Аллель [1] или аллеломорф — это вариант последовательности нуклеотидов в определенном месте или локусе молекулы ДНК . [2]
Аллели могут различаться в одной позиции посредством однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) [3] , но они также могут иметь вставки и делеции до нескольких тысяч пар оснований [4] .
Большинство наблюдаемых аллелей приводят к небольшим или нулевым изменениям в функции генного продукта , который он кодирует. Однако иногда разные аллели могут приводить к разным наблюдаемым фенотипическим признакам , таким как разная пигментация . Ярким примером этого является открытие Грегора Менделя , что белые и фиолетовые цвета цветков у гороха были результатом одного гена с двумя аллелями.
Почти все многоклеточные организмы имеют два набора хромосом в какой-то момент своего биологического жизненного цикла ; то есть они диплоидны . Для данного локуса, если две хромосомы содержат один и тот же аллель, они и организм являются гомозиготными относительно этого аллеля. Если аллели различны, они и организм являются гетерозиготными относительно этих аллелей.
Популярные определения «аллеля» обычно относятся только к различным аллелям внутри генов. Например, группа крови ABO контролируется геном ABO , который имеет шесть общих аллелей (вариантов). В популяционной генетике фенотип почти каждого живущего человека для гена ABO представляет собой некоторую комбинацию только этих шести аллелей. [5] [6]
Слово «аллель» является сокращенной формой слова «аллеломорф» («другая форма», слово, придуманное британскими генетиками Уильямом Бейтсоном и Эдит Ребеккой Сондерс ) в 1900-х годах [7] [8], которое использовалось на заре генетики для описания вариантных форм гена, обнаруженных в разных фенотипах и идентифицированных как причина различий между ними. Оно происходит от греческого префикса ἀλληλο-, allelo- , означающего «взаимный», «обратный» или «друг друга», который сам по себе связан с греческим прилагательным ἄλλος, allos (родственно латинскому alius ), означающим «другой».
Во многих случаях генотипические взаимодействия между двумя аллелями в локусе можно описать как доминантные или рецессивные , в соответствии с тем, на какой из двух гомозиготных фенотипов больше всего похожа гетерозигота . Когда гетерозигота неотличима от одной из гомозигот, выраженный аллель является тем, который приводит к «доминантному» фенотипу, [9] [10] , а другой аллель называется «рецессивным». Степень и характер доминирования различаются между локусами. Этот тип взаимодействия был впервые формально описан Грегором Менделем . Однако многие признаки не поддаются этой простой категоризации, и фенотипы моделируются кодоминированием и полигенным наследованием . [11]
Термин « дикий тип » аллель иногда используется для описания аллеля, который, как считается, вносит вклад в типичный фенотипический признак, наблюдаемый в «диких» популяциях организмов, таких как плодовые мушки ( Drosophila melanogaster ). Такой «дикий тип» аллеля исторически считался ведущим к доминантному (подавляющему – всегда выраженному), распространенному и нормальному фенотипу, в отличие от « мутантных » аллелей, которые приводят к рецессивным, редким и часто вредным фенотипам. Ранее считалось, что большинство особей гомозиготны по «дикому типу» аллеля в большинстве генных локусов, и что любой альтернативный «мутантный» аллель обнаруживается в гомозиготной форме у небольшого меньшинства «пораженных» особей, часто как генетические заболевания , и чаще в гетерозиготной форме у « носителей » мутантного аллеля. В настоящее время признано, что большинство или все генные локусы являются высокополиморфными, с множественными аллелями, частоты которых варьируются от популяции к популяции, и что значительная часть генетической изменчивости скрыта в форме аллелей, которые не производят очевидных фенотипических различий. Аллели дикого типа часто обозначаются надстрочным знаком плюс ( т.е. p + для аллеля p ). [12]
Популяция или вид организмов обычно включает несколько аллелей в каждом локусе среди различных особей. Аллельная изменчивость в локусе измеряется как число присутствующих аллелей ( полиморфизм ) или как доля гетерозигот в популяции. Нулевой аллель — это вариант гена, в котором отсутствует нормальная функция гена, поскольку он либо не экспрессируется, либо экспрессируемый белок неактивен.
Например, в локусе гена для углеводных антигенов группы крови ABO у людей [13] классическая генетика распознает три аллеля, I A , I B , и i , которые определяют совместимость переливаний крови . Любой человек имеет один из шести возможных генотипов (I A I A , I A i , I B I B , I B i , I A I B , и ii ), которые производят один из четырех возможных фенотипов : «Тип A» (производится гомозиготным генотипом I A I A и гетерозиготным генотипом I A i ), «Тип B» (производится гомозиготным генотипом I B I B и гетерозиготным генотипом I B i ), «Тип AB» производится гетерозиготным генотипом I A I B , и «Тип O» производится гомозиготным генотипом ii . (Теперь известно, что каждый из аллелей A, B и O на самом деле представляет собой класс множественных аллелей с различными последовательностями ДНК, которые производят белки с идентичными свойствами: в локусе ABO известно более 70 аллелей. [14] Следовательно, человек с «группой крови A» может быть гетерозиготой AO, гомозиготой AA или гетерозиготой AA с двумя различными аллелями «A».)
Частоту аллелей в диплоидной популяции можно использовать для прогнозирования частот соответствующих генотипов (см. принцип Харди–Вайнберга ). Для простой модели с двумя аллелями;
где p — частота одного аллеля, а q — частота альтернативного аллеля, которые обязательно дают в сумме единицу. Тогда p 2 — доля популяции, гомозиготной по первому аллелю, 2 pq — доля гетерозигот, а q 2 — доля гомозиготной по альтернативному аллелю. Если первый аллель доминирует над вторым, то доля популяции, которая покажет доминантный фенотип, равна p 2 + 2 pq , а доля с рецессивным фенотипом равна q 2 .
С тремя аллелями:
В случае множественных аллелей в диплоидном локусе число возможных генотипов (G) с числом аллелей (a) определяется выражением:
Ряд генетических нарушений возникает, когда человек наследует два рецессивных аллеля для признака одного гена. Рецессивные генетические нарушения включают альбинизм , муковисцидоз , галактоземию , фенилкетонурию (ФКУ) и болезнь Тея-Сакса . Другие нарушения также вызваны рецессивными аллелями, но поскольку локус гена расположен на Х-хромосоме, так что у мужчин есть только одна копия (то есть они гемизиготны ), они чаще встречаются у мужчин, чем у женщин. Примерами являются красно-зеленая цветовая слепота и синдром ломкой Х-хромосомы .
Другие заболевания, такие как болезнь Гентингтона , возникают, когда человек наследует только один доминантный аллель.
В то время как наследственные признаки обычно изучаются с точки зрения генетических аллелей, эпигенетические метки, такие как метилирование ДНК, могут наследоваться в определенных геномных регионах у определенных видов, процесс, называемый трансгенерационным эпигенетическим наследованием . Термин эпиаллель используется для того, чтобы отличить эти наследственные метки от традиционных аллелей, которые определяются последовательностью нуклеотидов . [15] У мышей и людей был обнаружен особый класс эпиаллелей, метастабильные эпиаллели, которые характеризуются стохастическим (вероятностным) установлением эпигенетического состояния, которое может быть унаследовано митотически. [16] [17]
Термин «идиоморф» от греческого «morphos» (форма) и «idio» (единственный, уникальный) был введен в 1990 году вместо «аллель» для обозначения последовательностей в одном и том же локусе в разных штаммах, которые не имеют сходства последовательностей и, вероятно, не имеют общих филогенетических отношений. Он используется в основном в генетических исследованиях микологии . [18] [19]
