podczas badania zależności między genotypem a fenotypem ważne jest zbadanie statystycznego występowania fenotypów w grupie znanych genotypów., Innymi słowy, biorąc pod uwagę grupę znanych genotypów dla jednej cechy, ile identycznych genotypów pokazuje pokrewny fenotyp? Możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że w przypadku niektórych cech fenotyp może nie występować tak często, jak genotyp. Na przykład, powiedzmy, że wszyscy w populacji W noszą te same kombinacje alleli dla określonej cechy, ale tylko 85% populacji faktycznie wykazuje fenotyp oczekiwany od tych kombinacji alleli. Odsetek genotypów, które faktycznie wykazują oczekiwane fenotypy, nazywa się penetracją. Tak więc, w poprzednim przykładzie, penetracja wynosi 85%., Wartość tę oblicza się na podstawie obserwacji populacji, których genotypy znamy.
w rzeczywistości badania dużej populacji są niezbędne do pomiaru penetracji, a badania penetracji pomagają nam przewidzieć, jak prawdopodobne jest, że cecha będzie widoczna u tych, którzy noszą podstawowe allele. Ogólnie rzecz biorąc, gdy wiemy, że genotyp jest obecny, ale fenotyp nie jest obserwowalny, cecha wykazuje niepełną penetrację. Zasadniczo wszystko, co wykazuje mniej niż 100% penetracji, jest przykładem niepełnej penetracji., Dlatego chociaż penetracja cechy jest statystycznie obliczoną wartością opartą na pojawieniu się fenotypu wśród znanych genotypów, penetracja niekompletna jest po prostu jakościowym opisem grupy znanych genotypów.
specyficznym przykładem niepełnej penetracji jest choroba kości człowieka osteogenesis imperfecta (OI). Większość osób z tą chorobą ma dominującą mutację w jednym z dwóch genów wytwarzających kolagen typu 1, COL1A1 lub COL1A2. Kolagen jest tkanką, która wzmacnia kości i mięśnie oraz wiele tkanek ciała., Ludzie z OI mają słabe kości, niebieskawy kolor w białkach oczu i różne dolegliwości, które powodują osłabienie ich stawów i zębów. Jednak choroba ta nie wpływa na wszystkich, którzy mają mutacje COLIA1 i COLIA2 w ten sam sposób. W rzeczywistości niektórzy ludzie mogą przenosić mutację, ale nie mają żadnych objawów. W ten sposób rodziny mogą nieświadomie przenosić mutację z pokolenia na pokolenie przez kogoś, kto nosi mutację, ale nie wyraża fenotypu OI.,
przykłady niepełnej penetracji, takie jak OI pokazują, że nawet choroby monogenne nie mają przewidywalnych wzorców ekspresji w populacji. Czy istnieje sposób na wyjaśnienie tej nieprzewidywalności? Pomyślmy o tym. Jeśli dwie osoby mają tę samą dominującą mutację w COL1A1, dlaczego tylko jedna z nich może faktycznie wykazywać objawy OI? Czy może to mieć związek z innymi genami, które ratują zły wpływ zmutowanego genu kolagenu? Czy to możliwe, że ci, którzy mają OI po prostu wyrażają więcej zmutowanego kolagenu niż osoba, która jest nienaruszona?, Aby rozważyć możliwe wyjaśnienia dla niepełnej penetracji, musimy pamiętać, ile kroków jest między transkrypcją genu a ekspresją białka.
zauważ, że ekspresja innych genów, takich jak regulatory transkrypcyjne lub translacyjne, może wpływać na końcowy efekt produktu genowego. Wszystko, co zakłóca drogę od transkrypcji do aktywacji białek, jest znane jako czynnik epigenetyczny. Rzeczywiście, istnieje wiele punktów, w których inny produkt genowy może interweniować na etapach przed produkcją białka., Zakłócenia na tych etapach mogą całkowicie zatrzymać produkcję, stworzyć zmienioną formę białka, która może nigdy nie być aktywna, lub zrobić wiele innych rzeczy, które sprawiają, że Gen milczy. Tak więc końcowy etap aktywnego białka odzwierciedla wiele różnych procesów, które prowadzą do sekwencji aminokwasów i ostatecznego kształtu białka, z których wszystkie mogą być zakłócane przez inne geny. Ponadto niektóre geny mogą w górę lub w dół regulować tempo transkrypcji, co zmienia całkowitą ilość wytwarzanego białka., Tak więc geny, które wpływają na ostateczną formę i ekspresję innego genu, mogą mieć wpływ na kształtowanie się fenotypu pochodzącego z regulowanego genu (ryc. 1).
Jeśli więc istnieje tak wiele różnych możliwych punktów modyfikacji produktu genowego, jak możemy zawęzić pytanie, co powoduje niepełną penetrację? Co ciekawe, niektórzy naukowcy próbowali to zrobić, obserwując, w jaki sposób mutacje genetyczne powodujące OI wpływają na myszy. Badacze ci wprowadzili zmutowaną formę COL1A1 do myszy i wyhodowali je tak, że wszystkie zawierały tę mutację., Myszy zostały dotknięte w podobny sposób, jak te z ludzkim OI: wiele z nich miało poważne osłabienie kości i liczne złamania kości, nawet po urodzeniu. W rzeczywistości, kiedy badacze dokładnie zbadali kości myszy, odkryli, że 70% myszy ze zmutowanym genem COL1A1 wykazało dowody OI (złamania kości); jednak pozostałe 30% wydawało się całkowicie normalne. U myszy bez fenotypu OI stwierdzono taką samą ilość ekspresji COL1A1 jak u myszy, które wykazały fenotyp., Ponadto badacze użyli czystej rasy myszy, które miały niewielką zmienność w genomach na początku. Oznacza to, że kontekst genetyczny, w którym wyrażono COL1A1, nie różnił się u badanych myszy. Jednak pomimo faktu, że wszystkie myszy miały bardzo podobne genomy i wszystkie wyrażały taką samą ilość COL1A1, 30% z nich nie wykazało żadnego fenotypu OI. Wyniki te nadal są kłopotliwe.
dlatego nawet obecnie dostępne potężne techniki eksperymentalne nie mogą wyjaśnić penetracji., Dwa najpopularniejsze wyjaśnienia niepełnej penetracji, tło genetyczne i zmienne poziomy ekspresji, nie wyjaśniły braku fenotypu u 30% myszy (Pereira et al., 1994).