Тема: Взаимосвязь между генотипом и фенотипом в онтогенезе

Устойчивость онтогенеза.

Онтогенез характеризуется известной устойчивостью, для обозначения которой Ф.Добжанский и Б.Уоллес ввели понятие «гомеостаз развития». Механизмы, обеспечивающие устойчивость онтогенеза, изучал английский эмбриолог и генетик Кондрат Уоддингтон (на примере температурной зависимости экспрессии генаBar у дрозофилы). Устойчивость процессов развития Уоддингтон назвал гомеорезом – стабилизированным потоком событий, который представляет собой процесс реализации генетической программы строения, развития и функционирования организма.

Уоддингтон описывал процесс онтогенеза как пространство возможностей, или эпигенетический ландшафт. Эпигенетический ландшафт представляет собой набор эпигенетических траекторий, ведущих от начального состояния организма к взрослому состоянию. Эпигенетический ландшафт и эпигенетические траектории можно представить как поверхность с системой параллельных углубляющихся желобов.

Эпигенетические траектории в некоторой степени связаны между собой, то есть под воздействием различных факторов (внутренних и внешних, генетических и негенетических) возможен переход с одной траектории на другую. В результате на основании одной и той же генетической программы возможно формирование множества траекторий онтогенеза. что и приводит к поливариантности онтогенеза.

Первоначально эпигенетические траектории более или менее равноценны, но в ходе канализирующего отбора некоторые траектории углубляются и получают преимущество перед другими траекториями. Траектории, получающие преимущество, Уоддингтон назвал креодами. (Канализирующий отбор – это одна из разновидностей стабилизирующего отбора. Канализирующий отбор контролирует нормальный ход онтогенеза, выбраковывая особи с отклонениями. Эта форма отбора представляет собой фактор стабилизации развития.)

Программы онтогенеза.

Для анализа программ развития особи представим онтогенез как совокупность множества процессов морфогенеза, закономерно сменяющих друг друга в ходе развития. Морфогенез (формообразование) – это внешнее проявление развития организма. В ходе морфогенеза количественные изменения переходят вкачественные. К проявлениям морфогенеза относятся: особенности роста, анатомо-морфологической дифференциации тела растения, полярности, симметрии, корреляции. В качестве единицы морфогенеза может рассматриваться целостный организм, часть организма, орган, часть органа; элементарной единицей морфогенеза является клетка. Результатом морфогенеза является появление завершившего развитие органа (например, завершившего рост побега) или части органа (например, метамера или серии метамеров). Иначе говоря, результатом морфогенеза является формирование признака. По числу возможных конечных результатов морфогенез может быть моновариантным (инвариантным) и поливариантным (мультивариантным).

Морфогенез протекает при участии генетических и парагенетических факторов. Множество генетических факторов (генотип) образует генетическую программу морфогенеза, которая возникает в момент образования единицы развития (например, нового организма или его части). Поливариантность морфогенеза может бытьзаложена уже в самой генетической программе. Парагенетические факторы появляются в единице развития уже в ходе самого морфогенеза, они создают условия для реализации наследственной программы.

Из всего множества программ морфогенеза рассмотрим только их основные типы.

I Одностадийные и многостадийные программы

Одностадийные программы предусматривают только один переход от начала морфогенеза к его завершению.

Одностадийные программы всегда являются элементарными. Понятие элементарности подразумевает неделимость программы на составные части, ее устойчивость к парагенетическим воздействиям: слабые воздействия не влияют на ход морфогенеза, а сильные – прерывают выполнение программы. По количеству возможных траекторий морфогенеза одностадийные программы делятся на неразветвленные и разветвленные. В неразветвленной программе закодирована только одна возможная траектория морфогенеза. В результате реализации такой программы оказывается возможным только один нормальный результат развития. В разветвленной программе закодировано несколько взаимоисключающих траекторий морфогенеза. В результате реализации такой программы оказывается возможным достижение нескольких взаимоисключающих нормальных результатов развития.

Многостадийные программы включают несколько переходов, каждый из которых завершается достижением определенного промежуточного состояния (узла).

Многостадийные программы могут быть элементарными и составными. Элементарная программа должна быть выполнена до конца, в противном случае наблюдаются нарушения морфогенеза (морфозы итераты). В этом отношении элементарные программы внешне сходны с одностадийными линейными программами. Составные программы основаны на явлении анаболии: каждое последующее промежуточное состояние является надстройкой по отношению к предыдущему. При этом морфогенез может остановиться при достижении любого промежуточного состояния. В результате образуютсягипоморфозы – недоразвитые структуры.

II Неразветвленные и разветвленные программы

Неразветвленные программы предусматривают лишь одну траекторию морфогенеза; любое отклонение от этой траектории приводит к гибели организма. Разветвленные программы предусматривают существование нескольких траекторий морфогенеза.

Разветвление обусловлено триггерным эффектом – по достижении определенного промежуточного состояния перед биологической системой открывается возможность переключения, или выбора дальнейшего пути развития (таким образом, триггер можно представить себе как железнодорожную стрелку, перевод которой осуществляется стрелочником или диспетчером). Многостадийные разветвленные программы делятся на древовидные и сетевые. В древовидных программах траектории морфогенеза не пересекаются. Тогда выбор одной из траекторий морфогенеза в узловых точках исключает ряд возможных конечных результатов. В сетевых программах траектории морфогенеза пересекаются в узловых точках таким образом, что достижение одного результата возможно разными способами.

III Простые и сложные программы

Простые программы включают только одну подпрограмму или несколько идентичных подпрограмм. Каждая подпрограмма обозначается определенным символом (например, А). Тогда диплоидные единицы развития содержат две идентичные подпрограммы развития, дублирующие друг друга. Тогда простая программа может быть обозначена двумя одинаковыми символами (например, АА). С точки зрения формальной генетики, носитель простой программы может быть назван гомозиготой. Сложные программы включают несколько подпрограмм, которые обозначаются сходными символами (например, А и а). В этом случае диплоидные единицы развития содержат две сходные подпрограммы развития, различным образом взаимодействующие между собой. Тогда сложная программа может быть обозначена двумя сходными символами (например, Аа), а носитель сложной программы может быть назван гетерозиготой. Таким образом, для многих генов характер их прояв­ления жестко не предопределен; фенотип организма формируется в ходе развития на основе взаимодействия генотипа и среды.

Поиск по сайту: