Дополнения к законам Менделя: взаимодействие генов

В результате первых опытов по изучению наследования признаков наблюдалась простая связь между геном и признаком. Каждый ген определял формирование одного признака, развитие каждого признака зависело только от одного гена.

Однако с накоплением экспериментального материала выяснилось, что отношение между генами и признаками гораздо сложнее.

Так, при изучении действия многих генов было установлено, что один ген может одновременно влиять на несколько разных признаков.

Например, ген, определяющий рыжую окраску волос у человека, обуславливает ещё светлую окраску кожи и появление веснушек. Ген, приводящий к своеобразной форме пальцев у человека «паучьи пальцы», одновременно вызывает аномалию хрусталика глаза.

Такое множественное действие гена, когда один ген обусловливает развитие нескольких признаков, называется плейотропным.

В настоящее время установлено, что большинство признаков и свойств организма формируется в результате взаимодействия многих генов.

Взаимодействие генов организма подразделяется на две основные группы:

- взаимодействие аллельных генов;

- взаимодействие неаллельных генов.

Взаимодействие аллельных генов

Взаимодействие аллельных генов – это взаимодействие между генами одной аллельной пары. Выделяют основные формы взаимодействия аллельных генов:

а) полное доминирование;

б) неполное (промежуточное);

в) независимое проявление (кодоминирование);

г) сверхдоминирование.

При полном доминировании одна аллель из пары аллельных генов полностью подавляет действие другой аллели.

Например:

А – кареглазость

а – голубоглазость

Р ♀ АА х ♂ аа

G А а

F1 - Аа - 100% кареглазые

Явление полного доминирования было подробно рассмотрено при описании опытов Г.Менделя.

Доминирование не всегда бывает полным. Часто у гибридов F1 проявляется не доминантный признак, а промежуточный, то есть наблюдается явление неполного (промежуточного) доминирования.

Например:

А – курчавые волосы

а – прямые волосы

Р ♀ АА х ♂ аа

G А а

F1- Аа - 100% волнистые волосы

Явление неполного доминирования оказалось широко распространенным явлением. У человека, таким образом, наследуются такие заболевания как серповидноклеточная анемия, талассемия, цистинурия и другие.

При независимом проявлении (кодоминировании) каждый из параллельных генов в гетерозиготе вызывает формирование контролируемого им признака. Так, например, ген I^А у человека контролирует образование в эритроцитах антигена А, а аллельный ему ген I^В контролирует образование в эритроцитах антигена В. Гетерозиготы по этим аллелям I^АI^В имеют в эритроцитах и антиген А и антиген В.

Наследование четырех групп крови человека по системе АВО обусловлено наличием трёх аллелей одного гена: I^О, I^А, I^В (пример множественного аллелизма). Так как аллельные гены всегда находятся в гомологичных участках гомологичных хромосом, то у любого организма одновременно могут присутствовать только две аллели гена. Из трёх аллелей по два можно составить шесть различных сочетаний: I^ОI^О, I^АI^А, I^АI^О, I^ВI^В, I^ВI^О, I^АI^В.

Люди с генотипом I^ОI^О имеют I (нулевую) группу крови; с генотипами I^АI^А, I^АI^О – II группу крови; с генотипами I^ВI^В, I^ВI^О – III группу крови; с генотипом I^АI^В – IV группу крови (кодоминирование).

Следовательно, аллели I^А и I^В порознь доминируют над аллелью I^О

и независимо проявляются у гетерозигот I^АI^В. Таким образом, гены I^А и I^В не подавляют друг друга. Они являются равноценными – кодоминантными.

При решении задач на наследование групп крови, также важно знать, как наследуется резус-фактор. Резус-фактор был открыт в 1940г К.Ландштейнером и А.Винером. Резус-фактор – это липопротеид, расположенный на мембранах эритроцитов у 85% людей.

Если он обнаруживается у человека, то говорят о резус-положительной принадлежности крови (Rh⁺). При отсутствии резус-фактора (15% населения) регистрируется резус-отрицательная кровь (rh^-). Резус-положительные свойства крови обусловлены доминантным геном (Rh⁺Rh⁺ - гомозигота, Rh⁺rh^- - гетерозигота); резус-отрицательные – рецессивным (rh^-rh^-).

Кровь резус-положительных и резус-отрицательных людей несовместима, наследуется в соответствии с законом Менделя о моногибридном скрещивании.

Например:

Р ♀ rh^-rh^- х ♂ Rh⁺Rh⁺

G rh^- Rh⁺

F1 - Rh⁺rh^- (резус-положительный ребенок)

Он в теле матери приводит к резус-конфликту, так как в крови матери вырабатываются антитела на Rh⁺ кровь ребенка. Этот конфликт при первой беременности не слишком тяжелый; а при второй и последующих, может привести к спонтанному аборту, гибели новорожденного, умственной отсталости выжившего ребенка.

Сверхдоминирование – когда доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляется сильнее, чем в гомозиготном. В качестве примера можно привести продолжительность жизни плодовой мушки дрозофилы: АА – нормальная продолжительность жизни, Аа – увеличенная продолжительность жизни, аа – летальный исход.

Взаимодействие неаллельных генов

Во многих случаях на проявление признака могут влиять две или более пары неаллельных генов. Это приводит к отклонению от законов Менделя.

Взаимодействие неаллельных генов подразделяется на три основных типа: комплементарность, эпистаз, полимерию.

Комплементарность – это такое взаимодействие неаллельных генов, при котором один доминантный ген дополняет действие другого доминантного гена и появляется новый признак, отсутствовавший у родителей. Комплементарно могут взаимодействовать несколько пар неаллельных генов, в результате чего в F₂ появляются сложные расщепления.

У человека для защиты от вирусов в иммунокомпетентных клетках вырабатывается специфический белок интерферон. Его образование в организме связано с комплементарным взаимодействием двух неаллельных генов, локализованных в разных хромосомах.

Эпистаз (от греч.epistasis – остановка, препятствие) - это такое взаимодействие неаллельных генов, когда ген одной аллельной пары подавляет действие гена другой аллельной пары.

Подавляющий ген называется эпистатическим (супрессором), а подавляемый – гипостатическим.

В случаях, когда ген – подавитель доминантный, имеет место доминантный эпистаз.

Рецессивный эпистаз – это такое взаимодействие неаллельных генов, когда рецессивная аллель, будучи в гомозиготном состоянии, не даёт возможности проявиться доминантной и рецессивной аллели другого гена. То есть имеет место криптомерия (от греч. kryptos – тайный, скрытый).

У человека примером криптомерии может служить «бомбейский феномен». Он описан у женщины, которая по наследству получила III группу крови, но фенотипически проявилась I группа. Причина - наличие у женщины другой пары генов (hh) подавляющих проявление аллеля «В». Гены hh являются супрессорами; чаще «Бомбейский феномен» наблюдается у индусов.

Полимерия (от греч. polimeria – многосложность) – это такое взаимодействие неаллельных генов, при котором несколько определённых неаллельных генов действует на формирование одного и того же признака и вызывает одинаковое его изменение.

Примером полимерии может служить наследование цвета кожи у человека. От брака негров с белыми рождаются мулаты (промежуточный между родителями цвет кожи). Среди детей от брака подобных мулатов наблюдается большая изменчивость по цвету кожи: негры, мулаты с различными оттенками кожи от тёмного до светлого, белые. Полимерия с расщеплением 1: 4: 6: 4: 1 объясняется следующим образом: темный цвет кожи зависит от нескольких пар доминантных неаллельных генов. Рецессивные аллели этих генов обусловливают белый цвет кожи. Действуют эти гены по типу полимерии, то есть чем больше в генотипе доминантных генов, тем темнее цвет кожи и, наоборот, чем меньше доминантных генов – тем светлее цвет кожи.

Это простой пример полимерии, когда взаимодействовали только две пары неаллельных генов. При большом количестве полимерных генов характер варьирования контролируемого ими признака имеет ещё более сложный характер. У человека, например, кроме цвета кожи так наследуется масса тела, величина артериального давления, рост. Наследование роста человека зависит от нескольких пар полимерных генов (около 10), причём высокий рост рецессивен по отношению к низкому росту. Таким образом, чем больше в генотипе доминантных генов, тем ниже рост человека; чем больше рецессивных аллелей, тем выше рост.

Развитие перечисленных признаков у человека подчиняется общим законам полигенного наследования и сильно зависит от влияния условий среды. Например: предрасположенность к гипертонии, ожирению, атеросклерозу, шизофрении, эпилепсии, язвенной болезни и другие. Если у родителей гипертония, то нужно контролировать артериальное давление у ребенка, у него должен быть щадящий режим, необходимо укреплять нервную систему, заниматься спортом, соблюдать режим труда и отдыха, ограничивать потребление поваренной соли. Если эти привычки развивать с детства, то они могут оказывать профилактическое действие.

Все рассмотренные примеры взаимодействия неаллельных гeнов видоизменяют классическую менделевскую формулу расщепления по фенотипу 9: 3: 3: 1. Но они являются не следствием нарушения генетического механизма расщепления, а результатом взаимодействия неаллельных генов между собой в индивидуальном развитии организма.

Таким образом, было установлено, что многие признаки определяются многими генами и в то же самое время один ген может определять развитие целого ряда признаков.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: