Mendel a sugerat că pot exista doar două alele, una dominantă și una recesivă, pentru o anumită genă. Acum știm că aceasta este o simplificare excesivă. Deși oamenii individuali (și toate organismele diploide) pot avea doar două alele pentru o anumită genă, la nivelul populației pot exista mai multe alele, astfel încât se pot observa multe combinații de două alele. Rețineți că, atunci când există mai multe alele pentru aceeași genă, convenția este de a desemna fenotipul sau genotipul cel mai frecvent în rândul animalelor sălbatice ca fiind tipul sălbatic (adesea prescurtat „+”); acesta este considerat standardul sau norma. Toate celelalte fenotipuri sau genotipuri sunt considerate variante ale acestui standard, ceea ce înseamnă că se abat de la tipul sălbatic. Varianta poate fi recesivă sau dominantă față de alela de tip sălbatic.
Un exemplu de alele multiple este culoarea blănii la iepuri (Figura 1). Aici, există patru alele pentru gena c. Versiunea de tip sălbatic, C+C+, se exprimă prin blană maro. Fenotipul chinchilla, cchcch, se exprimă prin blană albă cu vârfuri negre. Fenotipul Himalaya, chch, are blana neagră la extremități și blana albă în rest. În cele din urmă, fenotipul albinos sau „incolor”, cc, se exprimă prin blană albă. În cazul în care există mai multe alele, pot exista ierarhii de dominanță. În acest caz, alela de tip sălbatic este dominantă față de toate celelalte, chinchilla este incomplet dominantă față de Himalaya și albinos, iar Himalaya este dominantă față de albinos. Această ierarhie, sau serie alelică, a fost dezvăluită prin observarea fenotipurilor fiecărui descendent posibil heterozigot.
Figura 1. Există patru alele diferite pentru gena de culoare a hainei de iepure (C).
Figura 2. După cum se vede în comparația dintre Drosophila de tip sălbatic (stânga) și mutantul Antennapedia (dreapta), mutantul Antennapedia are picioare pe cap în loc de antene.
Dominanța completă a unui fenotip de tip sălbatic asupra tuturor celorlalți mutanți apare adesea ca efect al „dozării” unui anumit produs genetic, astfel încât alela de tip sălbatic furnizează cantitatea corectă de produs genetic, în timp ce alelele mutante nu pot. În cazul seriei alelice la iepuri, alela de tip sălbatic poate furniza o anumită doză de pigment pentru blană, în timp ce mutanții furnizează o doză mai mică sau deloc. Interesant este faptul că fenotipul Himalaya este rezultatul unei alele care produce un produs genetic sensibil la temperatură, care produce pigment doar în extremitățile mai reci ale corpului iepurelui.
Altfel, o alelă mutantă poate fi dominantă față de toate celelalte fenotipuri, inclusiv față de tipul sălbatic. Acest lucru se poate întâmpla atunci când alela mutantă interferează cumva cu mesajul genetic, astfel încât chiar și un heterozigot cu o copie a alelei de tip sălbatic exprimă fenotipul mutant. Un mod în care alela mutantă poate interfera este prin îmbunătățirea funcției produsului genetic de tip sălbatic sau prin modificarea distribuției acestuia în organism.
Un exemplu în acest sens este mutația Antennapedia la Drosophila (figura 2). În acest caz, alela mutantă extinde distribuția produsului genic și, ca urmare, heterozigotul Antennapedia dezvoltă picioare pe cap în locul unde ar trebui să fie antenele.
Multiplele alele conferă rezistență la medicamente la parazitul malariei
Malaria este o boală parazitară la om care este transmisă de țânțarii femele infectate, inclusiv Anopheles gambiae (Figura 3a), și se caracterizează prin febră mare ciclică, frisoane, simptome asemănătoare gripei și anemie severă. Plasmodium falciparum și P. vivax sunt cei mai comuni agenți cauzali ai malariei, iar P. falciparum este cel mai letal (figura 3b). Atunci când este tratată prompt și corect, malaria cu P. falciparum are o rată de mortalitate de 0,1 la sută. Cu toate acestea, în unele părți ale lumii, parazitul a dezvoltat rezistență la tratamentele împotriva malariei utilizate în mod obișnuit, astfel încât cele mai eficiente tratamente împotriva malariei pot varia în funcție de regiunea geografică.
Figura 3. (a) Anopheles gambiae, sau țânțarul african al malariei, acționează ca un vector în transmiterea la om a parazitului care cauzează malaria (b) Plasmodium falciparum, aici vizualizat cu ajutorul microscopiei electronice cu transmisie în culori false. (credit a: James D. Gathany; credit b: Ute Frevert; culoare falsă de Margaret Shear; date de bară de scară de la Matt Russell)
În Asia de Sud-Est, Africa și America de Sud, P. falciparum a dezvoltat rezistență la medicamentele anti-malarie clorochină, meflochină și sulfadoxină-pirimetamină. P. falciparum, care este haploid în timpul stadiului de viață în care este infecțios pentru om, a dezvoltat mai multe alele mutante ale genei dhps rezistente la medicamente. Fiecăreia dintre aceste alele i se asociază grade diferite de rezistență la sulfadoxină. Fiind haploid, P. falciparum are nevoie de o singură alelă rezistentă la medicamente pentru a exprima această trăsătură.
În Asia de Sud-Est, diferite alele ale genei dhps rezistente la sulfadoxină sunt localizate în diferite regiuni geografice. Acesta este un fenomen evolutiv comun care apare deoarece mutanții rezistenți la medicamente apar într-o populație și se încrucișează cu alte izolate de P. falciparum aflate în imediata apropiere. Paraziții rezistenți la sulfadoxină cauzează dificultăți umane considerabile în regiunile în care acest medicament este utilizat pe scară largă ca remediu împotriva malariei fără prescripție medicală. Așa cum se întâmplă în cazul agenților patogeni care se înmulțesc în număr mare în cadrul unui ciclu de infecție, P. falciparum evoluează relativ rapid (în decurs de aproximativ un deceniu) ca răspuns la presiunea selectivă exercitată de medicamentele antipaludice utilizate în mod obișnuit. Din acest motiv, oamenii de știință trebuie să lucreze în mod constant pentru a dezvolta noi medicamente sau combinații de medicamente pentru a combate povara malariei la nivel mondial.
Multiple Alleles (ABO Blood Types) and Punnett Squares
- Sumiti Vinayak, et al., „Origin and Evolution of Sulfadoxine Resistant Plasmodium falciparum,” Public Library of Science Pathogens 6, no. 3 (2010): e1000830, doi:10.1371/journal.ppat.1000830. ↵