APA ITU PLEIOTROPI? (DENGAN CONTOH) - BIOLOGI - 2025

The pleiotropy adalah fenomena genetik di mana ekspresi gen dalam individu mempengaruhi ekspresi fenotipik karakter yang tidak terkait lainnya. Secara etimologis, pleiotropi berarti "lebih banyak perubahan" atau "banyak efek": yaitu, lebih banyak efek daripada yang diharapkan dari ekspresi satu gen. Ia juga dikenal sebagai polifenia (banyak fenotipe), tetapi ini adalah istilah yang jarang digunakan.

Salah satu fenomena pewarisan yang paling membingungkan ahli genetika selama masa bayi ilmu ini adalah mutasi yang mempengaruhi lebih dari satu karakter.

Pada awalnya diyakini bahwa setiap karakter dikendalikan oleh satu gen. Kemudian kami menyadari bahwa perwujudan suatu karakter dapat memerlukan partisipasi lebih dari satu gen.

Yang paling mengejutkan, bagaimanapun, adalah bahwa satu gen dapat mempengaruhi manifestasi lebih dari satu sifat yang dapat diwariskan, yang pada dasarnya mendefinisikan pleiotropi.

Secara umum, ketika pleiotropi didemonstrasikan, lebih tepat untuk mengatakan bahwa gen yang bertanggung jawab memiliki efek pleiotropik daripada gen tersebut adalah pleiotropik.

Meskipun tidak semua mematuhi konvensi ini, penting untuk dicatat bahwa gen pleiotropik mengkodekan sifat tertentu dan bukan pleiotropi.

Jika tidak, "normalitas" tidak lebih dari manifestasi pleiotropik dari aksi alel liar dari gen tertentu pada orang lain. Namun, ini salah secara genetik.

Sejarah

Istilah pleiotropi pertama kali digunakan oleh ahli genetika Jerman bernama Ludwig Plate pada tahun 1910. Plate menggunakan istilah tersebut untuk menjelaskan kemunculan beberapa ciri fenotipik berbeda yang selalu muncul bersamaan dan dapat tampak berkorelasi. Menurutnya, fenomena ini jika terjadi karena adanya satu kesatuan pewarisan pleiotropik.

Orang Jerman lainnya, Hans Gruneberg, membagi pleiotropi menjadi "asli" dan "palsu". Yang pertama ditandai dengan munculnya dua produk utama yang berbeda dari satu lokasi.

Yang kedua, menurut penulis ini, mengacu pada produk utama tunggal yang digunakan dengan cara berbeda. Saat ini makna Gruneberg dari pleiotropi asli telah dibuang, sementara pleiotropi palsu dianggap hanya sebagai pleiotropi.

Pembagian lain dari konsep pleiotropi dibuat oleh Ernst Hadorn, yang menunjukkan bahwa ada dua jenis pleiotropi: mozaik dan relasional. Yang pertama terjadi ketika gen mengkodekan informasi yang mempengaruhi dua sifat fenotipik yang berbeda.

Pleiotropi relasional, di sisi lain, terjadi ketika sebuah gen menentukan permulaan berbagai peristiwa yang terkait satu sama lain dan itu akan mempengaruhi beberapa sifat independen.

Kacser dan Burns, pada bagian mereka, menunjukkan bahwa setiap variasi di bagian manapun dari genom mempengaruhi semua sifat pada tingkat yang berbeda, baik secara langsung maupun tidak langsung. Ide ini dikenal dengan nama pleiotropi universal.

Contoh gen dengan efek pleiotropik

Pleiotropi, sebagai fenomena yang menggambarkan beberapa konsekuensi interaksi antara produk gen, bersifat universal.

Virus, serta semua organisme yang bersifat seluler, memiliki gen yang produknya penting untuk perwujudan karakter lain. Gen-gen ini, yang alel mutan dan tipe liarnya memiliki efek pleiotropik, memiliki sifat yang berbeda.

-Gen vestigial di Drosophila

Di Drosophila (lalat buah), gen vestigial menentukan tingkat perkembangan sayap. Ketika gen ini diwarisi dari kedua orang tuanya, lalat keturunan akan memiliki sayap sisa dan tidak akan bisa terbang.

Namun, ini bukan satu-satunya efek dari gen vestigial. Gen ini bersifat pleiotropik dan keberadaannya juga menyebabkan penurunan jumlah telur di ovarium lalat. Ini juga mengubah jumlah dan susunan bulu di dada dan mengurangi masa hidup ini.

-Pigmentasi dan tuli pada kucing

Gen yang menyandi informasi pigmentasi pada kucing adalah gen pleiotropik. Karena itu, persentase kucing dengan bulu putih dan mata biru yang cukup tinggi juga tuli.

Bahkan kucing putih yang memiliki mata biru dan mata kuning hanya tuli di telinga yang berada di sisi kepala yang sama dengan mata biru.

Pleiotropi pada kucing. Kucing putih dengan heterochromia. Diambil dan diedit dari: Keith Kissel, melalui Wikimedia Commons.

-Anak dengan bulu keriting

Pada ayam, gen dominan menghasilkan efek bulu yang kusut. Gen ini terbukti memiliki efek pleiotropik karena menunjukkan efek fenotipik lainnya: peningkatan laju metabolisme, peningkatan suhu tubuh, konsumsi makanan yang lebih banyak.

Selain itu, ayam dengan gen ini menunjukkan keterlambatan kematangan seksual dan penurunan kesuburan.

-Dalam manusia

Sindrom Marfan

Gejala sindrom ini antara lain: ukuran tubuh yang luar biasa tinggi, gangguan jantung progresif, dislokasi lensa mata, gangguan paru.

Semua gejala ini terkait langsung dengan mutasi gen tunggal. Gen ini, yang disebut FBN1, bersifat pleiotropik, karena fungsinya untuk menyandikan glikoprotein yang digunakan dalam jaringan ikat di berbagai bagian tubuh.

Sindrom Holt-Oram

Pasien dengan sindrom ini memiliki kelainan pada tulang karpal dan tulang kaki depan lainnya. Selain itu, sekitar 3 dari 4 pasien dengan sindrom ini mengalami masalah jantung.

Sindrom Nijmegen

Hal ini ditandai dengan fakta bahwa mereka yang menderita penyakit ini memiliki mikrosefali, defisiensi imun, gangguan perkembangan dan kecenderungan untuk menderita kanker limfatik dan leukemia.

-Phenylketonuria

Kasus efek pleiotropik yang terkenal disebabkan oleh alel mutan yang bertanggung jawab atas fenilketonuria.

Fenilketonuria, penyakit yang bersifat metabolik, disebabkan oleh mutasi gen tunggal yang mengkode enzim fenilalanin hidroksilase. Enzim mutan yang tidak aktif tidak dapat memecah asam amino fenilalanin; ketika ini terakumulasi, organisme menjadi mabuk.

Oleh karena itu, efek yang diamati pada individu yang membawa dua salinan gen yang bermutasi itu berlipat ganda (pleiotropik).

Penyebab penyakit, atau sindrom, adalah kurangnya aktivitas metabolisme yang menyebabkan erupsi kulit, gangguan neurologis, mikrosefali, kulit putih dan mata biru (karena kurangnya pembentukan melanin), dll., Melalui jalur yang berbeda.

Tak satu pun dari gen yang terlibat dalam perubahan manifestasi dari sifat-sifat lain ini harus bermutasi.

Jalur metabolisme lainnya

Hal ini sangat umum terjadi di mana beberapa enzim berbagi atau menggunakan kofaktor yang sama untuk menjadi aktif. Kofaktor ini adalah produk akhir dari aksi bersama beberapa protein lain yang berpartisipasi dalam jalur biosintesis ini.

Jika mutasi dihasilkan pada salah satu gen yang mengkode protein jalur ini, kofaktor tidak akan diproduksi. Mutasi ini akan memiliki efek pleiotropik, karena tidak ada protein yang bergantung pada kofaktor untuk aktif akan dapat aktif, meskipun gen mereka berfungsi sempurna.

Molibdenum

Pada prokariota dan eukariota, misalnya, molibdenum sangat penting untuk fungsi enzim tertentu.

Molibdenum, agar berguna secara biologis, harus dikomplekskan dengan molekul organik lain, produk dari kerja berbagai enzim dalam jalur metabolisme yang kompleks.

Setelah kofaktor yang dikomplekskan dengan molibdenum ini terbentuk, kofaktor ini akan digunakan oleh semua molibdoprotein untuk menjalankan fungsinya masing-masing.

Efek pleiotropik dalam mutasi yang mencegah sintesis molibdokofaktor akan terwujud tidak hanya jika tidak ada, tetapi juga dalam hilangnya aktivitas enzimatik semua molibdoenzim individu yang membawa mutasi.

-Laminopati

Lamina inti adalah jaring yang rumit di dalam nukleus, yang secara dinamis melekat pada membran dalamnya. Lamina inti mengatur arsitektur nukleus, partisi antara eukromatin dan heterokromatin, ekspresi gen, serta replikasi DNA, antara lain.

Lamina inti terdiri dari beberapa protein yang secara kolektif dikenal sebagai laminin. Karena ini adalah protein struktural yang berinteraksi dengan banyak protein lain, mutasi apa pun yang memengaruhi gen Anda akan memiliki efek pleiotropik.

Efek pleiotropik dari mutasi pada gen laminin akan bermanifestasi sebagai penyakit yang disebut dengan laminopathies.

Artinya, laminopati adalah manifestasi pleiotropik akibat mutasi pada gen laminin. Manifestasi klinis dari laminopathies termasuk, namun tidak terbatas pada, Progeria, distrofi muskular Emery-Dreifuss, dan sejumlah kondisi lainnya.

Regulator -Transkripsi

Gen lain yang mutasinya menimbulkan banyak efek pleiotropik berbeda adalah gen yang mengkode regulator transkripsi.

Ini adalah protein yang secara khusus mengontrol ekspresi gen; ada yang lain yang merupakan regulator umum transkripsi. Bagaimanapun, ketiadaan produk ini menentukan bahwa gen lain tidak ditranskripsi (yaitu, tidak diekspresikan).

Mutasi yang menentukan tidak adanya atau tidak berfungsinya regulator transkripsi umum atau spesifik akan memiliki efek pleiotropik pada organisme, karena tidak ada gen yang dikendalikannya yang akan diekspresikan.

Pleiotropi dan epigenetik

Penemuan mekanisme perubahan ekspresi gen yang tidak bergantung pada perubahan urutan nukleotida gen (epigenetik) telah memperkaya penglihatan kita tentang pleiotropi.

Salah satu aspek epigenetik yang paling banyak dipelajari adalah aksi mikroRNA endogen. Ini adalah produk dari transkripsi gen yang disebut mir.

Transkripsi gen mir memunculkan RNA yang, setelah diproses, bertindak di sitoplasma sebagai RNA kecil yang tidak aktif.

RNA ini disebut RNA peredam kecil karena memiliki kemampuan untuk melengkapi RNA pembawa pesan target. Dengan bergabung dengan mereka, pembawa pesan direndahkan dan karakter tidak diekspresikan.

Dalam beberapa kasus, molekul kecil ini dapat mengikat lebih dari satu pembawa pesan yang berbeda, tentu saja menimbulkan efek pleiotropik.

Pleiotropi dan penuaan

Penjelasan penyebab alami penuaan bisa terletak pada pengaruh gen pleiotropik. Menurut hipotesis yang diajukan oleh GC Williams, penuaan adalah konsekuensi dari apa yang disebut pleiotropi antagonis.

Jika ada gen yang produknya memiliki efek antagonis pada berbagai tahap dalam kehidupan suatu organisme, maka gen ini dapat berkontribusi pada penuaan.

Jika efek menguntungkan terwujud sebelum reproduksi dan efek berbahaya setelahnya, maka mereka akan disukai oleh seleksi alam. Tapi sebaliknya, seleksi alam akan bekerja melawan gen tersebut.

Dengan cara ini, jika gen benar-benar pleiotropik, penuaan tidak dapat dihindari, karena seleksi alam akan selalu mendukung gen yang mendukung reproduksi.

Pleiotropi dan spesiasi

Spesiasi simpatrik adalah jenis spesiasi yang terjadi tanpa batasan geografis antar populasi. Jenis spesiasi ini tampaknya disukai oleh mutasi pleiotropik.

Model simulasi matematika yang dikembangkan oleh Kondrashov menunjukkan bahwa isolasi reproduktif antara populasi simpatrik dapat terjadi karena munculnya sifat-sifat kuantitatif yang penting secara ekologis di bawah seleksi yang mengganggu.

Model yang sama ini menunjukkan bahwa ciri-ciri ini pasti terkait dengan gen pleiotropik. Jika perubahan disebabkan oleh beberapa gen, dan bukan gen pleiotropik, rekombinasi gen selama reproduksi akan mencegah spesiasi. Pleiotropi akan menghindari efek mengganggu dari rekombinasi.

Pleiotropi dan adaptasi

Tanah terus berubah. Organisme harus terus berubah untuk beradaptasi dengan kondisi baru. Perubahan ini mengarah pada apa yang dikenal sebagai evolusi.

Banyak penulis berpendapat bahwa evolusi mengarah pada peningkatan kompleksitas organisme. Kompleksitas ini dapat bersifat morfologis, di mana karakter tertentu dapat berevolusi secara independen dari karakter lain dalam kondisi lingkungan tertentu.

Namun, ketika organisme menjadi lebih kompleks, kemampuannya untuk merespons perubahan melambat. Inilah yang disebut “biaya evolusi kompleksitas”.

Model matematika berpendapat bahwa adaptasi karena perubahan gen pleiotropik akan menjadi lebih murah secara evolusioner daripada karena perubahan karakter yang dikodekan oleh gen individu.

Referensi

1. Brooker, RJ (2017). Genetika: Analisis dan Prinsip. Pendidikan Tinggi McGraw-Hill, New York, NY, AS.
2. Goodenough, UW (1984) Genetika. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, AS.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis ( edisi ^ke- 11 ). New York: WH Freeman, New York, NY, AS.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) Efek kompleks mutasi laminopati pada struktur dan fungsi inti. Genetika Klinis, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropi: satu gen dapat mempengaruhi banyak sifat. Pendidikan Alam, 1:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Domestikasi jagung dan interaksi gen. The New Phytologist, 220: 395-408.