HETEROSIS: PENINGKATAN PADA HAIWAN, TUMBUH-TUMBUHAN, MANUSIA - BIOLOGI - 2025

The heterosis , juga dikenali sebagai kelebihan heterozigot dan tenaga hibrid, adalah satu fenomena genetik yang menjelma dirinya di dalam pembaikan berkenaan dengan ibu bapa, prestasi fisiologi dalam generasi pertama silang di antara saudara-mara jauh daripada spesies yang sama, atau antara pelbagai spesies, tumbuhan dan haiwan.

Peningkatan prestasi fisiologi berlaku, misalnya, dalam peningkatan kesihatan, keupayaan atau jisim kognitif, merujuk kepada ciri-ciri fenotipik yang menguntungkan yang dihasilkan daripada mempunyai genotip yang lebih sesuai.

Sumber: pixabay.com

Harus diingat bahawa oleh saudara jauh kita memahami individu dari populasi yang diasingkan secara genetik, serta varietas, strain, atau subspesies dari spesies yang sama.

Mengurangkan kemurungan

Heterosis adalah hasil eksogami. Ini adalah kebalikan dari pembiakan, yang dapat menghasilkan homozigositas. Oleh kerana penggabungan genetik, kelebihan heterozigot dapat hilang, dengan munculnya homozigositas, dan bahkan oleh kemandulan, pada generasi kedua.

Walau bagaimanapun, perkongsian genetik antara saudara jauh dapat memberikan kelebihan penyesuaian jangka panjang.

Kemurungan Inbreeding adalah pengurangan kemampuan menyesuaikan diri (fitness) yang disebabkan oleh inbreeding. Ia dinyatakan sebagai pengurangan kelangsungan hidup dan pembiakan dalam keturunan individu yang berkaitan dengan keturunan individu yang tidak berkaitan. Ini adalah fenomena universal yang telah didokumentasikan pada tumbuhan dan haiwan.

Apabila terdapat persimpangan antara saudara jauh dari spesies yang sama, atau antara spesies yang berlainan, hasilnya biasanya penggabungan alel baru atau langka (introgression) ke kumpulan gen populasi yang mana anggota generasi dihasilkan dari persimpangan awal.

Sebenarnya, eksogami sering menjadi sumber alel baru atau jarang daripada mutasi. Alel ini memberikan dua kelebihan: 1) mereka meningkatkan kebolehubahan genetik dan oleh itu kekerapan individu heterozigot dalam populasi tersebut; 2) memperkenalkan gen yang memberi kod untuk sifat fenotipik yang mewakili prapenyediaan novel.

Kelebihan genetik

Dari sudut pandang genetik Mendel, kelebihan heterosis telah dijelaskan oleh dua hipotesis: 1) pelengkap, juga disebut sebagai model dominasi; 2) interaksi allelic, juga disebut sebagai model over-dominance.

Hipotesis pelengkap mendalilkan bahawa, pada pelbagai lokasi genetik, keturunan heterozigot menyatakan alel resesif yang sedikit lebih berbahaya daripada ibu bapa mereka yang homozigot.

Dalam keturunan hibrid, alel yang lebih tinggi dari satu ibu bapa akan menyembunyikan alel yang lebih rendah daripada ibu bapa yang lain. Ini bermaksud, bagi setiap lokasi genetik yang terlibat, keturunan hanya menyatakan alel yang terbaik dari kedua ibu bapa.

Oleh itu, generasi pertama akan mempunyai genotip yang lebih baik secara kumulatif dengan ciri terbaik setiap ibu bapa.

Hipotesis interaksi alel mendalilkan bahawa dua alel setiap lokus genetik menyatakan pelengkap, iaitu, mereka menambahkan kesannya. Ini bermaksud bahawa watak fenotipik yang dikodkan oleh kedua alel dapat menghasilkan tindak balas yang lebih luas terhadap kebolehubahan persekitaran yang dihadapi oleh keturunan daripada yang dibenarkan oleh homozigositas.

Kedua-dua hipotesis ini tidak saling eksklusif dalam arti bahawa masing-masing dapat diterapkan pada kumpulan lokasi genetik yang berlainan pada individu hibrida yang sama.

Di tumbuh-tumbuhan

Pada awal abad ke-20, George Shull menunjukkan bahawa hibridisasi dua jenis jagung yang ditanam di Amerika Syarikat, yang telah kehilangan sebahagian produktiviti mereka kerana pembiakan, menghasilkan tanaman yang lebih besar dan lebih kuat dengan hasil yang lebih tinggi. Pada masa ini, dalam jagung hibrid, heterosis memungkinkan untuk memperoleh hasil panen yang lebih besar 100-200%.

Pada akhir 1970-an, China mula menanam padi hibrid yang menghasilkan hasil 10% lebih tinggi daripada jagung konvensional. Pada masa ini, penuaian 20–50% lebih besar dicapai

Peningkatan hasil yang dicapai oleh heterosis pada tanaman penanaman lain yang dapat dimakan adalah: aubergine, 30–100%; brokoli, 40-90%; zucchini, 10-85%; barli, 10–50%; bawang, 15–70%; rai, 180–200%; rapeseed, 39-50%; kacang lebar, 45-75%; gandum, 5–15%; lobak merah, 25-30%.

Pada haiwan

Mules adalah kacukan haiwan yang paling terkenal. Mereka berpunca dari kawin kuda jantan (Equus caballus) dengan keldai betina (E. asinus). Kegunaan mereka sebagai haiwan pek disebabkan oleh heterosis. Mereka lebih besar, lebih kuat dan lebih tahan daripada kuda. Mereka mempunyai langkah selamat dari pantat. Mereka juga mempunyai kemampuan belajar yang lebih besar daripada ibu bapa mereka.

Hibridisasi monyet (Macaca mulatta) asal Cina dan Hindu menghasilkan lelaki dan wanita yang menunjukkan heterosis kerana fakta bahawa mereka mempunyai panjang kepala-kepala yang lebih besar dan jisim badan yang lebih besar daripada ibu bapa mereka. Perbezaan ini lebih ketara pada lelaki, yang dapat meningkatkan kemampuan mereka untuk bersaing dengan lelaki bukan hibrid untuk wanita.

Katak yang boleh dimakan (Pelophylax esculentus) adalah kacukan subur Pelophylax ridibundus dan P. lessonae (keluarga Ranidae) yang hidup bersimpati di Eropah tengah. P. esculentus menentang tekanan oksigen yang lebih rendah daripada spesies induk, yang memungkinkannya untuk hibernasi di perairan yang kekurangan oksigen. Di mana mereka wujud bersama, P. esculentus lebih banyak.

Pada diri manusia

Pada masa ini, planet kita dihuni oleh satu spesies manusia. Terdapat bukti genetik bahawa 65,000-90,000 tahun yang lalu manusia Eropah moden (Homo sapiens) kadang-kadang disatukan dengan Neanderthal (Homo neanderthalensis).

Terdapat juga bukti yang menunjukkan bahawa manusia Melanesia moden (Homo sapiens) sering berkahwin dengan Denisovans, spesies manusia yang telah punah secara misterius, 50.000-100.000 tahun yang lalu.

Tidak diketahui sama ada hibridisasi kuno ini mengakibatkan heterosis, tetapi ada kemungkinan bahawa ini berlaku berdasarkan pemerhatian heterosis positif dan negatif pada manusia moden.

Orang yang mempunyai bapa dan ibu dari pelbagai tempat di China terbukti mempunyai prestasi tinggi dan akademik lebih tinggi daripada rata-rata kawasan asal ibu bapa mereka. Ini boleh ditafsirkan sebagai heterosis positif.

Banyak etnik yang berlainan tinggal di Pakistan yang dicirikan oleh tahap homozigositas yang tinggi disebabkan oleh frekuensi perkahwinan yang tidak betul. Kumpulan ini diduga menderita heterosis negatif, yang dinyatakan dalam kejadian kanser payudara dan ovari yang lebih tinggi daripada biasa.

Rujukan

1. Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Heterosis: idea yang muncul mengenai semangat hibrid. Jurnal Percubaan Botani, 63, 6309–6314.
2. Benirschke, K. 1967. Kemandulan dan kesuburan hibrida mamalia interspesifik. Dalam: Benirschke, K., ed. "Aspek perbandingan kegagalan pembiakan". Springer, New York.
3. Berra, TM, Álvarez, G., Ceballos, FC 2010. Adakah dinasti Darwin / Wedgwood terjejas oleh keturunan? BioScience, 60, 376-383.
4. Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Menyingkap asas genetik semangat hibrid. Prosiding Akademi Sains Nasional Amerika Syarikat, 103, 12957–12958.
5. Burke, JM, Arnold, ML 2001. Genetik dan kecergasan kacukan. Kajian Tahunan Genetik, 35, 31–52.
6. Callaway, E. 2011. DNA purba mengungkapkan rahsia sejarah manusia: manusia moden mungkin telah mengambil gen penting dari saudara yang pupus. Alam, 137, 136-137.
7. Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Kanser oleh heterosis negatif: kelebihan barah payudara dan ovari pada kacukan kumpulan etnik inbred. Hipotesis Perubatan, 64, 1002-1006.
8. Frankel, R. 1983. Heterosis: penilaian semula teori dan praktik. Springer, Berlin.
9. Frankham, R. 1998. Pembiakan dan kepupusan: populasi pulau. Biologi Pemuliharaan, 12, 665-675.
10. Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Tentangan tumbuhan dan haiwan hibrid terhadap herbivora, patogen, dan parasit. Kajian Tahunan Ekologi dan Sistematik, 565–591.
11. Govindaraju, DR 2019. Penjelasan mengenai teka-teki berusia lebih dari satu abad dalam genetik-heterosis. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
12. Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Peranan epigenetik dalam semangat hibrid. Trend dalam Genetik, 29, 684-690.
13. Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Heterozygosity - korelasi kecergasan dan kaitannya dengan kajian mengenai kemurungan pembiakan pada spesies yang terancam. Ekologi Molekul, 17, 3978–3984.
14. Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. Memahami kemurungan pembiakan, pembersihan, dan penyelamatan genetik. Trends inEcology & Evolution, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
15. Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Menyemai kemurungan dalam biologi pemuliharaan. Kajian Tahunan Ekologi dan Sistematik, 31, 139–62.
16. Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. Ke arah molekul heterosis. TREND dalam Sains Tumbuhan, 10.1016 / j.tanaman.2007.08.005.
17. Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotell, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Babun hibrid intergenerik. Jurnal Primatologi Antarabangsa, 18, 597-627.
18. Kaeppler, S. 2012. Heterosis: banyak gen, banyak mekanisme-menamatkan pencarian teori penyatuan yang belum ditemui. Jilid Botani ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
19. Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Kesan heterosis terhadap pertumbuhan tinggi dan segmennya: kajian keratan rentas terhadap gadis-gadis Khasi di India Timur Laut. Annals of Human Biology, 30, 605–621.
20. Lacy, RC Kepentingan variasi genetik terhadap daya maju populasi mamalia. Jurnal Mamalia, 78, 320–335.
21. Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Heterosis: meninjau semula keajaiban. TREND dalam Genetik, 10.1016 / j.tig.2006.12.006.
22. McQuillan, R., et al. 2012. Bukti kemurungan pembiakan pada ketinggian manusia. PLoS Genetics, 8, e1002655.
23. Proops, L., Burden, F., Osthaus, B. 2009. Kognisi keldai: kes semangat hibrid? Kognisi Haiwan, 12, 75–84.
24. Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. Perkahwinan hibrid dan heterosis fenotipik pada keturunan: bukti dari China. Ekonomi dan Biologi Manusia. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.