Classification of variability forms based on phenotype determining factors: Traditional views and their revision
- Authors: Tikhodeyev O.N.1
-
Affiliations:
- Saint-Petersburg State University
- Issue: Vol 11, No 3 (2013)
- Pages: 79-92
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/2420
- DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen11379-92
- ID: 2420
Cite item
Full Text
Abstract
Phenotype determining factors are critically analyzed. It is shown that these factors are four: initial hereditary material of an organism, ontogenetic regularities, directional environmental influences, and molecular stochastics. As a result, four separate forms of variability (genotypic, ontogenetic, environmental and fluctuational) are distinguished. Delineation of these phenomena and their place in modern views on variability classification are discussed.
Full Text
##article.viewOnOriginalSite##About the authors
Oleg Nickolayevich Tikhodeyev
Saint-Petersburg State University
Email: tikhodeyev@mail.ru
Associate Professor. Department of Genetics and Biotechnology, Department of Problems in Humanitarian and Natural Science Convergence
References
- Астауров Б. Л., 1927. Исследование наследственного изменения гальтеров у Drosophila melanogaster Schin. // Журн. эксп. биол. Серия А. Т. 3. Вып. 1–2. С. 1–61.
- Астауров Б. Л. Генетика и проблемы индивидуального развития // Онтогенез. 1972. Т. 3. № 6. С. 547–565.
- Ауэрбах Ш., 1978. Проблемы мутагенеза. М.: Мир. 464 с.
- Баранов В. С., Баранова Е. В., Иващенко Т. Э., Асеев М. В., 2000. Геном человека и гены «предрасположенности». СПб.: Интермедика. 271 с.
- Бузовкина И. С., Кнешке И., Лутова Л. А., 1993. Моделирование опухолеобразования in vitro у линий и гибридов редиса // Генетика. Т. 29. С. 1002–1008.
- Гришанин А. К., Акифьев А. П., Шеховцов А. К. и др., 2006. Проблема диминуции хроматина на рубеже ХХ и ХХI веков // Цитология. Т. 48. С. 379–397.
- Женермон Ж., 1970. Проблема длительных модификаций у простейших // Журн. общ. биол. Т. 31. С. 661–671.
- Инге-Вечтомов С. Г., 2005. Роль генетических процессов в модификационной изменчивости. Пророчество Б. Л. Астаурова // Онтогенез. Т. 36. С. 274–279.
- Инге-Вечтомов С. Г., 2010 а. Что мы знаем об изменчивости? // Экологическая генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 4–9.
- Инге-Вечтомов С. Г., 2010 б. Генетика с основами селекции. 2-е издание. СПб.: Издательство Н-Л. 720 с.
- Инге-Вечтомов С. Г., Тиходеев О. Н., Тихомирова В. Л., 1988. Нонсенс-супрессия у дрожжей при смене источников углерода и понижении температуры, опосредованная нехромосомными генетическими детерминантами // Генетика. Т. 24. С. 2110–2120.
- Коржинский С. И., 1899. Гетерогенезис и эволюция: К теории происхождения видов // Зап. Имп. Акад. Наук. Т. 9. № 2. С. 1–94.
- Корочкин Л. И. Введение в генетику развития. М.: Наука, 1999. 253 с.
- Коряков Д. Е., 2006. Модификации гистонов и регуляция работы хроматина // Генетика. Т. 42. С. 1170– 1185.
- Лутова Л. А., Ежова Т. А., Додуева И. Е., Осипова М. А., 2010. Генетика развития растений. СПб.: Издательство Н-Л. 432 с.
- Махмудова К. Х., Богданова Е. Д., Кирикович С. С., Левитес Е. В., 2012. Оценка стабильности признаков, индуцированных тритоном Х-100 у мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) // Вавиловский журнал генетики и селекции. Т. 16. № 1. С. 193–201.
- Миронова Л. Н., 2010. Белковая наследственность и регуляция экспрессии генов у дрожжей // Экологическая генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 10–16.
- Надсон Г. А., Филиппов Г. С., 1925. О влиянии рентгеновских лучей на половой процесс и образование мутантов у низших грибов (Mucoraceae) // Вестн. рентгенол. и радиол. № 3. С. 305–309.
- Паткин Е. Л., Сучкова И. О., 2006. Регуляторные механизмы импринтинга у млекопитающих // Цитология. Т. 48. С. 578–594.
- Рапопорт И. А., 1939. Специфические морфозы у Drosophila melanogaster, вызванные химическими соединениями // Бюл. эксперим. биологии и медицины. № 7. С. 415–417.
- Светлов П. Г., Корсакова Г. Ф., 1962. Действие кратковременного повышения температуры среды мутантов «forked» Drosophila melanogaster на признаки их потомства // ДАН СССР. Т. 143. С. 961–964.
- Сойфер В. Н., 1997. Репарация генетических повреждений // Соросовский образовательный журнал. № 8. С. 4–13.
- Струнников В. А., 1989. Третья изменчивость // Природа. № 2. С. 17–27.
- Тимофеев-Ресовский Н. В., 1925. О фенотипическом проявлении генотипа. — I. Геновариация radius incompletus у Drosophila funebris // Журн. эксп. биол., Серия А. Т. 1. Вып. 3–4. С. 93–142.
- Тиходеев О. Н., 2011. Основы психогенетики. М.: Академия. 320 с.
- Тиходеев О. Н., 2012 а. Кризис традиционных представлений об изменчивости: на пути к новой парадигме // Экологическая генетика. Т. 10. Вып. 4. С. 56–65.
- Тиходеев О. Н., 2012 б. Флуктационная изменчивость структуры цветка у седмичника европейского (Trientalis europaea L.) // Ботанический журнал. Т. 97. С. 901–917.
- Тиходеев О. Н., Журина Т. В., 2004. Автономная изменчивость: феномен и возможные механизмы // Экологическая генетика. Т. 2. Вып. 2. С. 3–10.
- Хесин Р. Б., Башкиров В. Н., 1979. Влияние направления скрещиваний, дополнительного гетерохроматина в геноме родителей и температуры их развития на эффект положения гена white у потомства Drosophila melanogaster // Генетика. Т. 15. № 2. С. 261–272.
- Чадов Б. Ф., Чадова Е. В., Копыл С. А. и др., 2004. Гены, управляющие онтогенезом: морфозы, фенокопии, диморфы и другие видимые проявления мутантных генов // Генетика. Т. 40. С. 353–365.
- Чураев Р. Н., 2010. Эпигены — наследственные единицы надгенного уровня // Экологическая генетика. Т. 8. Вып. 4. С. 17–24.
- Ambrosone A., Costa A., Leone A., Grillo S., 2012. Beyond transcription: RNA-binding proteins as emerging regulators of plant response to environmental constraints // Plant Science. Vol. 182. P. 12–18.
- Astauroff B. L., 1930. Analyse der erblichen Stoerungsfaelle der bilateralen Symmetrie im Zusammenhang mit der selbstaendigen Variabilitaet aenlicher Strukturen // Ztschr. f. inductive Abstammungs und Verebungslehre, Bd. 55. Heft 3. S. 183–262.
- Bailey-Wilson J. E., Wilson A. F., 2011. Linkage analysis in the next-generation sequencing era // Hum. Hered. Vol. 72. P. 228–236.
- Berr A., Ménard R., Heitz T., Shen W. H., 2012. Chromatin modification and remodelling: a regulatory landscape for the control of Arabidopsis defense responses upon pathogen attack // Cell Microbiol. Vol. 14. P. 829–839.
- Bertolotto C., 2002. The molecular mechanism of cAMP induced melanogenesis. In: J.-P. Ortonne, R. Ballotti (eds). Mechanisms of Suntanning. London: Martin Dunitz. pp. 99–108.
- Betermier M., 2004. Large-scale genome remodelling by the developmentally programmed elimination of germ line sequences in the ciliate Paramecium // Res. Microbiol. Vol. 155. P. 399–408.
- Chernoff Y. (Ed)., 2007. Protein-Based Inheritance. Austin, New York: Landes Bioscience and Kluwer Academic Press. 154 p.
- Darwin C. R., 1859. On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favored Races in the Struggle for Life. London: John Murray. 510 p.
- De Bakker P. I., Yelensky R., Pe'er I. et al., 2005. Efficiency and power in genetic association studies // Nat. Genet. Vol. 37. P. 1217–1223.
- Demant P., 2003. Cancer susceptibility in the mouse: genetics, biology and implications for human cancer // Nat. Rev. Genet. Vol. 4. P. 721–734.
- Devlin P. F., 2002. Signs of the time: environmental input to the circadian clock // Exp. Bot. Vol. 53. P. 1535– 1550.
- Dix P. J., 1977. Chilling resistance is not transmitted sexually in plants regenerated from Nicotiana sylvestris cell lines // Zeitschrift für Pflanzenphysiol. Vol. 84. Issue 3. P. 223–226.
- Driks A., 2002. Overview: Development in bacteria: spore formation in Bacillus subtilis // Cell. Mol. Life Sci. Vol. 59. P. 389–391.
- Donelson J. E., 2003. Antigenic variation and the African trypanosome genome // Acta Tropica. Vol. 85. P. 391–404.
- Dubey J. P., 1997. Bradyzoite-induced murine toxoplasmosis: stage conversion, pathogenesis, and tissue cyst formation in mice fed bradyzoites of different strains of Toxoplasma gondii // J. Euk. Microbiol. Vol. 44. P. 592–602.
- Durrant A., 1962. The environmental induction of heritable changes in Linum // Heredity. Vol. 17. P. 27–61.
- Durrant A., 1971. Induction and growth of flax genotrophe // Heredity. Vol. 27. P. 277–284.
- Eden S., Cedar H., 1994. Role of DNA methylation in the regulation of transcription // Curr. Biol. Vol. 4. P. 255–259.
- Friml J., 2010. Subcellular trafficking of PIN auxin efflux carriers in auxin transport // Eur. J. Cell Biol. Vol. 89. P. 231–235.
- Gassmann W., 2008. Alternative splicing in plant defense // Curr. Top. Microbiol. Immunol. Vol. 326. P. 219–233.
- Gerbi S. A., Urnov F. D., 1996. Differential DNA replication in insects // Cold Spring Harbor Monograph Archive. V. 31. DNA Replication in Eukaryotic Cells. P. 947–969.
- Goday C., Esteban M. R., 2001. Chromosome elimination in sciarid flies // Bioessays. Vol. 23. P. 242–250.
- Gough A., Thomas A., 2010. Breed Predispositions to Disease in Dogs and Cats. 2nd Edition. Wiley-Blackwell. 352 p.
- Haber J. E., 2012. Mating-type genes and MAT switching in Saccharomyces cerevisiae // Genetics. Vol. 191. P. 33–64.
- Haraldsen J. D., Sonenshein A. L., 2003. Efficient sporulation in Clostridium difficile requires disruption of the σK gene // Molecular Microbiology. Vol. 48. P. 811–821.
- Henderson I. R., Shindo C., Dean C., 2003. The need for winter in the switch to flowering // Annu. Rev. Genet. Vol. 37. P. 371–392.
- Hoffman F. W., 1927. Some attempts to modify the germ plasm of Phaseolus vulgaris // Genetics. Vol. 12. P. 284–294.
- Inge-Vechtomov S. G., Repnevskaya M. V., 1989. Phenotypic expression of primary lesions of genetic material in Saccharomyces yeast // Genome. Vol. 31. P. 497–502.
- Jacob F., Monod J., 1961. On the regulation of gene activity // Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. Vol. 26. P. 193–211.
- Johannsen W., 1903. Uber Erblichkeit in Populationen und in reinen Linien. Jena: Gustav Fischer. 68 s.
- Jollos V., 1934. Inherited changes produced by heat treatment in Drosophila melanogaster // Genetica. Vol. 16. P. 476–494.
- Kaeppler S. M., Kaeppler H. F., Rhee Y., 2000. Epigenetic aspects of somaclonal variation in plants // Plant Mol. Biol. Vol. 43. P. 179–188.
- Kawane K., Fukuyama H., Kondoh G. et al., 2001. Requirement of DNase II for definitive erythropoiesis in the mouse fetal liver // Science. Vol. 292. P. 1546–1549.
- Lansdorp P. M., Falconer E., Tao J. et al., 2012. Epigenetic differences between sister chromatids? // Annals N. Y. Acad. Sci. Vol. 1266. P. 1–6.
- Lutova L. A., Buzovkina I. S., Smirnova O. A. et al., 1997. Genetic control of in vitro differentiation processes in radish // In Vitro Cell. Dev. Biol. — PLANT. Vol. 33. P. 269–274.
- Little C. C., 1957. The Inheritance of Coat Color in Dogs. Ithaca, NY: Comstock Publishing Associates. xiii + 194 p.
- MacNeil L. T., Walhout A. J. M., 2011. Gene regulatory networks and the role of robustness and stochasticity in the control of gene expression // Genome Res. Vol. 21. P. 645–657.
- Miguel C., Marum L., 2011. An epigenetic view of plant cells cultured in vitro: somaclonal variation and beyond // J. Exp. Bot. Vol. 62. P. 3713–3725.
- Mitchell H. K., Petersen N. S., 1982. Developmental abnormalities in Drosophila induced by heat shock // Developmental Genetics. Vol. 3. P. 91–102.
- Muller H. J., 1927. Artificial transmutation of the gene // Science. Vol. 66. N 1699. P. 84–87.
- Muller F., Tobler H., 2000. Chromatin diminution in the parasitic nematodes Ascaris suum and Parascaris univalens // International Journal for Parasitology. Vol. 30. P. 391–399.
- Mulley J. C., Scheffer I. E., Harkin L. A. et al., 2005. Susceptibility genes for complex epilepsy // Hum. Mol. Genet. Vol. 14. Spec N 2. R 243–249.
- Nägeli C., 1865. Ueber den Einfluss äusserer Verhältnisse auf die Varietätenbildung im Pflanzenreiche. Sitzungsber. Königl. Bayer. Akad. Wiss.
- Nishimoto S., Kawane K., Watanabe-Fukunaga R. et al., 2003. Nuclear cataract caused by a lack of DNA degradation in the mouse eye lens // Nature. Vol. 424. P. 1071–1074.
- Norman S.-L. T., 1999. Tutorial in biostatistics. Meta-analysis: formulating, evaluating, combining and reporting // Statistics in Medicine. Vol. 18. P. 321–359.
- Pain V. M., 1994. Translational control during amino acid starvation // Biochimie. Vol. 76. P. 718–728.
- Paldi A., 2003. Stochastic gene expression during cell differentiation: order from disorder? // Cell Mol. Life Sci. Vol. 60. P. 1775–1778.
- Palmer G. H., Brayton K. A., 2007. Gene conversion is a convergent strategy for pathogen antigenic variation // Trends Parasitol. Vol. 23. P. 408–413.
- Penalva L. O. F., Sanchez L., 2003. RNA binding protein Sex-Lethal (Sxl) and control of Drosophila sex determination and dosage compensation // Microbiology and Molecular Biology Reviews. Vol. 67. P. 343–359.
- Pilpel Y., 2011. Noise in biological systems: pros, cons, and mechanisms of control // Methods Mol Biol. Vol. 759. P. 407–425.
- Prescott D. M., 1999. The evolutionary scrambling and developmental unscrambling of germline genes in hypotrichous ciliates // Nucleic Acids Res. Vol. 27. P. 1243–1250.
- Queitsch C., Sangster T. A., Lindquist S., 2002. Hsp90 as a capacitor of phenotypic variation // Nature. Vol. 417. N 6889. P. 618–624.
- Ramu H., Mankin A., Vazquez-Laslop N. et al., 2009. Programmed drug-dependent ribosome stalling // Mol. Microbiol. Vol. 71. P. 811–824.
- Rankinen T., Zuberi A., Chagnon Y. C. et al., 2006. The human obesity gene map: the 2005 update // Obesity (Silver Spring). Vol. 14. P. 529–644.
- Razin A, Kantor B., 2005. DNA methylation in epigenetic control of gene expression // Prog. Mol. Subcell. Biol. Vol. 38. P. 151–167.
- Reik W., Santos F., Mitsuya K. et al., 2003. Epigenetic asymmetry in the mammalian zygote and early embryo: relationship to lineage commitment? // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. Vol. 358. P. 1403–1409.
- Richards E. J., 2006. Inherited epigenetic variation — revisiting soft inheritance // Nature Reviews. Genetics. Vol. 7. P. 395–401.
- Rotem E., Loinger A., Ronin I. et al., 2010. Regulation of phenotypic variability by a threshold-based mechanism underlies bacterial persistence // Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 107. P. 12 541–12 546.
- Rutherford S. L., Lindquist S., 1998. Hsp90 as a capacitor for morphological evolution // Nature. Vol. 396. N 6709. P. 336–342.
- Sang J. H., Burnet B., 1967. Physiological genetics of melanotic tumors in Drosophila melanogaster. IV. Gene-environment interactions of tu-bw different third chromosome backgrounds // Genetics. Vol. 56. P. 743–754.
- Schulze S. R., Wallrath L. L., 2007. Gene regulation by chromatin structure: paradigms established in Drosophila melanogaster // Annu. Rev. Entomol. Vol. 52. P. 171–192.
- Sil A., Herskowitz I., 1996. Identification of an asymmetrically localized determinant, Ash1p, required for lineage-specific transcription of the yeast HO gene // Cell. Vol. 84. P. 711–722.
- Skinner M. K., Guerrero-Bosagna C., 2009. Environmental signals and transgenerational epigenetics // Epigenomics. Vol. 1. P. 111–117.
- Sollars V., Lu X., Xiao L. et al., 2003. Evidence for an epigenetic mechanism by which Hsp90 acts as a capacitor for morphological evolution // Nature Genet. Vol. 33. P. 70–74.
- Stadler L. J., 1928. Mutations in barley induced by X-rays and radium // Science. Vol. 68. P. 186–187.
- Stapley J., Reger J., Feulner P. G., 2010. Adaptation genomics: the next generation // Trends Ecol. Evol. Vol. 25. P. 705–712.
- Steimer A., Schöb H., Grossniklaus U., 2004. Epigenetic control of plant development: new layers of complexity // Cur. Opin. Plant Biol. Vol. 7. P. 11–19.
- Struhl K., 1995. Yeast transcriptional regulatory mechanisms // Annu. Rev. Genet. V. 29. P. 651– 674.
- Timoféeff-Ressovsky N. W., Zimmer K. G., Delbrück M., 1935. Über die Natur der Genmutation und der Genstruktur // Nachrichten der gelehrten Gesellschaften der Wissenschaften zu Göttingen. Math.-Phys. Klasse. Fachgr. 6. Vol. 13. S.190–245.
- Thorsch J., Esau K., 1981. Nuclear degeneration and the association of endoplasmic reticulum with the nuclear envelope and microtubules in maturing sieve elements of Gossypium hirsutum // J. Ultrastruct. Res. Vol. 74. P. 195–204.
- Tuite M. F., Mundy C. R., Cox B. S., 1981. Agents that cause a high frequency of genetic change from [psi+] to [psi-] in Saccharomyces cerevisiae // Genetics. Vol. 98. P. 691–711.
- Turnbull C., Rahman N., 2008. Genetic predisposition to breast cancer: past, present, and future // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. Vol. 9. P. 321–345.
- Volkov A. G., Adesina T., Markin V. S., Jovanov E., 2008. Kinetics and mechanism of Dionaea muscipula trap closing // Plant Physiology. Vol. 146. P. 694–702.
- Wei X. Y., Sakr S., Li J. H. et al., 2006. Expression of split dnaE genes and trans-splicing of DnaE intein in the developmental cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 // Res. Microbiol. Vol. 157. P. 227–234.
- Wickner R. B., Taylor K. L., Edskes H. K. et al., 1999. Prions in Saccharomyces and Podospora spp.: Protein-based inheritance // Microbiol Mol Biol Rev. Vol. 63. P. 844–861.
- Wu C., 1995. Heat shock transcription factors: Structure and regulation // Rev. Cell Dev. Biol. Vol. 11. P. 441–469.
- Xu Z., Zan H., Pone E. J., Mai T., Casali P., 2012. Immunoglobulin class-switch DNA recombination: induction, targeting and beyond // Nat. Rev. Immunol. Vol. 12. P. 517–531.
- Yang J., Ledaki I., Turley H. et al., 2009. Role of hypoxia-inducible factors in epigenetic regulation via histone demethylases // Ann. N Y Acad. Sci. Vol. 1177. P. 185–197.
- Yanofsky C., 1988. Transcription attenuation // J. Biol Chem. Vol. 263. P. 609–612.
- Yoder J. A., Soman N. S., Verdine G. L., Bestor T. H., 1997. DNA (cytosine-5)-methyltransferases in mouse cells and tissues. Studies with a mechanismbased probe // J. Mol. Biol. Vol. 270. P. 385–395.