Fenotip
Genetikte fenotip (Eski Yunanca φαίνω (phaínō) 'görünmek, göstermek, parlamak' ve τύπος (túpos) 'işaret, tip') bir organizmanın gözlemlenebilir özellikleri veya nitelikleri kümesidir. Bu terim, organizmanın morfolojisini veya fiziksel biçimini ve yapısını, gelişim süreçlerini, biyokimyasal ve fizyolojik özelliklerini, davranışını ve davranış ürünlerini kapsar. Bir organizmanın fenotipi iki temel faktörden kaynaklanır: bir organizmanın genetik kodunun veya genotipinin ifadesi ve çevresel faktörlerin etkisi. Her iki faktör de etkileşime girerek fenotipi daha da etkileyebilir. Bir türün aynı popülasyonunda iki veya daha fazla açıkça farklı fenotip mevcut olduğunda, türe polimorfik denir. Polimorfizmin iyi belgelenmiş bir örneği Labrador Retriever rengidir; kürk rengi birçok gene bağlı olsa da, çevrede sarı, siyah ve kahverengi olarak açıkça görülür. Richard Dawkins 1978'de ve daha sonra 1982'de yazdığı The Extended Phenotype (Genişletilmiş Fenotip) adlı kitabında kuş yuvalarının ve caddis sineği larva yuvaları ve kunduz barajları gibi diğer inşa edilmiş yapıların "genişletilmiş fenotipler" olarak görülebileceğini öne sürmüştür. ⓘ
Wilhelm Johannsen, bir organizmanın kalıtsal materyali ile bu kalıtsal materyalin ürettiği şey arasındaki farkı netleştirmek için 1911 yılında genotip-fenotip ayrımını önermiştir. Bu ayrım, germ plazma (kalıtım) ile somatik hücreler (vücut) arasında ayrım yapan August Weismann (1834-1914) tarafından önerilen ayrıma benzemektedir. Daha yakın bir tarihte, Richard Dawkins Bencil Gen'de (1976) bu kavramları kopyalayıcılar ve araçlar olarak ayırmıştır. ⓘ
Genotip-fenotip ayrımı, Francis Crick'in moleküler biyolojinin temel dogması olan, DNA'dan proteine akan moleküler sıralı bilginin yönlülüğüne dair bir ifade ile karıştırılmamalıdır, tersi değil. ⓘ
Fenotip ya da Dışyapı, genetik (genotip) ve çevresel etkenlerin yarattığı özelliklerin canlının dış görünüşündeki yansıması. Fenotip çoğunlukla genler tarafından belirlenir ancak bazı koşullarda diğer etkenler, fenotipin genotipe yüzde yüz uymasını engelleyebilir. Bu duruma hipomorfizm denir. ⓘ
Fenotip, zaman içinde değişebilir. Birden çok genle kontrol edilen özelliklerin fenotipleri de karmaşıklık gösterir. Genlerin durumuna göre çeşitlilik gösteren fenotip sınıflarına pleitropik fenotipler denir. ⓘ
Örneğin kıvırcık saçlı anne ile düz saçlı baba çiftleşirse doğacak çocuklar 1. kuşak olur. Kıvırcık saç, düz saça baskın olduğundan kıvırcık saçlı birey AA ve düz saçlı birey aa olur. Mendel'in de yaptığı gibi bireyler arasında çaprazlama yapılır. AA ve aa olan bireylerin harfleri çaprazlanır. A ile a, A ile a, a ile A ve a ile A genleri ortaya çıkar. Fakat baskın gen harfi (büyük harf) başa yazıldığından tüm bireyler %100 melez döl; fakat kıvırcık saçlı doğar. Çünkü çekinik gen, baskın genin yanında özelliğini gösteremez. 2. kuşağın bireyleri ise şöyledir: Aa, Aa, Aa ve Aa 1. kuşak üyeleriydi. Bir Aa diğer bir Aa ile çiftleşirse: Aa, Aa bireyleri çaprazlanır ve 2. kuşak bireyleri AA, Aa, Aa ve aa olur. Yani 2. kuşak bireylerinin %25'i arıdöl ve kıvırcık, %50'si melez ve kıvırcık, %25'iyse düz saçlı doğar. Yani fenotip olarak 2. kuşağın bireylerinin %75'i kıvırcık saçlı ve %25'i düz saçlı doğar. ⓘ
 | Genetik ile ilgili bu madde taslak seviyesindedir. Madde içeriğini genişleterek Vikipedi'ye katkı sağlayabilirsiniz. ⓘ |
Tanımdaki zorluklar
Görünüşte basit bir tanımı olmasına rağmen, fenotip kavramının gizli incelikleri vardır. RNA ve proteinler gibi moleküller de dahil olmak üzere, genotipe bağlı olan her şeyin bir fenotip olduğu düşünülebilir. Genetik materyal tarafından kodlanan çoğu molekül ve yapı, bir organizmanın görünümünde görünür değildir, ancak gözlemlenebilirler (örneğin Western blot ile) ve bu nedenle fenotipin bir parçasıdırlar; insan kan grupları buna bir örnektir. Bu durum, (yaşayan) organizmanın kendisine odaklanan kavramın orijinal niyetlerinin ötesine geçiyor gibi görünebilir. Her iki durumda da fenotip terimi, gözlemlenebilen veya bazı teknik prosedürlerle görünür hale getirilebilen doğal özellikleri veya karakteristikleri içerir. Bu fikrin dikkate değer bir uzantısı, organizmalar tarafından enzimlerin kimyasal reaksiyonlarından üretilen "organik moleküllerin" veya metabolitlerin varlığıdır. ⓘ
"Fenotip" terimi bazen yanlış bir şekilde bir mutant ile yabanıl türü arasındaki fenotipik farkın kısaltması olarak kullanılmaktadır. "mutasyonun fenotipi yoktur". ⓘ
Bir başka uzantı ise davranışları fenotipe ekler, çünkü davranışlar gözlemlenebilir özelliklerdir. Davranışsal fenotipler bilişsel, kişilik ve davranış kalıplarını içerir. Bazı davranışsal fenotipler psikiyatrik bozuklukları veya sendromları karakterize edebilir. ⓘ
Fenotipik varyasyon
Fenotipik varyasyon (altta yatan kalıtsal genetik varyasyon nedeniyle) doğal seçilim yoluyla evrim için temel bir ön koşuldur. Bir sonraki nesle katkıda bulunan (ya da bulunmayan) bir bütün olarak canlı organizmadır, bu nedenle doğal seçilim bir popülasyonun genetik yapısını fenotiplerin katkısı yoluyla dolaylı olarak etkiler. Fenotipik çeşitlilik olmasaydı, doğal seçilim yoluyla evrim de olmazdı. ⓘ
Genotip ve fenotip arasındaki etkileşim genellikle aşağıdaki ilişki ile kavramsallaştırılmıştır:
- genotip (G) + çevre (E) → fenotip (P) ⓘ
İlişkinin daha incelikli bir versiyonu şöyledir:
- genotip (G) + çevre (E) + genotip ve çevre etkileşimleri (GE) → fenotip (P) ⓘ
Genotipler genellikle fenotiplerin değiştirilmesi ve ifade edilmesinde çok fazla esnekliğe sahiptir; birçok organizmada bu fenotipler değişen çevresel koşullar altında çok farklıdır (bkz. ekofenotipik varyasyon). Hieracium umbellatum bitkisi İsveç'te iki farklı habitatta yetişmektedir. Habitatlardan biri, bitkilerin geniş yaprakları ve genişlemiş çiçek salkımlarıyla gür olduğu kayalık, deniz kenarındaki uçurumlar; diğeri ise bitkilerin dar yaprakları ve kompakt çiçek salkımlarıyla secde ederek büyüdüğü kum tepeleri arasındadır. Bu habitatlar İsveç kıyısı boyunca değişmektedir ve Hieracium umbellatum tohumlarının indiği habitat, yetişen fenotipi belirlemektedir. ⓘ
Drosophila sineklerinde rastgele varyasyonun bir örneği, tek bir bireyde sol ve sağ gözler arasında olduğu kadar genel olarak farklı genotipler arasında veya farklı ortamlarda yetiştirilen klonlar arasında da (rastgele) değişebilen ommatidia sayısıdır. ⓘ
Fenotip kavramı, bir organizmanın uygunluğunu etkileyen gen seviyesinin altındaki varyasyonlara kadar genişletilebilir. Örneğin, bir genin karşılık gelen amino asit dizisini değiştirmeyen sessiz mutasyonlar guanin-sitozin baz çiftlerinin sıklığını (GC içeriği) değiştirebilir. Bu baz çiftleri, adenin-timinden daha yüksek bir termal stabiliteye (erime noktası) sahiptir; bu, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda yaşayan organizmalar arasında, GC içeriğinde zenginleştirilmiş varyantlar üzerinde seçici bir avantaj sağlayabilecek bir özelliktir. ⓘ
Genişletilmiş fenotip
Richard Dawkins, bir genin diğer organizmalar da dahil olmak üzere çevresi üzerindeki tüm etkilerini içeren bir fenotipi genişletilmiş bir fenotip olarak tanımlamış ve "Bir hayvanın davranışı, bu genler davranışı gerçekleştiren belirli bir hayvanın vücudunda olsun ya da olmasın, o davranışı 'gerçekleştiren' genlerin hayatta kalmasını en üst düzeye çıkarma eğilimindedir" demiştir. Örneğin, kunduz gibi bir organizma bir kunduz barajı inşa ederek çevresini değiştirir; bu, tıpkı çevresini değiştirmek için kullandığı kesici dişleri gibi genlerinin bir ifadesi olarak kabul edilebilir. Benzer şekilde, bir kuş guguk kuşu gibi bir kuluçka parazitini beslediğinde, farkında olmadan fenotipini genişletmektedir; ve bir orkidedeki genler tozlaşmayı artırmak için orkide arısının davranışını etkilediğinde veya bir tavus kuşundaki genler tavus kuşlarının çiftleşme kararlarını etkilediğinde, yine fenotip genişletilmektedir. Dawkins'e göre genler fenotipik etkileriyle seçilmektedir. ⓘ
Diğer biyologlar, genişletilmiş fenotip kavramının ilgili olduğu konusunda genel olarak hemfikirdir, ancak rolünün deneysel testlerin tasarımına yardımcı olmaktan ziyade büyük ölçüde açıklayıcı olduğunu düşünmektedir. ⓘ
Fenom ve fenomik
Bir fenotip, bir organizma tarafından sergilenen gözlemlenebilir özellikler topluluğu olmasına rağmen, fenom kelimesi bazen bir özellik koleksiyonuna atıfta bulunmak için kullanılırken, böyle bir koleksiyonun eşzamanlı çalışması fenomik olarak adlandırılır. Fenomik önemli bir çalışma alanıdır çünkü hangi genomik varyantların fenotipleri etkilediğini bulmak için kullanılabilir ve bu da sağlık, hastalık ve evrimsel uygunluk gibi şeyleri açıklamak için kullanılabilir. Fenomik, İnsan Genom Projesinin büyük bir bölümünü oluşturmaktadır ⓘ
Fenomiğin tarımda uygulamaları vardır. Örneğin, kuraklığa ve sıcağa dayanıklılık gibi genomik varyasyonlar, daha dayanıklı GDO'lar oluşturmak için fenomik yoluyla tanımlanabilir. ⓘ
Fenomik, kişiselleştirilmiş tıbba, özellikle de ilaç tedavisine doğru bir adım olabilir. Fenomik veri tabanı daha fazla veri elde ettikten sonra, bir kişinin fenomik bilgileri bireye özel ilaçların seçilmesinde kullanılabilir. ⓘ
Büyük ölçekli fenotipleme ve genetik taramalar
Büyük ölçekli genetik taramalar, bir organizmanın fenotipini etkileyen genleri veya mutasyonları tanımlayabilir. Mutant genlerin fenotiplerinin analiz edilmesi, gen fonksiyonunun belirlenmesine de yardımcı olabilir. Örneğin, davranış gibi daha az anlaşılmış fenotipleri incelemek için büyük ölçekli bir fenotipik ekran kullanılmıştır. Bu taramada, farelerdeki mutasyonların rolü öğrenme ve hafıza, sirkadiyen ritmiklik, görme, strese verilen tepkiler ve psikostimülanlara verilen tepki gibi alanlarda incelenmiştir (ayrıntılar için tabloya bakınız). ⓘ
| Fenotipik Alan | Tahlil | Notlar | Yazılım Paketi ⓘ |
|---|---|---|---|
| Sirkadiyen Ritim | Tekerlek çalışma davranışı | ClockLab | |
| Öğrenme ve Hafıza | Korku koşullanması | Donmanın video görüntüsü tabanlı skorlaması | FreezeFrame |
| Ön Değerlendirme | Açık alan aktivitesi ve yükseltilmiş artı labirent | Video görüntüsü tabanlı keşif puanlaması | LimeLight |
| Psikostimülan yanıt | Hiperlokomosyon davranışı | Video görüntüsü tabanlı hareket takibi | BigBrother |
| Vizyon | Elektroretinogram ve Fundus fotoğrafçılığı | L. Pinto ve meslektaşları |
Bu deney, nokta mutasyonlarına neden olan güçlü bir mutajen olan ENU veya N-etil-N-nitrosoüre ile muamele edilen farelerin döllerini içeriyordu. Fareler, varsayılan mutantların sayısını bulmak için farklı davranış alanlarındaki değişiklikler açısından fenotipik olarak taranmıştır (ayrıntılar için tabloya bakınız). Varsayılan mutantlar daha sonra kalıtım modelinin belirlenmesine yardımcı olmak ve mutasyonları haritalamak için kalıtım açısından test edilir. Haritalandıktan, klonlandıktan ve tanımlandıktan sonra, bir mutasyonun yeni bir geni temsil edip etmediği belirlenebilir. ⓘ
| Fenotipik alan | ENU Progeny tarandı | Varsayılan mutantlar | Progeny ile varsayılan mutant hatlar | Onaylanmış mutantlar ⓘ |
|---|---|---|---|---|
| Genel değerlendirme | 29860 | 80 | 38 | 14 |
| Öğrenme ve hafıza | 23123 | 165 | 106 | 19 |
| Psikostimülan yanıt | 20997 | 168 | 86 | 9 |
| Strese karşı nöroendokrin yanıt | 13118 | 126 | 54 | 2 |
| Vizyon | 15582 | 108 | 60 | 6 |
Bu deneyler rodopsin genindeki mutasyonların görmeyi etkilediğini ve hatta farelerde retina dejenerasyonuna neden olabileceğini gösterdi. Aynı amino asit değişikliği insanlarda ailesel körlüğe neden olmakta ve hayvanlarda fenotiplemenin tıbbi teşhis ve muhtemelen tedavi konusunda nasıl bilgi verebileceğini göstermektedir. ⓘ
Fenotipin evrimsel kökeni
RNA dünyası, DNA ve proteinlerin evriminden önce kendi kendini kopyalayan RNA moleküllerinin çoğaldığı, dünya üzerindeki yaşamın evrimsel tarihinde varsayılan hücresel öncesi aşamadır. Yıkımdan kaçınırken replikasyonu teşvik eden ribozim aktivitesine sahip ilk RNA molekülünün katlanmış üç boyutlu fiziksel yapısı ilk fenotip, kendi kendini kopyalayan ilk RNA molekülünün nükleotid dizisi ise orijinal genotip olacaktır. ⓘ