Heterosis: perbaikan pada hewan, tumbuhan, manusia

Heterosis: perbaikan pada hewan, tumbuhan, manusia

heterosis , juga dikenal sebagai keuntungan heterozigot dan kekuatan hibrida, adalah fenomena genetik yang memanifestasikan dirinya dalam perbaikan sehubungan dengan orang tua, kinerja fisiologis pada generasi pertama dari persilangan antara saudara jauh dari spesies yang sama, atau antara spesies yang berbeda, dari tumbuhan dan hewan.

Peningkatan kinerja fisiologis terjadi misalnya pada peningkatan kesehatan, kapasitas kognitif atau massa, mengacu pada karakteristik fenotip yang menguntungkan yang dihasilkan dari memiliki genotipe yang lebih sesuai.

Sumber: pixabay.com

Perlu dicatat bahwa oleh kerabat jauh kita memahami individu dari populasi yang terisolasi secara genetik, serta varietas, galur, atau subspesies dari spesies yang sama.

Indeks artikel

Depresi perkawinan sedarah

Heterosis adalah hasil eksogami. Ini adalah kebalikan dari perkawinan sedarah, yang dapat menghasilkan homozigositas. Karena rekombinasi genetik, keuntungan heterozigot dapat hilang, karena kemunculan kembali homozigositas, dan bahkan karena kemandulan, pada generasi kedua.

Namun, pertukaran genetik antara kerabat jauh dapat memberikan keuntungan adaptif dalam jangka panjang.

Depresi perkawinan sedarah adalah berkurangnya kemampuan beradaptasi (kebugaran) yang disebabkan oleh perkawinan sedarah. Ini dinyatakan sebagai pengurangan kelangsungan hidup dan reproduksi dalam keturunan individu terkait sehubungan dengan keturunan individu yang tidak terkait. Ini adalah fenomena universal yang telah didokumentasikan pada tumbuhan dan hewan.

Ketika ada persilangan antara kerabat jauh dari spesies yang sama, atau antara spesies yang berbeda, hasilnya biasanya adalah penggabungan alel baru atau langka (introgresi) ke kumpulan genetik populasi tempat anggota generasi yang dihasilkan dari awal. persimpangan.

Faktanya, perkawinan sedarah seringkali merupakan sumber alel baru atau langka yang lebih penting daripada mutasi. Alel ini memberikan dua keuntungan: 1) mereka meningkatkan variabilitas genetik dan oleh karena itu frekuensi individu heterozigot dalam populasi tersebut; 2) memperkenalkan gen yang mengkode sifat fenotipik yang mewakili praadaptasi baru.

Keuntungan genetik

Dari sudut pandang genetika Mendel, keuntungan heterosis telah dijelaskan oleh dua hipotesis: 1) komplementasi, juga disebut sebagai caral dominasi; 2) interaksi alelik, disebut juga sebagai caral over-dominasi.

Hipotesis komplementasi mendalilkan bahwa, pada beberapa lokus genetik, keturunan heterozigot mengekspresikan lebih sedikit alel resesif yang merusak daripada orang tua homozigot mereka.

Pada keturunan hibrida, alel yang lebih tinggi dari satu induk akan menyembunyikan alel yang lebih rendah dari induk lainnya. Ini berarti bahwa, untuk setiap lokus genetik yang terlibat, keturunan hanya mengekspresikan alel terbaik dari kedua orang tua.

Dengan demikian, generasi pertama akan memiliki genotipe yang lebih bugar secara kumulatif dengan karakteristik terbaik dari masing-masing tetua.

Hipotesis interaksi alel mendalilkan bahwa dua alel dari setiap lokus genetik diekspresikan saling melengkapi, yaitu, mereka menambahkan efeknya. Ini berarti bahwa karakter fenotipik yang dikodekan oleh kedua alel dapat menghasilkan respons yang lebih luas terhadap variabilitas lingkungan yang dihadapi oleh keturunan daripada yang diizinkan oleh homozigositas.

Kedua hipotesis ini tidak saling eksklusif dalam arti bahwa masing-masing hipotesis dapat diterapkan pada set lokus genetik yang berbeda pada individu hibrida yang sama.

Pada tumbuhan

Pada awal abad ke-20, George Shull menunjukkan bahwa hibridisasi dua varietas jagung yang ditanam di Amerika Serikat, yang telah kehilangan sebagian produktivitasnya karena perkawinan sedarah, menghasilkan tanaman yang lebih besar dan lebih kuat dengan hasil yang unggul. Saat ini, pada jagung hibrida, heterosis memungkinkan diperoleh hasil 100–200% lebih besar.

Pada akhir 1970-an, Cina mulai menanam padi hibrida yang menghasilkan 10% lebih tinggi daripada jagung konvensional. Saat ini, 20–50% panen lebih besar sedang dicapai

Peningkatan hasil yang dicapai melalui heterosis pada tanaman budidaya lain yang dapat dimakan adalah: terong, 30–100%; brokoli, 40–90%; zucchini, 10-85%; jelai, 10–50%; bawang, 15–70%; gandum hitam, 180–200%; rapeseed, 39–50%; kacang panjang, 45–75%; gandum, 5–15%; wortel, 25–30%.

Pada hewan

Bagal adalah hewan hibrida yang paling terkenal. Mereka dihasilkan dari perkawinan kuda jantan ( Equus caballus ) dengan keledai betina ( E. asinus ). Kegunaannya sebagai hewan pak adalah karena heterosis. Mereka lebih besar, lebih kuat dan lebih tahan daripada kuda. Mereka memiliki langkah aman dari pantat. Mereka juga memiliki kapasitas belajar yang lebih besar daripada orang tua mereka.

Hibridisasi kera ( Macaca mulatta ) asal Cina dan Hindu menghasilkan jantan dan betina yang menunjukkan heterosis karena mereka memiliki panjang kepala-tubuh yang lebih besar dan massa tubuh yang lebih besar dari induknya. Perbedaan ini lebih terlihat pada jantan, yang dapat meningkatkan kemampuan mereka untuk bersaing, dengan jantan non-hibrida, untuk betina.

Katak yang dapat dimakan ( Pelophylax esculentus ) adalah hibrida subur dari Pelophylax ridibundus dan P. lessonae (famili Ranidae) yang hidup bersimpati di Eropa tengah. P. esculentus menolak tekanan oksigen yang lebih rendah daripada spesies induknya, memungkinkannya untuk berhibernasi di perairan yang sangat kekurangan oksigen. Di mana mereka hidup berdampingan, P. esculentus lebih melimpah.

Dalam diri manusia

Saat ini, planet kita dihuni oleh satu spesies manusia. Ada bukti genetik bahwa 65.000-90.000 tahun yang lalu manusia Eropa cararn ( Homo sapiens ) kadang-kadang berhibridisasi dengan Neanderthal ( Homo neanderthalensis ).

Ada juga bukti yang menunjukkan bahwa manusia Melanesia cararn ( Homo sapiens ) cukup sering berhibridisasi dengan Denisovans, spesies manusia misterius yang telah punah, 50.000–100.000 tahun yang lalu.

Tidak diketahui apakah hibridisasi purba ini menghasilkan heterosis, tetapi ada kemungkinan hal ini terjadi berdasarkan pengamatan heterosis positif dan negatif pada manusia cararn.

Orang-orang dengan ayah dan ibu dari berbagai belahan Tiongkok terbukti memiliki ketinggian dan prestasi akademik yang lebih tinggi dari rata-rata daerah asal orang tua mereka. Hal ini dapat diartikan sebagai heterosis positif.

Banyak kelompok etnis yang berbeda tinggal di Pakistan yang ditandai dengan tingginya tingkat homozigositas yang disebabkan oleh tingginya frekuensi pernikahan kerabat. Kelompok-kelompok ini diperkirakan menderita heterosis negatif, yang diekspresikan dalam insiden kanker payudara dan ovarium yang lebih tinggi dari biasanya.

Referensi

  1. Baranwal, VK, Mikkilineni, V., Zehr, UB, Tyagi, AK, Kapoor, S. 2012. Heterosis: munculnya ide tentang hybrid vigor. Jurnal Botani Eksperimental, 63, 6309–6314.
  2. Benirschke, K. 1967. Kemandulan dan kesuburan hibrida mamalia interspesifik. Dalam: Benirschke, K., ed. “Aspek perbandingan kegagalan reproduksi”. Springer, New York.
  3. Berra, TM, lvarez, G., Ceballos, FC 2010. Apakah dinasti Darwin / Wedgwood terpengaruh secara negatif oleh kekerabatan? BioScience, 60, 376-383.
  4. Birchler, JA, Yao, H., Chudalayandi, S. 2006. Mengungkap dasar genetik dari kekuatan hibrida. Prosiding National Academy of Science of the USA, 103, 12957–12958.
  5. Burke, JM, Arnold, ML 2001. Genetika dan kesesuaian hibrida. Tinjauan Tahunan Genetika, 35, 31-52.
  6. Callaway, E. 2011. DNA purba mengungkapkan rahasia sejarah manusia: manusia cararn mungkin telah mengambil gen kunci dari kerabat yang punah. Alam, 137, 136-137.
  7. Denic, S., Khatib, F., Awad, M., Karbani, G., Milenkovic, J. 2005. Kanker dengan heterosis negatif: kelebihan kanker payudara dan ovarium pada hibrida dari kelompok etnis bawaan. Hipotesis Medis, 64, 1002–1006.
  8. Frankel, R. 1983. Heterosis: penilaian kembali teori dan praktik. Springer, Berlin.
  9. Frankham, R. 1998. Perkawinan sedarah dan kepunahan: populasi pulau. Biologi Konservasi, 12,665-675.
  10. Fritz, RS, Moulia, C. 1999. Resistensi tanaman dan hewan hibrida terhadap herbivora, patogen, dan parasit. Tinjauan Tahunan Ekologi dan Sistematika, 565–591.
  11. Govindaraju, DR 2019. Penjelasan tentang teka-teki yang berusia lebih dari satu abad dalam genetika — heterosis. PLoS Biol 17 (4): e3000215.
  12. Groszmann, M., Greaves, IK, Fujimoto, R., Peacock, WJ, Dennis, ES 2013. Peran epigenetik dalam kekuatan hibrida. Tren Genetika, 29, 684–690.
  13. Grueber, CE, Wallis, GP, Jamieson, IG 2008. Heterozigositas – korelasi kebugaran dan relevansinya dengan studi tentang depresi perkawinan sedarah pada spesies terancam. Ekologi Molekuler, 17, 3978–3984.
  14. Hedrick, PW, García-Dorado, A. 2016. Memahami depresi perkawinan sedarah, pembersihan, dan penyelamatan genetik. Tren Ekologi & Evolusi, http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2016.09.005.
  15. Hedrick, PW, Kalinowski, ST 2000. Depresi perkawinan sedarah dalam biologi konservasi. Tinjauan Tahunan Ekologi dan Sistematika, 31, 139–62.
  16. Hochholdinger, F., Hoecker, N. 2007. Menuju dasar molekuler heterosis. TREN dalam Ilmu Tanaman, 10.1016 / j.tplants.2007.08.005.
  17. Jolly, CJ, Woolley-Barker, T., Beyene, S., Disotel, TR, Phillips-Conroy, JE 1997. Babun hibrida intergenerik. Jurnal Primatologi Internasional, 18, 597–627.
  18. Kaeppler, S. 2012. Heterosis: banyak gen, banyak mekanisme — akhiri pencarian teori pemersatu yang belum ditemukan. Volume Botani ISRN, 10.5402 / 2012/682824.
  19. Khongsdier, R. Mukherjee, N. 2003. Pengaruh heterosis pada pertumbuhan tinggi dan segmennya: studi cross-sectional dari gadis-gadis Khasi di India Timur Laut. Sejarah Biologi Manusia, 30, 605–621.
  20. Lacy, RC Pentingnya variasi genetik untuk kelangsungan hidup populasi mamalia. Jurnal Mamalogi, 78, 320–335.
  21. Lippman, ZB, Zamir, D. 2006. Heterosis: meninjau kembali keajaiban. TREN dalam Genetika, 10.1016 / j.tig.20066.12.006.
  22. McQuillan, R., dkk. 2012. Bukti depresi perkawinan sedarah pada tinggi manusia. PLoS Genetika, 8, e1002655.
  23. Proops, L., Beban, F., Osthaus, B. 2009. Kognisi bagal: kasus kekuatan hibrida? Kognisi Hewan, 12, 75–84.
  24. Zhu, C., Zhang, X., Zhao, Q., Chen, Q. 2018. Perkawinan hibrida dan heterosis fenotipik pada keturunan: bukti dari Cina. Ekonomi dan Biologi Manusia. 10.1016 / j.ehb.2018.02.008.