Volkova EM Kaspirovich DA Genetika s osnovami biometrii EUMK

Генетика с основами биометрии

Таблица 1 – Наследование признака при вторичном нерасхождении половых хромосом у дрозофилы

дрозофилыÏолесÃÓ, меняется на пр тивоположный, когда гетерогаметным полом являются женский. Например, у птиц, бабочек и некоторых рыб именно самки гемизиготны по сцепленным с полом признакам, и они передают гены, определяющие такие признаки, только своим сыновьям, тогда как самцы передают соответствующие гены как сыновьям, так и дочерям (рисунок 11 и

12).

Ген рябой окраски (В) доминантен по отношению к гладкой окраске (b). У кур самки гетерогаметны, следовательно, куры передают Х-хромосому только сыновьям, а дочери получают Х-хромосому от отца. В результате дочери имеют рецессивный фенотип, унаследованный от отца, а сыновья – доминантный фенотип матери.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓРисунок 11 – Сцепленное полом на ледование у кур; скрещивание рябой курицы гладким петухом

Рисунок 12 – Сцепленное с полом наследование у кур: скрещивание гладкой курицы с рябым петухом

Все сыновья и дочери наследуют доминантный фенотип отца.

Генетика с основами биометрии

3.4 СЦЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ И КРОССИНГОВЕР

ПЛАН

1.Генетическое доказательство сцепленного наследования.

2.Кроссинговер. Типы кроссинговера. Факторы, влияющие на кроссинговер.

3.Генетические карты хромосом. Трехфакторное скрещивание.

4.Понятие об интерференции и коинцинденции.

1.ÏолесÃÓГенетическое доказательство сцепленного наследования

Хромосомная теория наследственности – теория, согласно которой передача наследственной информации в ряду поколений связана с передачей хромосом, в которых в определѐнной и линейной последовательности расположены гены. Эта теория сформулирована в начале XX века. Основной вклад в ее создание внесли американский цитолог У. Сеттон, немецкий эмбриолог Т. Бовери и американ кий генетик Т. Морган со своими сотрудниками К. Бриджесом, А. Стертевантом и Г. Меллером.

В 1902-1903 гг. У. Сеттон и Т. Бовери незави имо друг от друга выявили параллелизм в поведении м нд л в ких факторов на ледственности (генов) и хромосом. Эти наблюдения позволили пр дположить, что гены расположены в хромосомах. Экспериментальное доказат льство локализации генов в хромосомах было по уч но поздн Т. Морганом и его сотрудниками, которые работали с п одовой мушкой Drosophila melanogaster. Начиная с 1911 г. эта группа пытным путем доказа а, что гены располагаются в хромосомах линейно. Что нах дящиеся на дной хромосоме гены наследуются сцепленно. Что сцепленн е нас ед вание может нарушаться за счет кроссинговера.

Т. М рган в К лумбийском университете начал использовать для генетических эксперимент в плодовую мушку Drosophila melanogaster. Многочисленные мутации, проявившиеся при лабораторном разведении дрозофилы, позволили в первую очередь обнаружить гены, наследовавшиеся «сцепленно». Первой описанной мутацией стала мутация w (white – белый), которая обуславливала белый цвет глаз у мушки дрозофилы (рисунок 1).

Публикация об этой мутации появилась в 1910 г. В ней Морган указывает, что характер наследования мутации w совпадает наследованием хромосом, определяющих пол у дрозофилы. Вскоре были описаны еще две сцепленных с полом мутации, и при изучении их совместного наследования Морган пришел к заключению, что гены должны быть организованы на хромосоме линейно, и их сцепленное наследование может нарушаться из-за кроссинговера.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓРисунок 1 – Сцепленное с полом на ледование мутации белых глаз w y

Drosophila melanogaster

В 1913 г. Альфред Стерт вант, уч ник Моргана, располагает шесть сцепленных с по ом г нов на п рвой г нетической карте в порядке, соответствующем тому, наско ько часто мутации этих генов наследуются совместно. Одно из самых э егантных доказательств связи между генами и хромосомами п лучил друг й ученик Моргана, Кэлвин Бриджес – соотнес редкие случаи иск ючений при нас едовании мутаций, сцепленных с полом, с неправильным расх ждением Х-хромосом при мейозе у самок дрозофилы. Он описал сам к др з филы c ан мальным кариотипом XXY вместо нормального XX, при эт м по сцепленным с полом признакам они являлись полными копиями своих матерей, что говорило том, что обе Х-хромосомы были унаследованы от матери (рисунок 2).

Все эксперименты по скрещиванию были подкреплены цитологическими наблюдениями.

Рисунок 2 – Самка и самец дрозофилы

Генетика с основами биометрии

Т. Морган в дальнейшем приступил к экспериментам по изучению сцепления генов (рисунок 3). Скрещивая дрозофил с серым тельцем (b+) и нормальными крыльями (vg+) и имеющих темную окраску тела (b) и зачаточные крылья (vg). В первом поколении были получены гибриды,

имеющие серое тело и нормальные крылья, они все были гетерозиготами (vg+ vg b+ b).

аллели vg+ и b б значены буквами А и В, а рецессивные vg и b – a и b соответственно)

Далее Т. М рган для п лучения потомства второго поколения провел два анализирующих скрещивания, которые позволили определить, сколько и какие типы гамет образует гетерозигота в ходе мейоза. Первое скрещивание с

гетерозиготным самцом, а второе гетерозиготной самкой. В результате

скрещивания было получено два класса потомства родительских типов (Aa и aabb). Отсюда следует, что у самца в ходе мейоза образуется только два типа гамет – AB и ab (вместо четырех возможных (АВ, Аb, aB, ab)).

РисунÏолесÃÓк 3 – Схема п учения потомства F1 в опытах Т. Моргана (доминантные

Проанализировав результаты скрещивания Т. Морган, пришел к следующему: гены А и В (и, соответственно, а и b) ведут себя как абсолютно слепленные между собой. Следуя из этого Т. Морган, сделал вывод, что гены, обуславливающие развитие серой окраски тела и длинных крыльев, локализованных в одной из гомологичных хромосом, а гены, обуславливающие развитие черной окраски тела и зачаточных крыльев в другой. Такое явление совместного наследования признаков Т. Морган назвал

Генетика с основами биометрии

сцеплением. Хромосома является материальной основой сцепления генов. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно и образуют одну группу сцепления.

Основные положения хромосомной теории наследственности:

гены находятся в хромосомах;

гены расположены в хромосоме в линейной последовательности;

различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных

хромосомах;ÏолесÃÓгены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть

наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида;

сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна ра тоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находит я в обратной зависимости от расстояния между генами);

каждый биологич ский вид характеризуется определенным набором хромосом – кариотипом.

2. Кроссинговер. Типы кроссингов ра. Факторы, влияющие на кроссинговер

Важнейшей зас угой Т. Моргана явилось то, что он первым связал перекомбинацию ген в нах дящихся на хромосоме генов с физическим обменом участками г м гичных хромосом – кроссинговером.

Кроссинг вер – это обмен гомологичными участками между гомологичными хр м мами (хроматидами) в ходе профазы I мейоза.

Для б значения част ты кроссинговера была предложена мерная единица – морганида (в честь Т. Моргана), равная 1% кроссинговера (в современном обозначении – это 1см).

Т. Морган допускал, что в кроссинговере могут одновременно участвовать несколько хроматид, в зависимости от этого обмены бывают двух-, трех- и четыреххроматидные (рисунок 4). Участие в кроссинговере той или иной хроматиды из пары гомологических хромосом является случайным.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓРисунок 4 – Типы хроматидных обменов

Перекресты между хроматидами гомологических хромосом может происходить одновременно в не кольких точках (рисунок 5). Кроссинговер бывает одиночным, двойным, тройным и множе твенным. В зависимости от того в скольких местах он происходит.

Рисунок 5 – Типы кроссинговера

Неравный кроссинговер – кроссинговер, в результате которого образуются сестринские кроссоверные хроматиды, различающиеся по количеству заключенного в них генетического материала.

При неравном кроссинговере наблюдается разрывы в несимметричных точках, и хроматиды обмениватся неравными участками (рисунок 6).

Впервые это явление было изучено А. Стертевантом в 1925 г. на примере гена Bar (В – полосковидные глаза), локализованного в Х-хромосоме

D. melanogaster.

Генетика с основами биометрии

ÏолесÃÓРисунок 6 – Схема кроссинговера: А – норма; В – неравный кроссинговер с

образованием хромосом с дупликацией и делецией соответственно

Неравный кроссинговер связан с дупликацией какого-либо участка в одном из гомологов и с утратой его в другом гомологе. Обнаружено, что ген В может присутствовать в виде тандемных, т.е. ледующих друг за другом, повторов, состоящих из двух и даже трех копий. Цитологический анализ подтвердил предположение о том, что неравный кроссинговер может вести к тандемным дупликациям. В области, оотв т твующей локализации гена В, на препаратах политенных хромо ом отм ч но увеличение числа дисков, пропорциональное дозе г на. Пр дполага тся, что в эволюции неравный кроссинговер стиму иру т создание танд мных дупликаций различных последовательностей и испо ьзование их в качестве сырого генетического материала для формирования новых генов и новых регуляционных систем.

В редких учаях кр ссинговер может происходить в ходе обычного митотическ го цик а в с матических клетках. В связи с этим он получил название мит тическ го (с матического) кроссинговера. Митотический кроссинговер – редк е явление, которое отрыто К. Штерном в 1936 г. при исследовании сам к др з фил, гетерозиготных по рецессивным мутациям двух локусов Х-хромосомы – y (yellow) – желтое тело и sn (singed) опаленные щетинки (рисунок 7). Одна Х-хромосома несла в двух локусах аллели y sn+, а другая – у+ sn. Такие гетерозиготные мухи должны быть серого цвета и иметь нормальные щетинки. Однако, К. Штерн обнаружил на теле дрозофил одновременно по два рядом расположенных участка, один из которых имел желтую окраску (y) и нормальные щетинки (sn+), а другой – серую окраску (у+) и опаленные щетинки (sn).

Генетика с основами биометрии

глаза). ÏолесÃÓРисунок 8 – Заболевание глаза – ретинобластома

Рисунок 7 – Схема митотического кроссинговера: а – без кроссинговера; б – с

кроссинговером

Митотический кроссинговер, возникнувший у человека, может

приводить к появлению клеток, эк пре ирующих рецессивные

проонкогенные мутации, предрасполагая к развитию рака. С другой стороны, клетка может стать и гомозиготным мутантом по гену-супрессору опухолевого роста, что прив д т к тому же амому результату

Примером митотич ского кроссинговера является возникновение онкологического забо евания г аз у ч ов ка (рисунок 8) – в детском возрасте в результате мутации и и кроссингов ра в одном из ретинобластов (клеток эмбриональн й ткани, к т рые в последствии образуют ретину – сетчатку

Частота красинговера зависит от множества факторов как генетической так и негенетической природы:

гомо- и гетерогаметный пол. Это отмечено у мышей и кур. Так, например, у мышей частота кроссинговера снижена у самцов, а у кур – у самок. У дрозофилы и тутового шелкопряда, наоборот, кроссинговер имеет место только у гомогамного пола, а у гетерогамного (самцов дрозофилы и

Генетика с основами биометрии

самок тутового шелкопряда) мейотический кроссинговер отсутствует как в половых хромосомах, так и в аутосомных;

структура хромосом. Снижают частоту хромосомные перестройки, вставки, выпадения участков, т.е все то, что снижает гомологию хромосом;

функциональное состояние организма. По мере увеличения возраста меняется степень спирализации хромосом и скорость клеточного деления;

состояние спирализации хромосом. Усиление спирализации сокращает расстояние между генами и увеличивает силу сцепления между

радиации и концентрированных растворов солей, химические мутагены, лекарства и гормоны обычно повышают частоту кроссинговера.

Биологическое значение кроссинговера чрезвычайно велико, поскольку генетическая рекомбинация позволяет создавать новые, ранее не существовавшие комбинации генов и тем самым повышать наследственную изменчивость, которая дает широкие возможно ти адаптации организма в

различных условиях среды.

ÏолесÃÓэкзогенные факторы: воздействие температуры, ионизирующей

3. Генетические карты хромо ом. Тр хфакторное скрещивание

В результате последоват льного изуч ния взаиморасположения генов по

величине перекреста между ними д я каждой пары гомологичных хромосом составляют генетические карты хромосом.

Генетические карты – схемы, взаимного расположения генов,

находящихся в дн й группе сцеп ения.

В наст ящее время генетические карты составлены для дрозофилы, кукурузы, п мид р в и нек торых других видов организмов. Наличие генетическ й карты свидетельствует о высокой степени изученности данного

организма.

Молодой сотрудник Т. Моргана А. Ст ртевант, рассудил, что если частота кроссинговера между генами низкая, то их можно разместить на генетической карте близко друг от друга, а если высокая – далеко друг от друга. Был взят за точку отсчета ген y (yellow) – желтое тело. Он изучал частоту кроссинговера между этим геном и другими генами: w(white) – белые глаза, v (vermilion) – киноварный цвет глаз, m(miniature) – миниатюрные крылья, r (rudimentary) – рудиментарные крылья. А. Сергевант предложил проводить дигибридное анализирующее скрещивание, где самка является дигетерозиготной по анализируемым признакам, а самец – рецессивной гомозиготой. В скрещивании YyWw yyww было получено 4 класса потомства (2 кроссоверных и 2 некроссоверных) в следующем количественном

соотношении: