V genetike dominancia opisuje vplyv rôznych verzií určitého génu na fenotyp organizmu. Mnohé živočíchy (vrátane človeka) a rastliny majú vo svojom genóme dve kópie každého génu, jednu zdedenú od každého rodiča. Rôzne varianty konkrétneho génu (napríklad génu kódujúceho ušnice) sa nazývajú alely. Ak organizmus zdedí dve alely, ktoré sú vo vzájomnom rozpore, a fenotyp organizmu je úplne určený jednou z alel, potom sa hovorí, že táto alela je dominantná. Druhá alela, ktorá nemá žiadny hmatateľný vplyv na fenotyp organizmu, sa označuje ako recesívna.
Voľné a pripojené ušné lalôčiky.
Ak napríklad človek zdedí od jedného rodiča alelu pre voľné ušné lalôčiky a od druhého rodiča alelu pre prirastené ušné lalôčiky, bude mať voľné ušné lalôčiky. Preto sa hovorí, že alela voľných ušných lalôčikov je dominantná voči alele pripevnených ušných lalôčikov (a alela pripevnených ušných lalôčikov je recesívna voči alele voľných ušných lalôčikov). Aby mal človek prirastené ušné lalôčiky, musí zdediť alelu pre prirastené ušné lalôčiky od oboch rodičov. Všimnite si, že to nemusí nevyhnutne znamenať, že niektorý z rodičov musí mať prirastené ušné lalôčiky – pretože obaja rodičia môžu byť nositeľmi alely pre prirastené lalôčiky, pričom navonok majú voľné lalôčiky.
Vo väčšine prípadov sa dominantný vzťah prejavuje vtedy, keď gén kóduje enzým a jeho recesívny náprotivok ho nekóduje. V mnohých prípadoch možno normálnu funkciu zachovať len s polovičným množstvom enzýmu. V týchto prípadoch jediná kópia dominantnej alely produkuje dostatočné množstvo produktu génu, aby sa dosiahol rovnaký účinok ako pri dvoch normálnych kópiách.
Dominanciu objavil Mendel, ktorý zaviedol používanie veľkých písmen na označenie dominantných alel a malých písmen na označenie recesívnych alel, čo sa stále bežne používa v úvodných kurzoch genetiky (napríklad E a e pre alely spôsobujúce voľné a pripojené laloky). Hoci je toto používanie pohodlné, je zavádzajúce, pretože dominancia nie je vlastnosť alely posudzovaná samostatne, ale vzťah medzi účinkami dvoch alel. Keď genetici voľne hovoria o dominantnej alele alebo recesívnej alele, myslia tým, že alela je dominantná alebo recesívna voči štandardnej alele.
Genetici často používajú termín dominancia v iných kontextoch, pričom rozlišujú medzi jednoduchou alebo úplnou dominanciou, ako je opísané vyššie, a inými vzťahmi. Vzťahy opísané ako neúplná alebo čiastočná dominancia sa zvyčajne presnejšie opisujú ako vzťahy, ktoré poskytujú prechodný alebo zmiešaný fenotyp. Vzťah opísaný ako kodominancia opisuje vzťah, v ktorom sa odlišné fenotypy spôsobené každou alelou prejavujú, keď sú prítomné obe alely.
Mačiatko s genotypom mc/mc: prejavuje sa recesívny vzor tabby
Gény sa v skratke označujú kombináciou jedného alebo niekoľkých písmen – napríklad v genetike mačacej srsti hrajú významnú úlohu alely Mc a mc (pre „mackerel tabby“). Alely vytvárajúce dominantné znaky sa označujú veľkými začiatočnými písmenami; tie, ktoré poskytujú recesívne znaky, sa píšu malými písmenami. Alely prítomné v lokuse sa zvyčajne oddeľujú lomkou „/“; v prípade Mc vs mc je dominantným znakom vzor „mackerel-stripe“ a recesívnym vzor „classic“ alebo „oyster“ tabby, a teda mačka s klasickým vzorom tabby by niesla alely mc/mc, zatiaľ čo mačka s mackerel-stripe by bola buď Mc/mc alebo Mc/Mc.
Vzťah k iným koncepciám genetiky
Príkladom autozomálne dominantnej poruchy u ľudí je Huntingtonova choroba, ktorá je neurologickou poruchou vedúcou k poruche motorických funkcií. Výsledkom mutantnej alely je abnormálny proteín, ktorý obsahuje veľké opakovania aminokyseliny glutamínu. Tento defektný proteín je toxický pre nervové tkanivo, čo vedie k charakteristickým príznakom ochorenia. Preto stačí jedna kópia, aby sa porucha prejavila.
Zoznam ľudských znakov, ktoré sa riadia jednoduchým vzorom dedičnosti, nájdete v ľudskej genetike. Ľudia majú niekoľko genetických ochorení, ktoré sú často, ale nie vždy, spôsobené recesívnymi alelami.
Genetické kombinácie možné pri jednoduchej dominancii možno vyjadriť diagramom nazývaným Punnettov štvorec. Alely jedného rodiča sú uvedené v hornej časti a alely druhého rodiča sú uvedené na ľavej strane. Vnútorné štvorce predstavujú možné potomstvo v pomere ich štatistickej pravdepodobnosti. V predchádzajúcom príklade farby kvetov predstavuje P dominantnú alelu fialovej farby a p recesívnu alelu bielej farby. Ak sú obaja rodičia fialovo sfarbení a heterozygoti (Pp), Punnettov štvorec pre ich potomkov by bol nasledovný:
V prípadoch PP a Pp je potomstvo fialovo sfarbené v dôsledku dominantného P. Iba v prípade pp sa prejavuje recesívny bielo sfarbený fenotyp. Preto je fenotypový pomer v tomto prípade 3:1, čo znamená, že potomstvo generácie F2 bude v priemere trikrát zo štyroch prípadov fialovo sfarbené.
Dominantný znak označuje genetickú vlastnosť, ktorá vo fenotype jedinca skrýva recesívny znak. Dominantný znak je fenotyp, ktorý sa vyskytuje v homozygotnom AA aj heterozygotnom Aa genotype. Mnohé znaky sú podmienené dvojicami komplementárnych génov, z ktorých každý sa dedí od jedného rodiča. Často sa pri ich spárovaní a porovnaní zistí, že jedna alela (dominantná) účinne vylučuje pokyny druhej, recesívnej alely. Napríklad ak má osoba jednu alelu pre krvnú skupinu A a jednu pre krvnú skupinu O, bude mať vždy krvnú skupinu A. Aby mala osoba krvnú skupinu O, musia byť obe jej alely O (recesívne).
Ak má jedinec dve dominantné alely (AA), stav sa označuje ako homozygotne dominantný; jedinec s dvoma recesívnymi alelami (aa) sa nazýva homozygotne recesívny. Jedinec nesúci jednu dominantnú a jednu recesívnu alelu sa označuje ako heterozygot.
Dominantný znak sa pri zápise do genotypu vždy zapisuje pred recesívny gén v heterozygotnom páre. Heterozygotný genotyp sa píše Aa, nie aA.
Jednoduchá dominancia alebo úplná dominancia
Zoberme si jednoduchý príklad farby kvetov hrachu, ktorý ako prvý skúmal Gregor Mendel. Dominantná alela je fialová a recesívna alela je biela.[potrebné overenie]
U daného jedinca sa dve zodpovedajúce alely chromozómového páru dostanú do jedného z troch vzorov:
Ak sú obe alely rovnaké (homozygotné), znak, ktorý reprezentujú, sa prejaví. Ak však jedinec nesie jednu z každej alely (heterozygot), prejaví sa len dominantná alela. Recesívna alela bude jednoducho potlačená.
Jednoduchá dominancia v rodokmeňoch
Dominantné znaky sa dajú rozpoznať podľa toho, že nepreskakujú generácie ako recesívne znaky. Je teda celkom možné, že dvaja rodičia s fialovými kvetmi majú medzi svojimi potomkami biele kvety, ale dvaja takíto bieli potomkovia nemôžu mať fialové potomstvo (hoci veľmi zriedkavo môže mutáciou vzniknúť jedno z nich). V tejto situácii museli byť obaja fialoví jedinci v prvej generácii heterozygoti (nesúci po jednej kópii každej alely).
Neúplná dominancia (niekedy nazývaná čiastočná dominancia), ktorú objavil Carl Correns, je heterozygotný genotyp, ktorý vytvára intermediárny fenotyp. V tomto prípade sa na jednom lokuse prejavuje len jedna alela (zvyčajne divoký typ) v závislosti od dávky, čo vedie k intermediárnemu fenotypu. Kríženie dvoch intermediárnych fenotypov (= monohybridných heterozygotov) bude mať za následok opätovný výskyt oboch rodičovských fenotypov a intermediárneho fenotypu. Vzniká pomer fenotypov 1:2:1 namiesto pomeru fenotypov 3:1, ktorý sa vyskytuje, keď je jedna alela dominantná a druhá recesívna. To umožňuje diagnostikovať genotyp organizmu z jeho fenotypu bez časovo náročných šľachtiteľských testov.
Klasickým príkladom je farba karafiátov.
R je alela pre červený pigment. R‘ je alela bez pigmentu.
Preto potomstvo RR tvorí veľa červeného pigmentu a vyzerá červeno. Potomkovia R’R‘ netvoria žiadny červený pigment a vyzerajú bielo. Potomkovia RR‘ aj R’R vytvárajú určité množstvo pigmentu, a preto vyzerajú ružovo.
Ďalším ľahko viditeľným príkladom neúplnej dominancie je farebná modifikácia Merle u psov.
Ak majú dve osoby s krvnou skupinou AB deti, môžu mať deti krvnú skupinu A, B alebo AB. Vzniká pomer fenotypov 1A:2AB:1B namiesto pomeru fenotypov 3:1, ktorý sa vyskytuje, keď je jedna alela dominantná a druhá recesívna. Ide o rovnaký pomer fenotypov, aký sa vyskytuje pri párení dvoch organizmov, ktoré sú heterozygotné pre neúplné dominantné alely.
Príklad Punnettovho štvorca pre otca s A a i a matku s B a i:
Jedným z mála kodominantných genetických ochorení u ľudí je pomerne časté ochorenie A1AD, pri ktorom majú všetky genotypy Pi00, PiZ0, PiZZ a PiSZ svoje viac-menej charakteristické klinické prejavy.
Väčšina molekulárnych markerov sa považuje za kodominantné.
Ragan má kodominantné folikulové gény, ktoré vyjadrujú jednotlivé červené a biele folikuly.
Niektoré mutácie nie sú stratou funkcie, ale zmenami so ziskom funkcie. Tie sú zvyčajne dominantné. Napríklad „dominantne negatívne“ alebo antimorfné mutácie sa vyskytujú vtedy, keď génový produkt nepriaznivo ovplyvňuje normálny génový produkt divokého typu v tej istej bunke. K tomu zvyčajne dochádza, ak produkt môže stále interagovať s rovnakými prvkami ako produkt divokého typu, ale blokuje niektorý aspekt jeho funkcie. Takéto proteíny môžu byť kompetitívnymi inhibítormi normálnych proteínových funkcií.
Autosomálne dominantný rodokmeň
Autozomálne dominantný gén je gén, ktorý sa vyskytuje na autozomálnom (pohlavie neurčujúcom) chromozóme. Keďže je dominantný, fenotyp, ktorý spôsobuje, sa prejaví, aj keď je gén heterozygotný. To je rozdiel oproti recesívnym génom, ktoré musia byť homozygotné, aby sa prejavili.
Pravdepodobnosť zdedenia autozómovo dominantnej poruchy je 50 %, ak je jeden z rodičov heterozygot pre mutovaný gén a druhý je homozygot pre normálny alebo „divoký“ gén. Je to preto, že potomok vždy zdedí normálny gén od rodiča, ktorý je nositeľom génov divokého typu, a bude mať 50 % šancu, že zdedí mutantný gén od druhého rodiča. Ak sa zdedí mutantný gén, potomok bude heterozygot pre mutantný gén a bude trpieť poruchou. Ak je rodič s poruchou homozygotný pre gén, potomstvo vzniknuté z párenia s nepostihnutým rodičom bude mať vždy poruchu. Pozri Mendelova dedičnosť.
Pojem vertikálny prenos sa vzťahuje na koncept, podľa ktorého sa autozomálne dominantné poruchy dedia z generácie na generáciu. Je to zrejmé, keď preskúmate rodokmeňový diagram rodiny pre určitú vlastnosť. Keďže muži a ženy sú rovnako postihnutí, je rovnako pravdepodobné, že budú mať postihnuté deti.
Hoci by mal byť mutovaný gén prítomný v nasledujúcich generáciách, v ktorých je viac ako jeden alebo dvaja potomkovia, môže sa zdať, že v prípade zníženej penetrancie je generácia vynechaná.
Pojem „recesívna alela“ označuje alelu, ktorá spôsobuje fenotyp (viditeľnú alebo zistiteľnú vlastnosť), ktorý sa vyskytuje len u homozygotných genotypov (organizmy, ktoré majú dve kópie tej istej alely) a nikdy nie u heterozygotných genotypov. Každý diploidný organizmus vrátane človeka má dve kópie každého génu na autozomálnych chromozómoch, jednu od matky a jednu od otca. Dominantná alela génu sa prejaví vždy, zatiaľ čo recesívna alela génu sa prejaví len vtedy, ak má organizmus dve recesívne formy. Ak sú teda obaja rodičia nositeľmi recesívneho znaku, existuje 25 % pravdepodobnosť, že sa u každého dieťaťa prejaví recesívny znak.
Pojem „recesívna alela“ je súčasťou zákonov mendelovskej dedičnosti, ktoré sformuloval Gregor Mendel. Príklady recesívnych znakov v Mendelových slávnych pokusoch s hrachom zahŕňajú farbu a tvar strukov semien a výšku rastlín.
Autosomálne recesívna alela
Vzťah medzi dvoma rodičmi prenášačmi a pravdepodobnosť, že deti budú nepostihnuté, prenášači alebo postihnuté
Autozomálna recesívna dedičnosť je spôsob dedičnosti genetických znakov, ktoré sa nachádzajú na autozómoch (pároch chromozómov, ktoré neurčujú pohlavie – u človeka 22).
Na rozdiel od autozomálne dominantného znaku sa recesívny znak fenotypovo prejaví len vtedy, keď sú prítomné dve podobné alely génu. Inými slovami, subjekt je homozygotný pre danú vlastnosť.
Frekvenciu nosného stavu možno vypočítať podľa Hardyho-Weinbergovho vzorca:
(p je frekvencia jedného páru alel a q = 1 – p je frekvencia druhého páru alel.)
K recesívnym genetickým poruchám dochádza vtedy, keď sú obaja rodičia nositeľmi a každý z nich prispieva do embrya jednou alelou, čo znamená, že nejde o dominantné gény. Keďže obaja rodičia sú heterozygoti pre danú poruchu, pravdepodobnosť, že sa dve alely ochorenia dostanú do jedného z ich potomkov, je 25 % (pri autozomálne dominantných znakoch je táto pravdepodobnosť vyššia). 50 % detí (alebo 2/3 zostávajúcich detí) sú prenášači. Ak je jeden z rodičov homozygotný, znak sa u jeho potomka prejaví len vtedy, ak je aj druhý rodič prenášačom. V takom prípade je pravdepodobnosť ochorenia u potomka 50 %.
Nomenklatúra recesivity
Z technického hľadiska je pojem „recesívny gén“ nepresný, pretože recesívny nie je gén, ale fenotyp (alebo znak). Treba tiež poznamenať, že pojmy recesivita a dominancia boli vyvinuté pred molekulárnym chápaním DNA a pred molekulárnou biológiou, preto je mapovanie mnohých novších pojmov na „dominantné“ alebo „recesívne“ fenotypy problematické. Mnohé znaky, ktoré sa predtým považovali za recesívne, majú mierne formy alebo biochemické abnormality, ktoré vznikajú v dôsledku prítomnosti jednej kópie alely. To naznačuje, že dominantný fenotyp závisí od prítomnosti dvoch dominantných alel a prítomnosť jednej dominantnej a jednej recesívnej alely vytvára určité prelínanie dominantných a recesívnych znakov.
Gregor Mendel pri skúmaní vlastností vykonal mnoho pokusov na hrachu siatom (Pisum sativum), ktorý si vybral kvôli jednoduchej a málo rozmanitej charakteristike, ako aj krátkej dobe klíčenia. Experimentoval s farbou (zelená vs. žltá), veľkosťou (nízka vs. vysoká), štruktúrou hrachu (hladká vs. vrásčitá) a mnohými ďalšími. Pri šťastí sa vlastnosti, ktoré tieto rastliny vykazovali, jasne prejavovali dominantnou a recesívnou formou. To však neplatí pre mnohé organizmy.
Napríklad pri testovaní farby hrachu vybral dve žlté rastliny, pretože žltá bola bežnejšia ako zelená. Spáril ich a skúmal potomstvo. Pokračoval v párení len tých, ktoré sa mu zdali žlté, a nakoniec sa zelené prestali rodiť. Spáril aj tie zelené a zistil, že sa rodia len zelené.
Mendel zistil, že je to preto, lebo zelená je recesívny znak, ktorý sa objavuje len vtedy, keď nie je prítomná žltá, dominantný znak. Taktiež určil, že dominantný znak sa prejaví bez ohľadu na to, či je recesívny znak prítomný alebo nie.
Autozomálne recesívne poruchy
Dominancia/recesivita sa vzťahuje na fenotyp, nie na genotyp. Príkladom je kosáčikovitá anémia. Genotyp kosáčikovej anémie je spôsobený zmenou jedného páru báz v géne beta-globínu: normálny = GAG (glu), kosáčikový = GTG (val).
S kosáčikovitým genotypom je spojených niekoľko fenotypov:
Tento príklad dokazuje, že o dominancii/recesivite možno hovoriť len v súvislosti s jednotlivými fenotypmi.
Mnohé gény kódujú enzýmy. Zoberme si prípad, keď je niekto homozygotný pre nejakú vlastnosť. Obe alely kódujú ten istý enzým, ktorý spôsobuje danú vlastnosť. Pre daný fenotyp môže byť potrebné len malé množstvo tohto enzýmu. Jedinec má preto nadbytok potrebného enzýmu. Tento prípad nazvime „normálny“. Jedinci bez funkčných kópií nemôžu enzým produkovať vôbec a ich fenotyp to odráža. Uvažujme heterozygotného jedinca. Keďže je potrebné len malé množstvo normálneho enzýmu, stále je dostatok enzýmu na to, aby sa prejavil fenotyp. To je dôvod, prečo sú niektoré alely dominantné voči iným.
V prípade neúplnej dominancie jediná dominantná alela neprodukuje dostatočné množstvo enzýmu, takže heterozygoti vykazujú odlišný fenotyp. Týmto spôsobom sa napríklad dedí farba plodov baklažánov. Fialovú farbu spôsobujú dve funkčné kópie enzýmu, pričom biela farba je výsledkom dvoch nefunkčných kópií. Pri iba jednej funkčnej kópii nie je dostatok fialového pigmentu a farba plodov má svetlejší fialový odtieň.
Niektoré nenormálne alely môžu byť dominantné. Mechanizmy tohto javu sú rôzne, ale jedným z jednoduchých príkladov je situácia, keď sa funkčný enzým skladá z niekoľkých podjednotiek, pričom každá z nich je tvorená niekoľkými alelami , pričom sú buď funkčné, alebo nefunkčné podľa jednej z vyššie opísaných schém. Napríklad by sa mohlo zaviesť pravidlo, že ak je niektorá z podjednotiek nefunkčná, celý enzým je nefunkčný v tom zmysle, že sa neprejavuje fenotyp. V prípade jednej podjednotky povedzme, že je kde má funkčnú a nefunkčnú alelu (heterozygotný jedinec)() , koncentrácia funkčného enzýmu určená podľa by mohla byť 50 % normálu. Ak má enzým dve identické podjednotky ( koncentrácia funkčného enzýmu je 25 % normálu. V prípade štyroch podjednotiek je koncentrácia funkčného enzýmu asi 6 % normálu (približne sa škáluje pomalšie ako kde je počet kópií alely ( je asi 51 % percent) To nemusí stačiť na vytvorenie fenotypu divokého typu. Existujú aj iné mechanizmy pre dominantné mutanty.
Je dôležité poznamenať, že väčšina genetických znakov nie je jednoducho riadená jedinou sadou alel. Často sa na komplexných znakoch rôznym spôsobom podieľa mnoho alel, z ktorých každá má svoje vlastné dominantné vzťahy.
Niektoré zdravotné stavy môžu mať viacnásobné dedičné vzorce, ako napríklad centronukleárna myopatia alebo myotubulárna myopatia, kde sa autozomálne dominantná forma nachádza na chromozóme 19, ale pohlavne viazaná forma na chromozóme X.