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ⓘ Interacción de gen no alélico

Epistasis es el fenómeno del efecto de un gen dependiente de la presencia de uno o más genes modificadores, el perfil genético. De esta manera, mutaciones epistáticas tienen diferentes efectos en combinación que individualmente. Originalmente era un concepto de Genética pero hoy en día es utilizado en Bioquímica, Biología computacional y Biología evolutiva. Se origina a partir de interacciones ya sea entre genes o sin ellos culminando en efectos no aditivos. La epistasis tiene una gran influencia en la forma del paisaje evolutivo, lo que conlleva a profundas consecuencias para la evolución y la adaptabilidad evolutiva de caracteres fenotípicos.

                                     

1. Historia

El entendimiento de la epistasis ha cambiado considerablemente a través de la historia de la genética y también el uso de ese término. En modelos tempranos de la selección natural creados a principios del siglo XX, cada gen era considerado que hacía su contribución característica al físico contra el promedio de los otros genes. Algunos cursos introductores todavía enseñan genética de poblaciones de esta forma. Debido la forma en que se desarrolló la ciencia de genética de poblaciones, genetistas evolutivos han pensado que epistasis es la excepción. Sin embargo, en general, la expresión de cualquier alelo depende de manera complicada de muchos otros alelos.

En genética clásica, si los genes A y B mutan, cada mutación por sí misma produce un efecto único fenotípico pero las mutaciones de ambos en conjunto muestran el mismo fenotipo que la mutación del gen A, el gen A es epistático y el gen B es hipostático. Por ejemplo, el gen para el patrón de la calvicie masculina es epistático al gen del color rojo del cabello. En este sentido, la epistasis se puede contrastar con la dominancia genética la cual es una interacción entre alelos del mismo locus del gen. A medida de que se desarrolla el estudio de la genética y con la ayuda de la biología molecular, la epistasis comenzó a ser estudiada en relación al Quantitative Trait Loci locus de un carácter cuantitativo y herencia poligénica.

Los efectos de los genes son, hoy en día, comúnmente cuantificables midiendo la magnitud de un fenotipo ej. altura, pigmentación o crecimiento o por mediciones bioquímicas analizando actividad proteica ej. uniones o catálisis. Modelos computacionales y de biología evolutiva cada vez más sofisticados buscan describir los efecto de la epistasis a escala de todo el genoma y sus consecuencias para la evolución. ​

                                     

2. Clasificación

La terminología de la epistasis puede variar entre campos científicos. Genetistas usualmente se refieren al wild type y alelos mutantes donde la mutación en implícitamente perjudicial y hablan en términos de mejoras genéticas, letalidad sintética y supresores genéticos. Contrariamente, un bioquímico se centra más en mutaciones benéficas y establece explícitamente el efecto de una mutación utilizando términos como señal epistática recíproca y mutación compensatoria. ​

                                     

3.1. Causas genéticas y moleculares Aditividad

Este puede ser el caso cuando varios genes actúan en paralelo con el mismo objetivo. Por ejemplo, cuando un organismo necesita fósforo, varias enzimas que degradan diferentes compuestos fosforilados del medio pueden actuar con aditividad para incrementar la cantidad de fósforo disponible para el organismo. Sin embargo, inevitablemente llega un punto en el cual el fósforo ya no es un factor limitante de crecimiento y reproducción y por lo tanto mejoras adicionales en el metabolismo del fósforo tienen poco o ningún efecto epistasis negativa. Algunos grupos de mutaciones especialmente aditivas dentro han sido descubiertas dentro de algunos genes. ​

                                     

3.2. Causas genéticas y moleculares Epistasis heterocigótica

Los organismos diploides tienen dos copias de cada gen. Si estas son diferentes heterocigotos / heteroalélicos, las dos copias del alelo pueden interactuar entre ellos para producir epistasis. Esto a veces es llamado complementación alélica o complementación interalélica. Puede ser causada por varios mecanismos, por ejemplo, transvección, donde un enhancer o potenciador de un alelo actúa en trans para activar la transcripción del promotor del segundo alelo. Del otro lado, el splicing alternativo de dos moléculas no funcionales de ARN pueden producir un solo ARN funcional. De la misma forma, a nivel proteico, proteínas que funcionan como dímeros pueden formar un heterodímero compuesto por una proteína de cada gen alternante y puede presentar diferentes propiedades a las del homodímero en una o ambas variantes.

                                     

4. Consecuencias evolutivas

Paisaje adaptativo y habilidad evolutiva

En genética de evolución, la epistasis de seña es usualmente más significante que la magnitud de la epistasis. Esto se debe a que epistasis de magnitud positiva y negativa simplemente afectan qué tan beneficiosas son las mutaciones en conjunto, pero epistasis de seña afecta que las mutaciones sean en combinación benéfica o perjudiciales. ​

                                     

5.1. Métodos y modelos de sistema Análisis de regresión

Genética cuantitativa se enfoca en varianza genética debida a interacciones genéticas. Dos loci cualesquiera, a una frecuencia genética particular, pueden ser descompuestos en ocho efectos genéticos independientes utilizando una regresión pesada. En esta regresión, los efectos genéticos observados de los dos loci son tratados como variables dependientes y los efectos genéticos "puros" son utilizados como variables independientes. Como la regresión es pesada, la partición de los componentes de la varianza cambia en función de la frecuencia genética. Análogamente, es posible expandir este sistema a tres o más loci a interacciones citonucleares. ​ Esto puede ser expresado como una interacción de energía libre. El mismo método puede ser utilizado para investigar las interacciones entre conjuntos de mutaciones grandes pero todas las combinaciones deben de ser producidas y analizadas. Por ejemplo, hay 120 diferentes combinaciones de 5 mutaciones de las cuales algunas o todas pueden ser epistáticas.