Модуль Генетика

СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ.

Сцепленное наследование. Опыты Т.Моргана.

Сцепленное наследование признаков — вид наследования, при котором наследуемые признаки передаются поколению установленными группами, т.е. сцепленно. Это происходит в виду близкого расположения генов, несущих информацию о разных признаках, на одной из гомологичных хромосом, из-за чего не происходит их рекомбинации. Таким образом потомство наследует только те фенотипы, которые наблюдается у родительских организмов.

Это явление было описано Томасом Морганом в процессе его опыта по дигибридному скрещиванию дрозофил.

Родительские особи имели следующие фенотипы: короткие крылья с черным телом и нормальные крылья с серым телом. Гибриды первого поколения были единообразны, но при их последующем скрещивании между собой наблюдалось расщепление 3:1 вопреки ожидаемому 9:3:3:1. К тому же среди гибридов второго поколения имелись лишь особи с родительскими признаками, то есть рекомбинации не происходило.

Морган сделал вывод, что гены окраски тела и длины крыльев находятся в одной хромосоме, поэтому и наследуются сцепленно. Доказать это утверждение можно было с помощью анализирующего скрещивания. Однако в случае сцепленного наследования результаты различались. Это объясняется тем, что в сцепление генов (а следовательно и признаков) может быть полным и неполным.

Вслучае полного сцепления у дигетерозигот образуются гаметы только двух видов, что при анализирующем скрещивании дает в потомстве лишь два класса особей с родительскими фенотипами в соотношении

1:1.

Вслучае же неполного сцепления у дигетерозигот образуется 4 типа гамет в разном соотношении, что дает в потомстве 4 различных класса особей, среди которых численно преобладают особи с родительскими фенотипами (41,5% против 8,5%). Подобное происходит из-за рекомбинации генов, обеспечиваемой кроссинговером.

Цитологические основы сцепленного наследования.

Поскольку каждый организм имеет огромное количество феноти-

пипческих признаков и ограниченное число хромосом, логично

11

предположить, что каждая хромосома несет несколько генов, отвечающих за определенные признаки. Получается, что при наследовании хромосомы гены, расположенные на одной хромосоме, будут наследоваться совместно.

Понятие группы сцепления и сцепленных генов. Виды сцепления генов, примеры.

Группа сцепления — группа генов, локализованных на одной хромосоме на небольшом расстоянии друг от друга и наследуемые совместно.

Сцепленные гены — гены, входящие в группу сцепления. Сцепление генов может быть полным и неполным. При полном

сцеплении генов между генами одной группы сцепления рекомбинация невозможна. В противном случае говорят о неполном сцеплении.

Примеры сцепленного наследования у человека: наследование локуса группы крови AB0 и локуса синдрома дефектов ногтей и коленной чашечки, локуса резус-фактора и овальной формы эритроцитов, сцепление генов полидактилии и катаракты.

Понятие кроссинговера. Условия кроссинговера.

Кроссинговер — обмен соответствующими участками между гомологичными хромосомами при условии, что гены находятся в разных парах гомологичных хромосо на достаточном удалении друг от друга.

Основные процессы и механизмы кроссинговера.

После образования бивалентов происходит сближение соответствующих участков несестринских хроматид. Это обеспечивает возможность протекания кроссинговера.

Сначала происходит разрыв в идентичных участках несестринских хроматид без нарушения целостности гена, потом воссоединение концов в новой комбинации генов.

Значение кроссинговера для онто- и филогенеза.

Для онтогенеза:

один из механизмов комбинативной изменчивости приводит к образованию у потомства новых сочетаний признаков,

которых не было у родителей Для филогенеза:

один из механизмов формирования приспособленности видов

Генетические карты хромосом, принцип их составления.

Генетическая карта хромосомы — схема относительного расположения генов и других генетических элементов на одной хромосоме с

12

указанием расстояния между ними. Основой для определения расстояния между генами служит частота кроссинговера между ними. Вводится понятие морганиды.

1 морганида — расстояние между генами, при котором кроссинговер между ними происходит у 1% гамет. Частота кроссинговера между сцепленными генами не превышает 50%.

Хромосомная теория наследственности.

Основные носители генов — хромосомы. Набор генов в каждой негомологичной хромосоме уникален.

Гены на хромосомах расположены линейно в локусах. Соматическая клетка содержит в себе две дозы одного гена. Такие

гены названы аллельными (занимают два одинаковых локуса в гомологичных хромосомах и определяют одинаковые или разные состояния одного признака)

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления Сила сцепления обратно пропорциональна расстоянию между

генами. Это служит доказательством линейного расположения генов на хромосоме.

ГЕНЕТИКА ПОЛА.

Прогамный, сингнамный и эпигамный механизм определения пола.

Прогамное определение пола осуществляется до оплодотворения

впроцессе оогенеза, и пол определяется свойствами яйцеклетки, прогамное определение пола встречается у небольшого числа животных, например, у коловраток. У этих животных происходит образование двух типов яйцеклеток: более крупных диплоидных и мелких гаплоидных. Из первых развиваются самки, а из вторых — самцы. Таким образом пол будущей особи детерминирован до оплодотворения.

Сингамное определение пола происходит в момент слияния гамет

впроцессе оплодотворения и определяется гоносомами. Внешняя среда не способна изменить пол зиготы. Этот тип детерминации пола характерен для человека.

Эпигамное определение пола зависит от воздействия внешних факторов. В большинстве случае большую роль играет температура. К

13

температурозависимым относятся рептилии (все крокодилы, большинство черепах, некоторые ящерицы). Температурная зависимость вызвана синтезом в организме различных ферментов (происходит после оплодотворения). Так при повышенной температуре развитие самцов в яйцах крокодилов не происходит, формируются исключительно самки.

Хромосомный уровень определения пола. Гомо- и гетерогаметный пол, примеры. Виды гетерогаметного пола, кариотипы, примеры.

Хромосомный уровень определения пола обусловлен взаимодействием особых хромосом — гоносом. Этот факт легко подтверждается соотношением числа особей мужского и женского полов у млекопитающих, которое составляет 1:1, что означает формирование двух типов гамет. Таким образом на хромосомном уровне возможны два типа пола: гомогаметный и гетерогаметный.

Гомогаметный пол – это пол организма, образующий гаметы одного вида по половым хромосомам.

Гетерогаметный пол – это пол организма, образующий два сорта гамет по половым хромосомам.

У млекопитающих, червей, дрозофилы, ракообразных, большинства земноводных гомогамтным является женский пол, а мужской – гетерогаметным. У птиц, пресмыкающихся, некоторых членистоногих гетерогаметным является женский, а мужской гомогаметным.

В первом случае (у человека) мужской организм будет формировать два типа гамет: первый, содержащий гаплоидный набор аутосом и Х хромосому, и второй, содержащий гаплоидный набор аутосом и Y хромосому. Женский же организм будет образовывать только один тип гамет (гаплоидный набор аутосом и X хромосома).

Существует два вида гетерогаметного пола. Тип Х0 (Protenor) встречается у некоторых членистоногих. У самки в кариотипе две X хромосомы, а у самца только одна. Тип XY (Ligaeus) встречается у большинства организмов, дрозофилы и человека. У самки в кариотипе две X хромосомы, у самца гоносомы разные X и У. Для типа Ligaeus пол организма определяется при оплодотворении и зависит от хромосомного набора зиготы, а именно о наличия или отсутствия У хромосомы. При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом с X хромосомой образуется женская зигота с кариотипом 46, XX. При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом с Y хромосомой образуется мужская зигота с кариотипом 46, XY.

14

Пол определяется гетерогаметным мужским полом и наследуется как менделирующий (то есть наследуемый по законам Менделя) признак. У самок млекопитающих и человека происходит инактивация одной из двух Y хромосом. Эта хромосома гетерохроматизирутся, перестает работать и выявляется в ядре как особая глыбка хроматина – тельце Барра.

Задача инактивации в уменьшении дозы генов. Выбор инактивируемой хромосомы случаен.

Цитологический параметр Х хромосомы человека. Примеры нормальных и патологических генов Х хромосомы.

Х хромосома имеет абсолютный размер 6,8 мкм, состоит из 165 млн пн, субметацентрическая, центромерный индекс (ЦИ) 39%, сходна с хромосомами группы С(6,7 хромосомами; содержит более 1100 генов, из них 300 не имеют аллелей в У хромосоме. Напроимер Гены фермента глю- козо-6-фосфат-дегидрогенезы(Г-6ФДГ), скорость свертывания крови (нормальной и пониженной), цветоощущения (нормального и дальтонизма), ихтиоза (заболевания кожи - чешуйчатость, пятнистость и утолщение)

Цитологические параметры У хромосомы человека. Примеры нормальных и патологических генов.

Y хромосома человека мелкая, абсолютные размеры 2,8 мкм, содержит около 60 млн пн; в ней находятся около 90 функциональных генов, из них почти половина вовлечена в определение мужского пола и процесс сперматогенеза. 56 генов имеют аллели и Х хромосоме, остальные – голандрические (только в У хромосоме). Y хромосома резко акроцентрическая, ЦИ 18%; сходна с хромосомами группы. Примеры голандрических генов человека: SRY (ген развития семенников), ген гипертрихоза (оволосение ушных раковин и средних фаланг пальцев кисти), перепонок между пальцами ног.

Гонадный уровень определения пола, роль генетических продуктов гена SRY. Соотношение полов у человека в различные периоды онтогенеза

Гонадное определение пола заключается в определении принадлежности организма к какому-либо полу по типу гонад (половых органов), развивающихся у этого организма. Проблема заключается в том, что ранние стадии XX- и XY-эмбрионов совершенно идентичны: у обоих присутствует Мюллеров проток (зачаток фаллопиевых труб и матки) и Вольфов

15

канал (зачаток семяпровода).Механизм же конечного определения пола в данном случае заключается в реализации гена SRY, расположенного на негомологичном участке Y-хромосомы.

Вмомент реализации гена начинается синтез белка TDF, который стимулирует синтез двух гормонов: первый инактивирует развитие Мюллерова протока, второй запускает развитие семенников.

Вслучае женского орагнизма ген SRY отсутствует, что делает невозможным синтез TDF. В таком случае происходит развитие яичников и инволюция семенников.

Отношение мужских и женских полов только на теории соответствует 1:1.

Учеловека на различных этапах онтогенеза соотношение полов меняется, различают 3 вида соотношения полов Первичное соотношение определяется в момент оплодотворения и составляет на 100 женских зигот 114 мужских.

Вторичное определяется при рождении на 100 девочек 107 мальчиков Третичное совпадет с началом репродуктивного периода на 100

девочек 100 юношей. Мужских зигот образуется больше, так как сперматозоид с Y чаще участвует в оплодотворении, поскольку он подвижнее и быстрее. Высокую смертность мужских зигот и плодов связывают с генетическими причинами, а именно, проявлением у них вредных рецессивных аллелей X хромосом даже в единственной дозе. Высокая интенсивность гибели мужчин в постнатальный период кроме генетических факторов определяется еще и социальными.

Цитологические основы опытов Т. Моргана по изучению наследования признаков, сцепленных с полом.

Морган использовал гибриологический метод. 1-й эксперимент при скрещивании гомозиготной красноглазой самки дрозофилы с гомозиготным белоглазым самцом все гибриды первого поколения имели красный цвет глаз. Следовательно красный цвет глаз явлвялся доминантным , белый рецесивным признаком. В первом поколении проявлялись особи с красным и белым цветом глаз в отношении 3:1. Среди гибридов второго поколения белоглазыми оказались только самцы. 2-й эксперимент Морган провел обратное(реципрокное) скрещивание: скрестил гомозиготную белоглазую самку с гомозиготным красноглазым самцом. Уже в первом поколении произошло расщепление 1 к 1, все самки имели красный цвет глаз, самцы – белый цвет от матери. Данное наследование носит название

16

крисс – кросс (сцепленное с полом наследование с передачей признаков «накрест»). При скрещивании гибридов первого поколения во втором поколении наблюдалось расщепление по цвету глаз в отношении 1 к 1 как у самцов, так и у самок. Значит наследование цвета глаз дрозофилы зависит от того, кто из родителей имеет доминантный признак – самец или самка. Морган объяснил наследование цвета глаз локализацией гена в Х хромосоме и отсутствием в У хромосоме аллельного ему гена. Поэтому у самцов единственный рецессивный ген проявился в признак. Генотип, при котором у особей имеется ген в единственном числе, а не в форме аллелей,

называется гемизиготным

Понятие и характеристика доминантного, сцепленного с X хромосомой типа наследования.

При данном типе наследования, ген, контролирующий развитие признака, является доминантным и локализован в негомологичном районе Х хромосомы. Могут наследоваться в негомологичном районе Х хромосомы. Характеристика: у мужчин признак (болезнь) проявляется в 2 раза чаще, гетерозиготные женщины болеют легче, чем мужчины. От отца ген наследуют только дочери. От матери ген равновероятно передается потокам обоих полов. В родословной болезнь прослеживается по вертикали. Также в родословных деревьях один из родителей обязательно болен, при чем больных женщин в 2 раза больше больных мужчин. По этому типу наследуется витамин-D устойчивый рахит, коричневая эмаль зубов, аномалии волосяных фолликулов, хроническая гемолитическая анемия – фавизм.

Понятие и характеристика рецессивного, сцепленного с Х хромосомой типа наследования.

При данном типе наследовании, ген, контролирующий развитие признака, рецессивен и локализован в негомологичном районе Х хромосомы. Могут наследоваться как нормальные, так и патологические признаки. У мужчин признак (болезнь) проявляется в гемизиготном состоянии -XaYу женщин в рецессивном гомозиготном XaXa; чаще болеют мужчины, а женщины являются носителями. У больных мужчин все без исключения дочери будут носительницами. У гетерозиготных женщин 50% сыновей больны. Больной мужчина рождается от гетерозиготной матери.

Для схем родословных характерно появление больных детей у здоровых родителей. Проявление признака наблюдается в основном у

17

мужчин (женщина больна только при наличии гетерозиготного отца и ма- тери-носительницы гена). Болезнь прослеживается по горизонтали. Сын никогда не наследует признак отца.

Признаки, наследуемые таким образом: гемофилия A и B, неполный дальтонизм, почечный несахарный диабет, некоторые формы ихтиоза, мышечная дистрофия Беккера и Дюшена.

Понятие и характеристика сцепленного с Y хромосомой типа наследования.

При данном типе наследования ген, определяющий признак, локализован в негомологичном районе Y хромосомы. Признак наследуют только мужчины по линии отца - XaY; прямая передача гена от отца всем сыновьям. В родословных схемах признак наследуется по вертикали, отец больного ребенка всегда болен.

Так наследуются гипертрихоз, перепончатость пальцев ног, синдактилия, ихтиоз (сильное ороговение эпидермиса).

Понятие и характеристика частичного сцепления с полом наследования.

При частичном сцепленном с полом наследовании гены, определяющие признак, локализованы в гомологичных районах Х и У хромосом. Мужчины и женщины наследуют признак одинаково часто. Передача признака потомкам от пола не зависит.

Так наследуются полная цветовая слепота, пигментный ретинит, синдром Альпорта.

Понятие и примеры признаков человека, зависимых от пола.

Признаки контролирующие генами аутосом, но их экспрессивность зависит от пола, то есть контролируется половыми гормонами с периода полового созревания. Примерами таких признаков у мужчин являются: низкий тембр голоса, раннее облысение; у женщин – мигрень, подагра.

18

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ. ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

Понятие доминантного и рецессивного аллеля. Взаимодействие аллельных генов.

При подверженности генного материала действиям внешних условий или ввиду самостоятельных изменений постоянно возникают разнообразные варианты одного и того же гена — аллели. При оплодотворении гаметы не обязаны нести одинаковые аллели, что приводит к наличию в геноме одной особи разных аллелей гомологичных участков хромосом. Возникает вопрос: а как они взаимодействуют между собой?

Доминирование — это такое взаимодействие аллельных генов, при котором проявление одного из аллелей не зависит от присутствия в генотипе другого аллеля и гетерозиготы фенотипически не отличаются от гомозигот по этому аллелю. Соотвественно, такой аллель будет называться доминантным.

Для реализации рецессивного аллеля необходимо наличие второго рецессивного аллеля в генотипе.

Такой тип взаимодействия можно рассматривать при развити у человека группы крови по системе AB0. Аллели IA и IB по отношению к I0 являются доминантными.

Неполное доминирование, его характеристика. Примеры.

В случае, когда фенотип гетерозигот отличается от генотипа гомозигот по обоим аллелям промежуточным проявлением признака, речь идет о неполном доминировании. Это обусловлено двойной дозой доминатного аллеля у гомозигот, что обеспечивает большую эксперссивность гена. Такое взаимодействие наблюдается у гомозигот по гену серповидности эритроцитов (не доживают до взрослого возраста). Гетерозиготы в таком случае являются нормальными людьми, хотя и испытывают кислородную недостаточность в большей мере, нежели гомозиготы по дикому гену (наиболее часто встречающийся в популяции).

Кодоминирование. Его характеристика. Понятие множественных аллелей, причины возникновения, примеры.

Кодоминирование — тип взаимодействия аллельных генов, при котором каждый из аллелей проявляет свое действие. В результате

19

происходит формирование некоего промежуточного варианта признака, формируемого специфическим вариантом взаимодействия аллелей. Пример: формирование IV группы крови у человека (IAIB).

Аллельное исключение, его характеристика. Примеры.

Аллельное исключение — это такой вид взаимодействия аллельных генов в генотипе организма, который можно поняти на примере механизма инактивации одной из X-хромосом у особей гомогаметного пола, приводящего в соответствие дозы X-генов у всех представителей вида. Этот механизм (выбор инактивируемой хромосомы случаен) приводит к проявлению в разных клетках тела разных аллелей. Аллельное исключение наблюдается реже в B-лимоцитах, синтезирующих специфичные антитела к определенным антигенам.

Сверхдоминирование, его характеристика и биологическое значение.

Сверхдоминирование — это явление преимущества класса гетерозигот по сравнению с возможными, для данного гена и аллелей, классами гомозигот. Преимущество связано с биохимическими особенностями. Так, в человеческих сообществах, живущих в зонах распространения малярии наиболее встречаемый генотип — это гетезиготы по серповидности эритроцитов. Гомозиготы в таких областях имеют наибольшую вероятность гибели или от малярии, или анемии, в то время как гетерозиготы устойчивы к обоим заболеваниям.

Виды взаимодействия неаллельных генов. Полимерия. Примеры.

Большинство признаков человека, отличающих его от других представителей своего вида, являются результатом взаимодействия не одной единственной аллельной пары, а нескольких неаллельных генов. Поэтому такие признаки называют сложными. Напимер, четвертиченая структура белка может содержать несколько различных цепей, синтезирующихся на разных матричных участках ДНК.

Большинство количественных признаков организмов определяется полигенами, то есть системой неаллельных генов. Взаимодействие таких генов в процессе онтогенеаза называется полимерией. Выраженность признака зависит от дозы соответствующих аллелей.

Таким образом определяется окраска интенсивность окраски кожных покровов, зависящая от уровня отложения в клетках пигмента меланина. В геноме человека представлены четыре гена, отвечающих за этот признак. Поэтому 8 доминантных аллелей у африканских негров, а 8 рецессивных аллелей — европеоиды.

Также определяются рост, вес, возможно, интеллект.

20