Лекція 2. Причини відхилень від менделівських закономірностей
План
1. Полігенний характер успадковування (взаємодія неалельних генів).
2. Зчеплене успадковування.
3. Летальність певних генотипів.
4. Неповна пенетрантність або експресивність гена.
1. ВЗАЄМОДІЯ НЕАЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ
Існує декілька типів взаємодії неалельних генів:
- комплементарність: поєднання домінантних алелей двох різних генів (генотип А?В?) дає новий фенотип. Наприклад, при схрещуванні двох білих форм курей з’являється потомство з іншим забарвленням (для синтезу пігменту потрібні обидва білки, що кодуються генами А і В). Співвідношення фенотипів у гібридів другого покоління 9:7;
- епістаз: пригнічення дії одного гена іншим, неалельним. Так, у інших порід білих курей особини із забарвленим пір’ям з’являються при поєднання домінантної алелі одного гена і гомозиготного рецесивного генотипу за іншим геном. Співвідношення фенотипів у другому поколінні 13:3;
- полімерія: ознака викликається дією декількох генів. Ці гени позначаються однаковими літерами з індексами (наприклад, А1А1А2А2А3А3). Так успадковуються кількісні ознаки, пігментація у чорношкірих людей (визначається 3-4 парами неалельних генів). При полімерії дія генів може бути тотожною, тобто навіть однієї домінантної алелі будь-якого з цих (генотип А1а1а2а2а3а3) достатньо для формування максимального рівня ознаки. В інших випадках сила проявлення ознаки залежить від співвідношення кількості домінантних і рецесивних алелей.
Деякі ознаки характеризуються складними закономірностями успадковування. Це мультифакторіальні ознаки, які визначаються цілим комплексом біохімічних процесів, і, отже, залежать як від дії багатьох генів, так і від впливу середовища. Закони Менделя для мультифакторіальних ознак не виконуються.
Інколи формування ознаки може бути викликано декількома незалежними один від одного генами, кожний з яких успадковується за менделівськими закономірностями. Таким чином виникають генокопії – подібні фенотипи, сформовані під контролем різних генів. Крім того, можливі фенокопії – фенотипи, подібні до результату реалізації певних генів, які насправді обумовлені дією факторів середовища.
2. ЗЧЕПЛЕННЯ ОЗНАК
При аналізі потомства від ди- або полігібридного схрещування в деяких випадках виявляється, що розщеплення за генотипом не відповідає третьому закону Г.Менделя: набагато зменшена кількість особин, у яких ознаки батьків перекомбіновані (при генотипах батьків ААВВ і аавв – генотипів потомків А?вв і ааВ?). Це вказує на неоднакову частоту утворення гамет з можливими за теорією імовірності комбінаціями генів. Подібне успадковування було названо зчепленим, вперше воно було докладно вивчено Т.Морганом із співробітниками, які встановили, що зчеплення ознак відбувається в тому випадку, коли контролюючі їх гени розташовані в одній хромосомі. Кожна хромосома утворює так звану групу зчеплення. Перекомбінування зчеплених ознак можливе внаслідок кросинговеру. Чим далі один від одного розташовані гени на хромосомі, тим частіше вони можуть розділятись по різним гаметам внаслідок кросинговеру. Отже, саме вивчення закономірностей зчепленого успадковування було першим методом картування хромосом (визначення місця розташування на них окремих генів).
Особливе значення має зчеплення зі статтю. У людини жіноча стать є гомогаметною, тобто має тільки один різновид статевих хромосом (каріотип ХХ), чоловіча стать – гетерогаметна (каріотип ХY). Отже, у чоловіків гени Х-хромосоми знаходяться в гемізиготному стані, в результаті будь-який ген, домінантний або рецесивний, проявляється у фенотипі.
У жінок особливості формування ознак, контрольованих генами Х-хромосоми, визначаються явищем компенсації доз, яке обумовлене інактивуванням однієї із статевих хромосом. Інактивована Х-хромосома в період інтерфази зберігає спіралізований стан, утворюючи забарвлюване тільце, яке знаходиться на периферії ядра клітини (тільце Барра або тільце статевого хроматину). При геномних мутаціях, пов’язаних зі зміною кількості Х-хромосом, відповідно, змінюється і кількість тілець Барра – інактивації підлягають всі Х-хромосоми, крім однієї. Інактивація Х-хромосом відбувається в ранньому ембріогенезі, коли кількість клітин зародка вже більше сотні. Оскільки вибір тієї хромосоми, що буде активною, випадковий і незалежний для різних клітин, жіночий організм є мозаїчним за генами Х-хромосоми, що знаходяться в гетерозиготному стані.
Аналізуючи зчеплені зі статтю ознаки, слід зробити важливе уточнення: те, що ознака проявляється по-різному у чоловіків і жінок, ще не говорить про те, що відповідний ген розташований в Х-хромосомі. Ознаки, прояв яких пов’язаний зі статтю, можуть бути розділені на три групи:
1. Ознаки, зчеплені зі статтю, – контролюються генами Х-хромосоми.
2. Ознаки, залежні від статі, – контролюються генами аутосом, але їх проявлення залежить від статі, як правило, це обумовлено рівнем статевих гормонів. Прикладом можуть бути подагра, облисіння, які більшою мірою властиві чоловікам.
3. Ознаки, обмежені статтю, - можуть проявлятись тільки в осіб однієї статі, хоча відповідні гени наявні як у чоловічому, так і у жіночому фенотипі. Прикладом можуть бути спадково обумовлені особливості вторинних статевих ознак.
Розглянемо приклад розв'язання задачі.
Задача 1. Яким буде потомство жінки, гетерозиготної за геном гемофілії (Х-зчеплена рецесивна хвороба), і здорового чоловіка.
Особливості запису генотипу чоловіка обумовлені тим, що у чоловічої статі тільки одна Х-хромосома, а друга, Y-хромосома, не містить відповідного гена.
3. ЛЕТАЛЬНА ДІЯ ГЕНІВ
При летальній дії генів, як правило, спостерігається загибель гомозигот, що може відбуватись у внутрішньоутробному періоді. Якщо летальним є рецесивний ген, то в другому поколінні гібридів буде проявлятись тільки домінантна ознака. Якщо ж летальний ген домінантний, то буде відбуватись розщеплення у співвідношенні 2:1 (замість 3:2) внаслідок елімінації (втрати) нащадків з гомозиготним домінантним генотипом. При розташуванні летального рецесивного гену в Х-хромосомі в потомстві будуть переважати особи жіночої статі. При неповній летальній дії генів спостерігається не повна відсутність окремих генотипів, а зменшення їх частоти.
4. ПЕНЕТРАНТНІСТЬ І ЕКСПРЕСИВНІСТЬ ГЕНІВ
Фенотипове проявлення генів у різних особин з однаковим генотипом може бути різним. У зв’язку із цим в генетиці використовуються поняття пенетрантності та експресивності.
Пенетрантність – це частота фенотипового проявлення гену. Визначається, як відношення кількості особин, які мають певну ознаку в фенотипі, до кількості особин, що мають відповідний генотип.
Формула, за якою обчислюється пенетрантність гена:
П = (Кількість осіб, що мають ознаку / Кількість осіб, що мають ген) х 100%.
Якщо всі особи, що мають ген, мають відповідну ознаку у фенотипі П=100% (повна пенетрантність) і тоді використання цього поняття при розв'язанні задач не потрібне.
Якщо, наприклад, з 1000 осіб, що мають ген, ознака проявилась у 350, П=(350/1000)х100%=35%
Експресивність – це ступінь фенотипової вираженості ознаки у конкретного організму. Якщо експресивність певної ознаки повна, то в усіх осіб вона проявляється практично однаково. При неповній експресивності спостерігаються істотні відмінності між проявами ознаки у різних осіб. Наприклад, при спадковому порушенні слуху, викликаному дефектом певного гену, хворі можуть мати різний ступінь туговухості.
Розглянемо приклад розв'язання задачі на пенетрантність. Задача 2. Яким буде потомство гетерозиготної жінки з синдромом Марфана (домінантна хвороба, пенетрантність якої складає 50%) та здорового чоловіка?
