Методичка по медицинской Генетике 2020

особей, а присутствие другого гена В (ааВ-) обуславливает развитие гороховидной формы также у 3/16 особей. Гомозиготное состояние по обоим рецессивным генам ааbb ведет к развитию простого листовидного гребня у I/I6 особей.

Куры, имеющие этот гребень, при скрещивании друг с другом в последующих поколениях не дают расщепления.

Таким образом, каждый из доминантных, аллелей комплементарных генов может проявляться самостоятельно, независимо от другого, но в этом случае совместное их присутствие в зиготе обусловливает новое состояние признака.

Пример 2. Используя таблицу 5, рассмотреть пример комплементарного взаимодействия доминантных генов, при котором каждый из генов в отдельности не обладает способностью вызывать развитие признаков. Последний развивается лишь в результате взаимодействия доминантных аллелей двух генов. В силу этого в F2 обнаруживаются только два фенотипических класса в соотношении 9:7.

Впервые такого рода взаимодействие было обнаружено у душистого горошка. При скрещивании двух рас этого растения с белыми цветками у гибрида F1 цветки оказались пурпурными. При самоопылении растений F1, в F2 наблюдалось расщепление по окраске цветков в соотношении 9:7. Один фенотипический класс (9/16) имел такую же окраску цветков, как и у растений первого поколения (пурпурную), а второй (7/16) – белую окраску, такую же, как у родительских поколений.

С – ген, обусловливающий наличие антоцианового пигмента. с – ген отсутствия антоцианового пигмента.

Р – наличие фермента, придающего окраску. р – отсутствие фермента.

У каждой исходной расы душистого горошка имеется в гомозиготном состоянии лишь по одной из доминантных аллелей (ССрр и ссРР), которые при взаимодействии определяют развитие окраски. Поскольку у гибрида F1, присутствует доминантные аллели обоих генов (СсРр), цветки гибридных растений будут окрашенными. Во втором поколении происходит расщепление в отношении 9/16 С – Р - : 3/16 С – рр : 3/16 ссР - : I/I6 ссрр.

Каждый из генов в отдельности не может обусловить развитие окраски, так как она осуществляется лишь при наличии доминантных аллелей обоих генов. Поэтому растения с генотипами С – рр, ссР – и ссрр имеют белые цветки, а во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в отношении 9:7.

Это расщепление 9:7 есть видоизмененное расщепление 9:3:3:1, определяемое тем, что и доминантные и рецессивные гены не имеют самостоятельного фенотипического проявления.

Пример 3. Другой случай комплементарности рассмотреть на наследовании трех типов окраски шерсти у мышей: дикой или рыжевато-серой (агути), черной и белой. Окраска дикого типа зависит от наличия гена, определяющего развитие окраски, и от гена, обусловливающего распределение пигмента по длине волоса. Каждый волос у мышей агути имеет по длине кольцо желтого пигмента, а в основании и на конце волоска – черный пигмент. Такое зонарное распределение пигментов и создает окраску агути, свойственную диким грызунам (белка, кролик, морская свинка и др.). У черных мышей отсутствует зонарное распределение пигмента – волосы по всей длине окрашены равномерно.

Белые мыши с красной радужной оболочкой глаз, так называемые альбиносы, лишены пигмента. У диких предков домашних животных доминантные гены комплементарного действия поддерживались естественным отбором вместе, в одном генотипе. При одомашнивании с помощью скрещивания и искусственного отбора комплементарные гены разобщились.

Генотип АаВв разлагается селекционерами на генотип aaBB и Аавв. Поэтому при скрещивании и наблюдается иногда как бы возврат к признакам диких предков.

Окраска шерсти у мышей типа агути доминирует и над черной, и над белой (таблица 6). При скрещивании черных мышей с белыми все гибриды оказываются агути, а в F2 наблюдается расщепление в отношении 9/16 агути: 3/16 черных : 4/16 белых.

А - развитие пигмента а - отсутствие пигмента

В - отложение пигмента в форме желтых и черных колец, что обеспечивает серую окраску (агути).

в - равномерное распределение пигмента

Взятые в скрещивании мыши - альбиносы являются, очевидно, гомозиготными по рецессивной аллели гена окраски и доминантной аллели гена зонарного распределения пигмента (ааВВ), а черные мыши - гомозиготными по доминантной аллели гена окраски и рецессивной аллели гена распределения пигмента в волоске (ААвв). У гибридов F1(АаВв) вследствие взаимодействия доминантных аллелей обоих генов развивается окраска типа агути. Такая же окраска характерна и для 9/16 особей в F2 с генотипом А-В. Черными в F2 оказываются мыши, имеющие генотип А-вв, а белыми - все остальные (ааВ-и аавв) в силу отсутствия у них" гена А, определяющего образование пигмента. Ген В в отсутствие гена А не имеет собственного проявления.

Подобные примеры наследования известны и у растений (лук, кукуруза и др.), т.е. вариант комплементарного взаимодействия, когда один из двух генов неаллельных пар

имеет самостоятельное проявление, а действие другого может проявляться только в присутствии первого.

При этом у организма опять наблюдается новый признак.

При изучении комплементарного взаимодействия генов следует учитывать, что этот тип взаимодействия иллюстрирует один из путей возникновения комбинативной изменчивости и имеет отношение к широко используемому явлению гибридной мощности

- гетерозису.

Эпистаз

Используя таблицы, разобрать эпистатическое действие генов. Следует вспомнить, что доминирование есть подавление действия одной аллели другой аллелью, представляющих собой один ген: А > а, В > в, С > с и т.д. Эпистаз - взаимодействие, при котором аллель одного из генов подавляет действие аллелей других генов, например: А> В или B > А, а > B или в> А и т.д.

Эпистатическое взаимодействие генов по своему характеру противоположено комплементарному взаимодействию.

Гены, подавляющие действия других генов, называются супрессорами или ингибиторами. Они могут быть как доминантными, так и рецессивными. Генысупрессоры известны у животных (млекопитающие, птицы, насекомые) и у растений. Обычно они обозначаются J или Su в случае доминантного состояния генов и i или su – для их рецессивных аллелей (от английских слов inhibitor или suppressor). В настоящее время эпистаз делят на два типа: доминантный и рецессивный.

Под доминантным эпистазом понимают подавление доминантной аллелью одного гена действия аллельной пары другого гена.

Пример 1. Явление эпистаза было обнаружено при изучении наследования серой и вороной окраски у лошадей. (Таблица 7)

Скрещивание гомозиготной серой лошади с рыжей дает в F1 всех серых лошадей. Во втором поколении на каждые 16 лошадей в среднем появляются 12 серых, 3 вороных и 1 рыжая, что свидетельствует об явлении эпистаза. Аллель серой масти С обладает способностью перекрывать эффект других независимых генов окраски. Поэтому особи С - В - оказываются серыми. Когда аллель В находится ссВон освобождается от эпистаза со стороны С, лошадь приобретает вороную окраску. Двойной рециссив ссвв оказывается лошадью, которая имеет рыжую окраску.

С - серая окраска, подавляющая вороную; с - рыжая, не подавляющая; В - вороная;

в - рыжая,

12 серых, 3 вороных, 1 рыжая.

Пример 2. В том случае, когда признак, контролируемый эпистатическим геном, совпадает с особенностями двойного рецессива, в F2 возникает расщепление по фенотипу в отношении 13:3. Так, белая окраска леггорнов зависит от эпистатического гена J, а аналогичный признак у виандотов - от действия рецессивного аллеля с. (Таблица 8)

Скрещивание гомозиготных (CCJJ) белых леггорнов с гомозиготными белыми виандотами (ccii) дает дигетерозигот (CcJi), имеющих белую окраску. В потомстве гибридов F2. во втором поколении имеет меcто расщепление по окраске в отношении 13/16 белых : 3/16 окрашенных. Как можно объяснить полученное соотношение? Белых кур оказывается 13/16, из них 12/16 особей содержат ген C и J, 1/16 гомозигот по аллелю "с". 3/16 оказываются черными, ибо в их генотипе (C-ii ) нет эпистатического гена J , и здесь ген окраски (С) проявляет свое действие.

J - подавляет окраску;

i - не подавляет окраску; С - наличие пигмента; с - отсутствие пигмента.

Пример 3. Под рецессивным эпистазом понимают такой ген взаимодействия, когда рецессивная аллель одного гена, будучи в гомозиготном состоянии, не дает возможности проявиться доминантной или рецессивной аллелям других генов: AAii или aaii. (Таблица 9)

A - красная окраска луковицы; a - желтая;

J - не подавляет окраску; i - ген-подавитель.

9 красных; 4 белых; 3 желтых.

При скрещивании краснолуковичного растения с белолуковичным в F1 все особи имеют красную окраску, а во втором поколении F2 9/16 всех особей оказываются краснолуковичными (А-J- ), 4/16 - белыми (А-ii , ааii ) и 3/16 - желтые (ааJ- ). Эти результаты можно объяснить, предположив, что имеет место рецессивный эпистаз типа ii . При этом луковицы генотипа A-ii и aaii оказываются белыми потому, что ген i в гомозиготном состоянии, обуславливая отсутствие пигмента, препятствует тем самым проявлению гена окраски.

Бомбейский феномен

Так называемый, бомбейский феномен состоит в том, что в семье, где отец имел 1- ю группу крови, а мать – 3-ю, родилась девочка с 1-й группой крови. От брака ее с мужчиной, имеющего 2-ю группу крови, родились две девочки: одна с 4-й, а другая – с 1-й группой крови. Появление в третьем поколении девочки с 4-й группой крови от матери с 1-й группой вызвало недоумение. Однако, в литературе было описано еще несколько подобных случаев. По сообщению В. Маккьюсика (1967), некоторые генетики склонны объяснить это явление редким рецессивным эпистатическим геном, способным подавить действие генов, определяющих группу крови А и В.

Принимая эту гипотезу, определить:

а) вероятностные генотипы всех трех поколений, описанных в бомбейском феномене;

б) вероятность рождения детей с 1-й группой крови в семье первой дочери из третьего поколения, если она выйдет замуж за такого же по генотипу мужчину;

в) вероятность группы крови у детей в семье второй дочери из третьего поколения, если она выйдет замуж за мужчину с 4-й группой крови, но гетерозиготного по редкому эпистатическому гену.

Полимерия

Используя таблицы, разобрать явление взаимодействия генов – полимерию.

Врассмотренных до сих пор типах взаимодействия генов мы касались альтернативных, т.е. качественно различающихся, признаков. Такие же свойства организмов, как темп роста, живой вес животного, яйценоскость кур, скорость протекания биохимических реакций, свойства нервной деятельности, содержание витаминов в растениях и т.д., нельзя разложить на четкие фенотипические классы, их необходимо измерить, взвешивать, подсчитывать, т.е. оценивать в количественном выражении. Подобные признаки чаще всего называют количественными, или мерными, признаками. Каким же образом наследуются такие признаки?

Втом случае, когда один признак формируется под влиянием сразу нескольких равнозначных пар генов, говорят о явлении полимерии. Гены такого типа были названы полимерными, и, поскольку однозначно влияют на один и тот же признак, было принято обозначать их одной латинской буквой с указанием индекса для разных членов: A1, A2, A3

ит.д.

Пример 1. Изучение наследования полимерных признаков было начато в 1908 году шведским генетиком Г. Нильсоном-Эле. При скрещивании рас пшеницы с красными и белыми зернами в F2 он наблюдал расщепление в отношении 15 окрашенных и 1 белое. Окраска зерен из первой группы варьировала от темно-красных до бледно-красных. Анализ характера расщепления позволил установить, что в данном случае красную окраску зерен определяют доминантные аллели двух разных генов (A1A1A2A2).(Таблица 10) Сочетание их рецессивных аллелей в гомозиготном состоянии определяет отсутствие окраски (a1a1a2a2) Интенсивность окраски зерен зависит от числа доминантных генов, присутствующих в генотипе (чем их больше, тем интенсивнее окраска).

У человека пример полимерного наследования - рост, цвет кожи, одаренность. На рост человека влияет 10 пар неаллельных генов, доминантные гены обусловливают низкий рост; рецессивные -высокий рост. Таким образом, чем больше у человека рецессивных генов, тем выше рост.

Пример 2. Наследование цвета кожи исследовал на острове Ямайка Деверкорт. Он установил, что цвет кожи определяется двумя парами несцепленных неаллельных генов. Гены А1 и A2 обусловливают черный цвет, а1 и a2 - белый. При браке черной женщины с белым мужчиной - рождаются мулаты.

F1: А1a1A2a2

Мулат При браке мулатов возможны различные цветовые вариации кожи (черные,

темные, мулаты, светлые, белые). Чем больше в генотипе доминантных генов, тем цвет кожи темнее.

Изучение полимерных генов имеет не только теоретический интерес. Хозяйственно ценные признаки животных, растений, такие как жирномолочность коров, яйценоскость кур, длина колоса пшеницы, содержание сахара в корнеплодах свеклы и многие другие наследуются по типу полимерии.

Проявление полимерных признаков в очень большой степени определяется условиями развития организма (молочная продукция, длина шерсти овец, скорость роста свиней зависит от условий кормления и содержания животных).

Итак, были разобраны 3 типа взаимодействия генов: комплементарное, эпистатическое и полимерное. Все они видоизменяют классическую форму: 9:3:3:1, установленную Г. Менделем для дигибридного скрещивания. Все приведенные типы расщепления по фенотипу столь же закономерны, как 9:3:3:1. Они являются не

следствием нарушения генетического механизма расщепления, а результатом взаимодействия генов между собой в индивидуальном развитии.

В целом можно сказать, что каждая пара генов наследуется по законам Менделя. Общая картина расщепления и проявления признаков сложна.

Плейотропное действие генов

Рассмотреть плейотропное действие генов, при котором один ген может определять действие нескольких признаков. Плейотропное действие особенно ярко показывает, что геном - это не простой конгломерат генов, а целостная система, в которой ген испытывает влияние со стороны других генов и сам оказывает влияние на проявление других генов.

Впервые на явление плейотропии обратил внимание Г. Мендель. Он указал, что наличие красноокрашенных цветков, серой окраски кожуры семян и розовое пятно у основания листьев гороха зависит от одного наследственного фактора (гена).

Обнаружено, что у мухи дрозофилы ген белой окраски глаз одновременно оказывает действие на цвет тела и внутренних органов, длину крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни.

У мышей ген, вызывающий желтый пигмент, определяет ожирение и понижение жизнеспособности. У растений ген, определяющий красную окраску цветков, вызывает покраснение стебля, а ген, обусловливающий белые цветки, определяет зеленый стебель.

У человека известен доминантный ген, вызывающий характерную картину синдрома Марфана. Такие люди отличаются длительным ростом конечностей, особенно ног и пальцев рук (паучьи пальцы). Кроме того, этот же доминантный ген вызывает дефект в хрусталике глаза.

Другим примером плейотропного гена у человека служит мутация серповидной клеточной анемии. Ген, определяющий химическую структуру гемоглобина, определяет изменение формы эритроцитов и повышает устойчивость организма против малярийного плазмодия. Люди, гетерозиготные Аа, частично проявляют серповидную клеточность без нарушения транспорта кислорода и при этом обладают повышенной устойчивостью против малярийного паразита. Это явление было обнаружено в Средиземноморье.

Сиамские кошки часто косоглазы, имеют быстрые непроизвольные движения зрачка. У них часто имеется ген альбинизма, который отвечает и за нарушение нормальной деятельности нервной ткани, соединяющей глаз с мозгом. У людей альбиносов, у которых подобные дефекты зрения нередки, причина кроется в том же.

На примере плейотропного действия генов, особенно четко прослеживается коррелятивная связь признаков. Явление плейотропии приходится учитывать и селекционерам. В том случае, когда ген одновременно вызывает и полезные и вредные признаки, перед ними становится трудная задача выбора.

Таким образом, на основе изучения взаимодействия и множественного действия генов можно сделать вывод, что любой наследственный признак может определяться многими генами, точнее всем генотипом. Следовательно, генотип является не суммой, а сложной системой взаимодействующих генов.

Вопросы для обсуждения

1.Что такое взаимодействие генов?

2.В чем состоит принцип комплементарного взаимодействия генов? Почему в некоторых случаях наследование при дигибридном расщеплении отношение классов фенотипов имеет вид 9:7?

3.Почему при скрещивании черных и белых мышей могут появляться гибриды серого цвета, окраски агути? Когда возникает расщепление по формуле 9:3:4?

4.Что такое явление эпистаза? В каком случае возникает отношение фенотипов по формуле 12:3:1 и по формуле 13:3? Какие гены называются супрессорными?

5.Что такое полимерное наследование? Объясните расщепление по формуле 15:1 у овса. Все ли красные растения в этом случае имеют одинаковую интенсивность окраски? Опишите причины вариаций степени у разных форм.

6.Что такое плейотропия? Приведите примеры плейотропного действия генов у дрозофилы, гороха и человека.

Определение пола

Цель занятия: изучить наследование признаков, сцепленных с полом, зависимых от пола и ограниченных полом.

Задачи занятия:

1.Разобрать хромосомный механизм определения пола.

2.Определить роль условий внешней среды в определении пола.

3.Научиться решать задачи на сцепленное с полом наследование.

Оснащение: таблицы (определение пола по типу Protenor, определение пола по типу Lygaeus, наследование признаков, сцепленных с полом, окраска глаз у дрозофилы – опыты Т. Моргана, наследование гемофилии, наследование дальтонизма у человека).

Вопросы для подготовки

1.Изучить хромосомный механизм определения пола.

2.Выявить отличия типа Protenor и типа Lygaeus у животных.

3.Разобрать балансовую теорию определения пола.

4.Определить роль условий среды в определении пола.

5.Изучить наследование признаков, сцепленных с полом (работы Т. Моргана)

6.Наследование признаков, сцепленных с полом у человека (гемофилия, дальтонизм, ихтиоз и др.

7.Наследование признаков, зависимых от пола и ограниченных полом.

Хромосомный механизм определения пола

Пол - совокупность признаков и свойств в организме, обеспечивающих его участие в воспроизводстве потомства и передаче наследственной информации за счет образования гамет. Хромосомы, по которым различаются особи мужского и женского пола, получили название половые хромосомы (гетерохромосомы). Те половые хромосомы, которые являются парными у одного из полов, называются Х-хромосомами.

Непарная половая хромосома, имеющаяся только у особей одного пола, была названа У-хромосомой.

Хромосомы, по которым мужской и женский пол не различаются называются

аутосомами.

Пол, образующий одинаковые в отношении определения пола гаметы, называется

гомогаметным, а пол, образующий разные гаметы -гетерогаметным.

На фотокариограммах выбрать хромосомы равноплечие, неравноплечие, палочковидные, Х и у хромосомы и записать Денверскую систему хромосом.