומות שונים בסין הוכיחו כי יש להם גבהים וביצועים אקדמיים גבוהים מהממוצעים של אזורי בית הוריהם. ניתן לפרש זאת כהטרוזה חיובית.

קבוצות אתניות שונות רבות חיות בפקיסטן המאופיינות ברמות גבוהות של הומוזיגוזיות הנגרמות כתוצאה מהתדירות הגבוהה של נישואים מוחשיים. מעריכים כי קבוצות אלו סובלות מהטרוזה שלילית המתבטאת בשכיחות גבוהה יותר של סרטן השד והשחלות.

הפניות

1. Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Heterosis: רעיונות מתעוררים על מרץ היברידי. Journal of Experimental Botany, 63, 6309–6314.
2. Benirschke, K. 1967. סטריליות ופוריות של כלאיים בין יונקים בין-ספציפיים. בתוך: Benirschke, K., ed. "היבטים השוואתיים של כשל רבייה". שפרינגר, ניו יורק.
3. Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. האם שושלת דארווין / Wedgwood הושפעה לרעה על ידי ההסכמה? BioScience, 60, 376-383.
4. Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. פירוק הבסיס הגנטי של מרץ היברידי. הליכי האקדמיה הלאומית למדע של ארה"ב, 103, 12957–12958.
5. Burke, JM, Arnold, ML 2001. גנטיקה והכושר של כלאיים. סקירה שנתית של גנטיקה, 35, 31–52.
6. Callaway, E. 2011. DNA עתיק חושף סודות מההיסטוריה האנושית: ייתכן שבני אדם מודרניים אספו גנים מרכזיים מקרובי משפחה שנכחדו. טבע, 137, 136-137.
7. Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. סרטן על ידי הטרוזה שלילית: עודף סרטן השד והשחלות בכלאיים של קבוצות אתניות הכלולות. השערות רפואיות, 64, 1002–1006.
8. Frankel, R. 1983. Heterosis: הערכה מחודשת של התיאוריה והפרקטיקה. שפרינגר, ברלין.
9. Frankham, R. 1998. גידול והכחדה: אוכלוסיות אי. ביולוגיה לשימור, 12, 665–675.
10. Fritz, RS, Moulia, C. 1999. התנגדות של צמחים ובעלי חיים היברידיים לעשבי עשב, פתוגנים וטפילים. סקירה שנתית של אקולוגיה ושיטתיות, 565–591.
11. Govindaraju, DR 2019. הסבר על אניגמה בת מאה שנה בגנטיקה-הטרוזה. PLoS ביול 17 (4): e3000215.
12. גרוסמן, מ., גריבס, אי.ק., פוג'ימוטו, ר., טווס, וו. ג'יי, דניס, ES 2013. תפקיד האפיגנטיקה במרץ ההיברידי. מגמות בגנטיקה, 29, 684–690.
13. Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Heterozygosity - מתאם כושר ורלוונטיותם למחקרים על דיכאון רבייה אצל מינים מאוימים. אקולוגיה מולקולרית, 17, 3978–3984.
14. Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. הבנת דיכאון רבייה, טיהור והצלה גנטית. מגמות באקולוגיה ואבולוציה, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
15. Hedrick, PW, קלינובסקי, ST 2000. דיכאון רבייה בביולוגיה לשימור. סקירה שנתית של אקולוגיה ושיטתיות, 31, 139–62.
16. Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. לקראת הבסיס המולקולרי של הטרוזה. מגמות במדעי הצמח, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
17. Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. בבונים היברידיים בין-גנריים. כתב העת הבינלאומי לפרימטולוגיה, 18, 597–627.
18. Kaeppler, S. 2012. Heterosis: גנים רבים, מנגנונים רבים מסיימים את החיפוש אחר תיאוריה מאחדת שלא נחשפה. כרך הבוטניקה של ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
19. Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. השפעות של הטרוזה על צמיחה בגובה וקטעים שלה: מחקר חתך-חתך של בנות חסי בצפון מזרח הודו. Annals of biologology Human, 30, 605–621.
20. Lacy, RC חשיבות השונות הגנטית לכדאיותן של אוכלוסיות יונקים. Journal of Mammalogy, 78, 320–335.
21. Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Heterosis: לבחון מחדש את הקסם. מגמות בגנטיקה, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
22. McQuillan, R., et al. 2012. עדות לדיכאון רבייה בגובה האדם. PLoS Genetics, 8, e1002655.
23. Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. קוגניציה של פרדות: מקרה של מרץ היברידי? קוגניציה של בעלי חיים, 12, 75-84.
24. Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. נישואים היברידיים והטרוזה פנוטיפית בצאצאים: עדויות מסין. כלכלה וביולוגיה אנושית. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.