Рассматривая действие гена, его аллелей, учитывают не только генные взаимодействия, но и действие генов-модификаторов и модифицирующее действие среды, в которой развивается организм.
У примулы окраска цветков розовая (Р_) и белая (рр ) наследуется по моногибридной схеме, если растение развивается в интервале t - 15-25 °С. Если растение F 2 вырастить при / = 30-35 °С, то все цветки у него окажутся белыми. При выращивании растений F 2 в условиях температуры, колеблющейся около 30 °С, можно получить разнообразные соотношения от 3 Р_ : 1 рр до 100 % растений с белыми цветками. Такое взаимоотношение генов зависит от условий внешней среды и условий генотипической среды. С.С. Четвериковым оно названо варьирующей пенетрантностью. Это понятие подразумевает возможность проявления или непроявления признаков у организмов, одинаковых по исследуемым генотипическим факторам. Беляев добился рождения живых щенков лис (см. рис. 2.5), гомозиготных по доминантному аллелю, платиновой окраски, варьируя длину дня для беременных самок. В связи с этим может быть ликвидирована пенетрантность проявления летального эффекта.
Пенетрантность выражается долей особей, проявляющих исследуемый признак, среди всех особей одинакового генотипа по изучаемому гену.
От внешней среды и генов-модификаторов может зависеть степень выраженности признака. Дрозофила гомозиготная по аллелю зачаточности крыльев более контрастно проявляет этот признак при понижении температуры окружающей среды. Другой признак дрозофилы - отсутствие глаз - варьирует от 0 до 50 % в зависимости от числа фасеток, характерного для данного типа мух.
Степень проявления варьирующего признака называется экспрессивностью. Экспрессивность выражают количественно, в зависимости от уклонения признака от дикого типа.
Понятия пенетрантность и экспрессивность введены в генетику в 1925 г. Тимофеевым-Ресовским для описания варьирующего проявления генов. Факт проявления или непроявления признака особей данного генотипа в зависимости от условий говорит о том, что это результат взаимодействия генов в конкретных условиях существования организма. Способность генотипа так или иначе проявляться в различных условиях среды отражает норму его реакции - способность реагировать на варьирующие условия развития. Этот факт учитывают при экспериментах и при введении новых форм хозяйственно ценных организмов. Отсутствие изменений говорит о том, что используемое воздействие не влияет на данную норму реакции, а гибель организма - на то, что оно за пределами нормы реакции.
Селекция растений, животных, микроорганизмов представляет собой отбор организмов с узкой и специализированной нормой реакции на внешние воздействия: удобрение, обильное кормление, характер (и технологию) выращивания.
Искусственное сужение или сдвиг нормы реакции используют для маркирования жизненно важных генов. Этим методом были исследованы гены, контролирующие воспроизведение ДНК, синтез белка у бактерий и дрожжей, гены, контролирующие развитие дрозофилы. Во всех случаях получали мутантов, нежизнеспособных при повышенной температуре культивирования, т. е. условно летальных.
Генотип представляет собой систему взаимодействующих генов, которые проявляются фенотипически в зависимости от условий генотипической среды и условий существования. Благодаря принципам менделев- ского анализа можно любую сложную систему условно разложить на элементарные признаки-фены и тем самым идентифицировать отдельные дискретные единицы генотипа - гены.
Контрольные вопросы и задания:
- 1. Дайте понятие терминов доминантность и рецессивность.
- 2. Что такое моногибридное скрещивание?
- 3. Как происходит расщепление по признакам? Назовите гены - носители наследственности.
- 4. Объясните, как происходит независимое комбинирование (дигибрид- ное скрещивание).
- 5. Объясните расщепление признаков при тригибридном скрещивании. Расскажите о множественных аллелях.
- 6. Назовите виды взаимодействия генов.
- 7. Объясните явления пенетрантности и экспрессивности.
- 8. Что такое комплементарное взаимодействие генов?
- 9. Какие типы взаимодействия генов, приводящие к отклонению от мен- делевских закономерностей, вы знаете?
- 10. В чем отличие доминирования от эпистаза?
- 11. Влияют ли внешние условия на проявление действия гена?
- 12. Приведите примеры полимерного и плейотропного действия гена.
М
Николай Владимирович
Тимофеев-Ресовский
Экспрессивность выражают количественно. Частота встречаемости данного признака в поколении называется пенетрантностью (термин предложен Н.В.Тимофеевым-Рессовским в 1927 году). Количественно её выражают в процентах. Пенетрантность бывает полной (100% встречаемость признака) и неполной (встречаемость признака менее 100%). Например, у человека пенетрантность врождённого вывиха бедра составляет 25%, а пенетрантность дефекта глаза «колобомы» - около 50%.
Знание механизмов и характера экспрессивности имеет значение в медико-генетическом консультировании и определении возможного генотипа фенотипически «здоровых» людей, родственники которых имели наследственные заболевания. Явления экспрессивности указывают, что доминированием (проявлением доминантного аллельного гена) можно управлять, обоснованно осуществляя поиск средств, предотвращающих развитие наследственных аномалий и патологически отягощённой наследственности у человека. Тот факт, что один и тот же генотип может явиться источником развития различных фенотипов, имеет существенное значение для медицины. Это означает, что отягощённая наследственность не обязательно должна проявиться в развивающемся организме. В ряде случаев развитие болезни можно предотвратить, в частности диетой или лекарственными препаратами.
Известны одинаковые изменения фенотипа, обусловленные изменениями аллелей различных генов - генокопии. Их возникновение - следствие контроля признака многими генами. Поскольку биосинтез молекул в клетке, как правило, осуществляется многоэтапно, мутации разных генов, контролирующих различные этапы одного биохимического пути, могут приводить к одинаковому результату - отсутствию конечного продукта цепи реакций и, следовательно, одинаковому изменению фенотипа. Так, у человека известно несколько форм глухоты, вызываемых мутантными аллелями трёх аутосомных генов и одного гена Х-хромосомы. Однако в различных случаях глухота сопровождается либо пигментным ретинитом, либо зобом, или же аномалиями функции сердца. Проблема генокопий актуальна также в медицинской генетике для прогноза возможного проявления наследственных заболеваний у потомков, если родители имели сходные болезни или аномалии развития.
Оба понятия ввел в 1926 г. О. Фогт для описания варьирования мутантных фенотипов.
Экспрессивность – это степень проявления мутантного признака в фенотипе. Например, мутация eyeless у дрозофилы вызывает редукцию глаза, степень которой неодинакова у разных особей.
Пенетрантность – это частота, или вероятность проявления мутантного фенотипа среди всех особей, несущих данную мутацию. Например, 100%-ная пенетрантность рецессивной мутации означает, что у всех гомозиготных особей она проявляется в фенотипе. Если же фенотипически она обнаруживается только у половины особей, то пенетрантность мутации равна 50%.
Условные мутации
Эти мутации проявляются только при выполнении определенных условий.
Температуро-чувствительные мутации . Мутанты этого типа живут и развиваются нормально при одной (пермиссивной ) температуре и обнаруживают отклонения при другой (рестриктивной ). Например, у дрозофилы выделяют холодочувствительные (при 18°С) ts –мутации (temperature sensitive) и теплочувствительные (при 29°С) ts –мутации. При 25°С сохраняется нормальный фенотип.
Мутации чувствительности к стрессу . В данном случае мутанты развиваются и внешне выглядят нормально, если их не подвергать каким-либо стрессирующим воздействиям. Так, мутанты sesB (stress sensitive) дрозофилы в обычных условиях не проявляют каких-либо отклонений.
Однако если резко встряхнуть пробирку, у мух начинаются судороги и они не способны двигаться.
Ауксотрофные мутации у бактерий . Они выживают только на полной среде или же на минимальной, но с добавкой того или иного вещества (аминокислоты, нуклеотида и т. д.).
Методы учета мутаций
Особенности методов учета мутаций . Методы обнаружения мутаций должны быть разными в зависимости от способа размножения организма. Видимые морфологические изменения учитываются легко; сложнее определить физиологические и биохимические изменения у многоклеточных организмов. Легче всего обнаруживаются видимые доминантные мутации, которые могут проявляться в гетерозиготном состоянии в первом же поколении, труднее анализировать рецессивные мутации , их необходимо переводить в гомозиготное состояние .
Для хорошо изученных в генетическом отношении объектов (дрозофила, кукуруза, ряд микроорганизмов) изучение новой мутации проводить довольно легко. Например , для дрозофилы разработаны специальные методики учета частоты мутаций.
Метод СlВ . Мёллер создал линию дрозофил СlВ (Си Эль Би ) у которой одна из Х -хромосом маркирована доминантным геном Bar (В) и инверсией , названной С . Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивным летальным эффектом – l . Поэтому линия и названа СlВ .
Самок этой линии-анализатора скрещивают с самцами из исследуемой выборки. Если самцы взяты из природной популяции , то можно оценить частоту леталей в ней. Или же берут самцов, обработанных мутагеном . В этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.
В F 1 отбирают самок СlВ /+, гетерозиготных по мутации Bar , и скрещивают индивидуально (каждую самку в отдельной пробирке с самцом дикого типа). Если в проверяемой хромосоме нет мутации , то в потомстве будет два класса самок и один класс самцов (B + ), поскольку самцы СlВ гибнут из-за наличия летали l , т.е. общее расщепление по полу будет 2:1 (см. рисунок).
Если же в опытной хромосоме естьлетальная мутация l m , то в F 2 будут только самки , так как самцы обоих классов погибнут – в одном случае из-за наличия летали в Х -хромосоме СlВ , в другом – из-за наличия летали l m в опытной Х -хромосоме (см. рисунок). Определяя отношение числа Х -хромосом (пробирок с индивидуальными скрещиваниями), в которых возникла леталь, к общему числу изученных Х -хромосом (пробирок), подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе.
Мёллер неоднократно модифицировал свой метод выявления леталей в Х -хромосоме дрозофилы, в результате чего появились такие линии - анализаторы , как Mu-5 , а позднее – линии - балансеры Basc , Binsn и др.
Метод Cy L/Pm . Для учета летальных мутаций в аутосомах дрозофилы используют линии сбалансированных леталей . Для проявления рецессивной летальной мутации в аутосоме тоже необходимо, чтобы она оказалась в гомозиготном состоянии . Для этого необходимо поставить два скрещивания, а учет потомков вести в F 3 . Для обнаружения леталей во второй хромосоме используют линию Cy L/Pm (Сай Эл Пи Эм) (см. рисунок).
У мух этой линии во второй хромосоме расположены две доминантные мутации Cy (Curly – загнутые крылья) и L (Lobe – маленькие дольковидные глаза) , каждая из которых в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект. Мутации представляют собой протяженные инверсии в разных плечах хромосомы. Обе они «запирают » кроссинговер. В гомологичной хромосоме также присутствует доминантная мутация – инверсия Pm (Plum – коричневые глаза). Анализируемого самца скрещивают с самкой из линии CyL/Pm (на рисунке показаны не все классы потомков).
В F 1 отбирают самцов Cy L/Pm + и индивидуально скрещивают их с самками исходной линии Cy L/Pm . В F 2 отбирают самцов и самок Cy L , у которых гомологичная хромосома является испытуемой. В результате скрещивания их между собой получается три класса потомков. Один из них погибает из-за гомозиготности по мутациям Cy и L , еще один класс потомков – это гетерозиготы Cy L/Pm + , а также класс гомозигот по испытуемой хромосоме. В итоге получаются мухи Cy L и Cy + L + в соотношении 2:1 .
Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация , в потомстве от последнего скрещивания будут только мухи Cy L . С помощью такого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутаций во второй хромосоме дрозофилы.
Учет мутаций у других объектов . Аналогичные методы обнаружения мутаций разработаны и для других объектов. В основу их положены те же принципы:
1) обнаружить рецессивную мутацию можно, переводя ее в гомо- или гемизиготное состояние,
2) учесть точно частоту возникающих мутаций можно лишь при условии отсутствия кроссинговера у гетерозиготных особей.
Для млекопитающих (мышь, кролик, собака, свинья и др.) разработана методика учета частоты возникновения доминантных летальных мутаций. О частоте мутаций судят по разнице между числом желтых тел в яичнике и развивающихся эмбрионов у вскрытой беременной самки.
Учет частоты возникновения мутаций у человека очень затруднен, однако генеалогический анализ , т.е. анализ родословных, позволяет установить возникновение новых мутаций. Если в родословной супругов в течение нескольких поколений не встречался какой-то признак, а у одного из детей он появился и стал передаваться следующим поколениям, значит мутация возникла в гамете одного из этих супругов.
Учет мутаций у микроорганизмов . Изучать мутации у микроорганизмов очень удобно, так как все гены у них в единственном числе и мутации проявляются уже в первом поколении .
Мутантов легко обнаружить методом отпечатков , или реплик , который предложили супруги Э. и Дж. Ледерберги .
Для выявления у Е. сoli мутаций устойчивости к бактериофагу Т1 бактерии высевают на питательный агар, чтобы образовались отдельные колонии. Затем при помощи бархатной реплики эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1. Большая часть клеток исходной чувствительной (TonS ) культуры не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (TonR ), устойчивые к фагу. Подсчитывая число колоний в контрольном и опытном (например, после облучения ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций.
K (П) = х 100%, где К (П)– пенетрантность, n – количество потомков, у которых проявился признак, N – общее количество потомков.
Экспрессивность – это степень фенотипического проявления признака, контролируемого данным геном. Например, интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающейся при возрастании числа доминантных аллелей (А 1 , А 2 , А 3 , А 4) в системе полимерных генов: доминантные аллели, определяющие развитие черной кожи - А 1 , А 2 , А 3 , А 4 , рецессивные аллели белой кожи - а 1 ,а 2 ,а 3 ,а 4 Белый – а 1 а 1 а 2 а 2 , А 1 а 1 а 2 а 2 - светлокожий мулат, А 1 А 1 а 2 а 2 - мулат смуглый,
А 1 А 1 А 2 а 2 - тёмный мулат, А 1 А 1 А 2 А 2 - негр чёрнокожий.
Влияние средовых факторов выражается усилением степени пигментации кожи у человека с одним генотипом - А 1 а 1 а 2 а 2 под действием ультрафиолетовых лучей.
Доза гена отражает развитие шизофрении - у гомозигот равна 100% пенетрантности, а у гетерозигот – 20%. Течение, развитие патологических состояний могут наблюдаться в виде лёгких и тяжелых проявлений – гипертонии, сахарного диабета и других признаков.
Серповидно-клеточная анемия - это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Причиной заболевания служит патологический ген «s», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация, происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина. Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок приобретает серповидную форму.
Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии. Серповидные эритроциты вызывают увеличение вязкости крови, создают механическую преграду в мелких артериолах и капиллярах. Они не способны сгибаться и проходить сквозь крошечные узкие сосуды, из-за чего некоторые ткани и органы не до получают необходимые вещества и кислород. Кроме того, серповидные эритроциты менее устойчивы к механическим воздействиям, что приводит к их гемолизу. Массивное разрушение клеток активирует систему свёртывания крови. Повышается тромбообразование. Тромбоз в различных органах, в т.ч. в селезенке, которая постепенно атрофируется после гипертрофии.
Имеется более 26 вариантов замещений в альфа цепи и 31 вариант - в бета цепи. Замещение хотя бы одной аминокислоты меняет первичную структуру белка, пространственное расположение его частей и соответственно функцию гемоглобина. Полиморфизм гемоглобинов видимо, имеет приспособительное значение.
Взаимодействие аллелей определяющих развитее гемоглобинопатияй определяется разными формами взаимодействия аллельных генов (неполным доминированием, свердоминированием и кодоминированием).
По типу неполного доминирования проявляют себя гетерозиготные Ss носители гена гемоглобина НbS (НbAНbS).
а) При изменении внешних условий среды на уровне моря гетерозиготы имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование S над s).
б) На больших высотах (более 2,5-3 тыс. м) у гетерозигот концентрация гемоглобина понижена, появляются эритроциты серповидной формы (неполное доминирование S над s) наблюдается клиническое проявление анемии. Этот пример показывает, что доминантность может зависеть не только от генотипа, но и от условий среды.
Сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот Ss с формами гемоглобина НbAНbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы с формами гемоглобина НbАНbА подвержены малярии в большей степени. В тропической Африке и других районах, где распространена малярия, в популяциях человека постоянно присутствуют все три генотипа - SS, Ss и ss (20-40% населения гетерозиготы - Ss). Оказалось, что сохранение в популяциях человека летальной (смертельной) аллели (s) обусловлено тем, что гетерозиготы (Ss) более устойчивы к малярии и анемия на имеет клинического проявления, чем гомозиготы по нормальному гену их генотип – SS, форма гемоглобина – HbA / HbA - восприимчивы к малярии (тяжёлое заболевание часто заканчивается смертельным исходом), и, следовательно, обладают отборным преимуществом. Особи имеющие HbS/HbS гемоглобин и генотип ss (летальны – тяжёлая форма анемии). Таким образом, получают приоритет особи имеющие эритроциты HbА /HbS – генотип Ss:
HbА/HbА < HbА /HbS > HbS/HbS .
Наконец, в эритроцитах носителей НbАНbS в равных количествах присутствуют оба варианта бета-глобиновых цепей - нормальный А и мутантный S , то есть наблюдается кодоминирование.
Талассемия - это также наследственное нарушение крови, относится к аутосомно рецессивной мутации. Организм человека с талассемией не может вырабатывать достаточно гемоглобина, содержащегося в эритроцитах и переносящего кислород по всему организму. Если в эритроцитах недостаточно гемоглобина, кислород не достигает всех частей организма. Органам начинает не хватать кислорода и они не могут нормально функционировать. Существует два типа талассемии - альфа и бета, - названные так по двум белковым цепям, из которых состоит нормальный гемоглобин. Как альфа так и бета талассемии имеют острую и неострую формы. Рецессивные гомозиготы по талассемии летальны, а гетерозиготы жизнеспособны. Относится как и серповидноклеточная анемия к гемоглобинопатиям
НЕАЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ – это гены, расположенные в разных локусах (местах) гомологичных и негомологичных хромосом . Неаллельные гены обозначаются разными буквами (А, В, С).
Нарко́тик - химический агент, вызывающий ступор, кому или нечувствительность к боли.
Влияние наркотиков на потомство наркомана пагубно. Связано это с мутагенным влиянием наркотических веществ на сперматозоиды и яйцеклетки , с как прямым токсическим влиянием на развитие зародыша. Если будущая мать, не прекратила прием наркотических веществ во время беременности, то ребенок может родиться уже наркозависимым. Если этого не произошло, то риск заболеть наркоманией сохраняется всю жизнь.
Непосредственное влияние наркотиков на плод начинается с первых же секунд зачатия.Наркотики могут воздействовать на плод непосредственно, разрушая его клеточную структуру , или через изменение оболочки матки , ухудшать кровоснабжение плода и вызывать периодическую гипоксию . Печень развивающегося организма также находится на стадии становления , поэтому наркотики , проникая к плоду могут задерживаться и безпрепятственно разрушать постепенно системы и органы нерожденного орагнизма .
Естественно, что риск рождения мертвого ребенка у наркоманов невероятно высок - 80%, отслойки плаценты – 15%, преждевременные роды,
У детей повышенный риск врожденных пороков развития, задержки роста или постнатальных психоповеденческих нарушений (что проявляется в гиперактивности, гипертонусе и плохой обучаемости, возможна задержка психического развития, вплоть до выраженного слабоумия), у новорожденных встречаются аномалии скелета и изолированные атрезии.
У ребенка, рожденного от матери-наркоманки, уже с первых часов жизни проявляются признаки наркомании. Его организм требует тех наркотиков, которые он получал с кровью от матери, организм реагирует на это судорогами, плачем и другими проявлениями, свойственными взрослым наркоманам в состоянии абстиненции.
|
I(0) «охотник» |
II(A) «земледелец» |
III(B) «кочевник» |
IV(AB) «загадка» |
|||
|
Происхождение |
||||||
|
Самая древняя и наиболее распространенная, появилась 40 000 лет назад. Предки вели образ жизни охотников и собирателей. Иммунная система сильная и стойкая. Считается, что неандертальцы и кроманьонцы, от которых произошел человек, имели эту группу крови. |
Порождена первыми миграциями населения, появилась, когда возникла необходимость переключиться на питание продуктами земледелия и соответственно изменить образ жизни - между 25000 и 15000 лет до н.э. От каждого потребовалось умение сотрудничать с другими в рамках общины. |
Люди с третьей группой крови появились вследствие слияния популяций и адаптации к новым климатическим условиям 10-15 тыс. лет назад в предгорьях Гималаев. В ней представлено стремление природы установить баланс между усиленной умственной деятельностью и запросами иммунной системы. |
Появилась неожиданно примерно тысячу лет назад не в результате приспособления к меняющимся условиям обитания, как остальные группы крови, а в результате смешения индоевропейцев и монголоидов. |
|||
|
Болезни |
Группа крови 0 (I) |
Группа крови A (II). |
Группа крови B (III) |
Группа крови AB (IV). |
||
|
Заболевания желудочно-кишечного тракта |
предрасположенность к язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. |
предрасположенность к гастриту с пониженной кислотностью, образования камней в желчных протоках, хронический холецистит. |
склонность к опухолям толстой кишки, к болезням поджелудочной железы. |
Устойчивость к язвенным болезням. Склонность женщин к болезням поджелудочной железы. |
||
|
Заболевания зубов |
Устойчивость к кариесу |
Предрасположенность к кариесу |
Предрасположенность к кариесу, но течение болезни более благоприятно. |
Устойчивость к кариесу |
||
|
Болезни сердечно-сосудистой системы |
Высокий риск развития гипертонической болезни. Повышенный уровень холестерина, атеросклероз, ожирение. Повышенной свертываемостью крови: тромбозы, тромбофлебиты, |
Болезни сердца, ишемической болезни, склонность к ревматизму и инфаркту миокарда |
устойчивость к инфаркту миокарда |
Заболевания сердца. Повышенный уровень холестерина, атеросклероз, ожирение. Повышенная свертываемость крови: тромбозы, тромбофлебиты. |
||
|
опухоль толстого кишечника встречается редко, и прогноз болезни часто благоприятный |
Предрасположенность к развитию рака желудка, белокровие, рак крови. |
Предрасположенность к раку толстой кишки. У женщин рак поджелудочной железы, рак яичников |
У женщин рак поджелудочной железы, рак яичников |
|||
|
Болезни системы крови |
Часто встречается гемофилия |
Острый лейкоз |
||||
|
Заболевания щитовидной железы |
Предрасположенность к заболеваниям щитовидной железы |
|||||
|
Болезни нервной системы |
Реже встречаются больные шизофренией |
неврозы и психозы |
||||
|
Заболевания почек и мочеполовой системы |
Почечнокаменная болезнь, группа наивысшего риска развития болезни |
Почечнокаменная болезнь |
Частым инфекциям мочеполовых путей. Женщины 3-й группой имеют склонность к болезням яичников и поджелудочной железы. |
Устойчивая группа к этим болезням Женщины 4-й группой имеют склонность к болезням яичников |
||
|
Заболевания кожи |
Встречаются редко |
|||||
|
Инфекционные болезни |
Часто болеют гриппом А. |
|||||
|
Болезни легких |
Очень предрасположены развитию заболеваний бронхов и легких |
|||||