Лектор: ассистент кафедры медицинской биологии, к.б.н. Гоч Инна Викторовна Тема: Организменный уровень реализации генетической информации. Взаимодействие генов.

Закономерности наследования признаков на организменном уровне установил Г.Мендель (1865). У человека известно более 2300 признаков (нормальных и патологических), которые наследуются по законам Менделя. Эти признаки называются менделирующими, а наследование - моногенным. Моногенные болезни - фенилкетонурия, альбинизм, полидактилия, брахидактилия и ряд других. Знание закономерностей наследования моногенных болезней необходимы врачу при проведении медико- генетического консультирования с целью определения вероятности рождения больных детей в семье.

Генетика (от греческого: род, рожаю) - наука, изучающая особенности наследственности и изменчивости, которые являются главными характеристиками живых существ. Предметом генетики человека являются: Изучение проблем сохранения генетической информации - материального субстрата наследственности. Выяснение закономерностей передачи генетической информации в конкретные признаки. Изучение явлений наследственности и изменчивости у человека на всех уровнях его организации и существования.

Антропогенетика изучает признаки человека в норме. Медицинская генетика - наука, которая изучает: роль наследственности в патологии человека закономерности передачи из поколения в поколение наследственных болезней разрабатывает методы диагностики и профилактики наследственной патологии, включая болезни с наследственной предрасположенностью.

генетика крови; иммуногенетика; генетика соматических клеток; генетика нервной деятельности и поведения радиационная; фармакологическая; эндокринологическая генетика и др

Наследственность Изменчивость Ген аллельные гены доминантный признак рецессивный признак Гомозиготный организм (АА) Гетерозиготный организм (Аа) Гемизиготный организм

Геном: Совокупность генов в гаплоидному наборе хромосом видоспецифичен Генотип: Совокупность генов в диплоидному наборе хромосом видоспецифичен Организменный уровень реализации генетической информации представлен геномом и генотипом

(a) совокупность генов диплоидного набора хромосом ( b) совокупность генов гаплоидного набора хромосом XX X Генотип Геном

МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА: Полиплоидизация амплификации

Хромосомные перестройки

Феноти́п (от греческого слова phainotip являю, обнаруживаю) совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа опосредованного рядом внешнесредовых факторов генотипа

С целью оценки роли наследственности в развитии того или иного признака проводят расчеты по формуле: Н =% сходства МЗ -% сходства ДЗ 100% -% сходства ДЗ где Н - коэффициент наследственности, МЗ - мононозиготы, ДЗ – дизиготы. Рассчитывают: степень сходства (конкордантности) различия (дискордантности) признаков у близнецов.

Патологии Наследственные факторы Среда І группа (синдром Дауна) Основная этиологическая роль Модифицирует проявление болезни ІІ группа (серповидно- клеточная анемия) Наследственные болезни, обусловленные патологической мутациями Для их проявления необходимо специфический фактор окружающей среды ІІІ группа (Мультифакто риальные, гипертония) Болезни, зависящие от генетической предрасположенности Основной фактор- неблагоприятные условия окружающей среды ІV группа (ожоги, травмы) - Исключительная роль факторов окружающей среды

экспериментально обосновал наличие единиц наследственности (наследственных задатков, наследственных факторов) описал их важные свойства - дискретность, стабильность, специфичность аллельных состояния гибридологический метод Грегор Иоганн Мендель (нем. Gregor Johann Mendel; 20 июля 1822, Хейнцендорф, Силезия, Австр ийская империя 6 января 1884, Брно, Австро- Венгрия) австрийский биолог и ботаник, основоположник учения о наследственности, позже названного по его имени менделизмом. нем.20 июля 1822Силезия Австр ийская империя 6 января 1884Брно Австро- Венгриянаследственностименделизмом

Цитологические основы законов Менделя базируются на: четности хромосом (четности генов, обусловливающих возможность развития какого- либо признака) особенности мейоза (процессы, происходящие в мейозе, которые обеспечивают независимое расхождение хромосом с находящимися на них генами к разным плюсам клетки, а затем и в разные гаметы) особенности процесса оплодотворения (случайного комбинирования хромосом, несущих по одному гену из каждой аллельных пары)

Горох посевной (Pisum sativum) – самоопыляемое растение, поэтому потомки каждого растения являются чистыми линиями (чистосортные)

Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя, утверждает, что потомство первого поколения от скрещивания устойчивых форм, различающихся по одному признаку, имеет одинаковый фенотип по этому признаку. При этом все гибриды могут иметь фенотип одного из родителей (полное доминирование). Закон расщепления, или второй закон Менделя, гласит, что при скрещивании гибридов первого поколения между собой среди гибридов второго поколения в определенных соотношениях появляются особи с фенотипами исходных родительских форм и гибридов первого поколения. Так, в случае полного доминирования выявляются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т. е. два фенотипа в отношении 3:1. Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя, утверждает, что каждая пара альтернативных признаков ведёт себя в ряду поколений независимо друг от друга, в результате чего среди потомков второго поколения в определенных соотношении появляются особи с новыми (по отношению к родительским) комбинациями признаков.

r- зеленый цвет R-желтый цвет

При скрещиваниях гомозиготных особей, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все потомки в первом поколении однородные как по фенотипу, так и по генотипу Мендель скрещивал растения с зелеными семенами (а) с растениями с желтыми семенами (АА). В результате все гибриды первого поколения F1 оказались однородными по генотипу - (Аа) и с желтыми семенами по фенотипу P АА x а G А а F1 Аа

r- зеленый цвет R-желтый цвет

P: Aa x Aa G: A, a A, a F2 : AA; Aa; Aa; aa По фенотипу 3/4 особей (75%) имеют доминантный признак, а 1/4 (25%) - рецессивный. По генотипом 1/4 особей (25%) - доминантные гомозиготы АА, 2/4 (50%) - гетерозиготы Аа и 1/4 (25%) - рецессивные гомозиготы а При скрещиваниях двух гетерозиготных особей (гибридов), которые отличаются по одной паре альтернативных признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 3:1 и по генотипу 1:2:1. Гаметы Aa AAAAa a aa

При скрещиваниях гомозиготных особей, отличающихся двумя (и более) парами альтернативных признаков, во втором поколении F2 наблюдается независимое наследование и комбинирования признаков, если гены этих признаков расположены в разных парах гомологичных хромосом Ген одного признака не влияет на передачу гена для другого признака

Чтобы понять сущность явлений, которые имеют место в дигибридном скрещивании, рассмотрим его генетическую схему: S - доминантный аллель желтого цвета семян гороха; s - рецессивный аллель зеленого цвета семян; Y - доминантный аллель гладкой формы семян; y - рецессивный аллель морщинистой формы семян.

Р: SSYY х ssyy G: SY sy F1: SsYy Р: SsYy х SsYy G: SY, Sy, sY, sy SY, Sy, sY, sy

Аллельные гены, находясь в гетерозиготном состоянии, не сливаясь, не изменяя друг друга и не теряя своей индивидуальности, передаются в гаметы. Гаметы является "чистыми": они несут только один из двух аллелей определенного гена.

Доминантные карие глаза темные волосы косой разрез глаз рос с горбинкой широкая щель между резцами зубы крупные, выступают вперед ямочки на щеках Рецессивные голубые глаза светлые волосы прямой разрез глаз прямой нос узкая щель или отсутствие ее обычная форма и размещение зубов отсутствие ямочек

P: АА x а G: А а F1 Аа 100% P: Аа x а G: А, а а F1 Аа, а 50/50% Если все потомство однородное - исследуемый организм с генотипом АА. Если в потомстве проявляется расщепление 1:1, то исследуемый организм является гетерозиготным Аа. -скрещивание, в котором особь, генотип которой неизвестен, но его нужно установить (АА или Аа), скрещивается с рецессивной гомозиготой (а).

Относительная стабильность гена, который определяет данный признак (отсутствие мутаций). Аллельных состояние гена (доминантность и рецессивность). Равномерное образования в мейозе гамет с аллелем А и гамет с геном а. Одинаковая вероятность встречи таких гамет при оплодотворении. Одинаковая жизнеспособность всех типов зигот и организмов, из них развиваются. Одинаковая участие материнского и отцовского организма в передаче наследственных факторов.

Полное доминирование Неполное доминирование (промежуточное наследование) Сверхдоминирование Кодоминирование

1. Полное доминирование - доминантный аллель в гетерозиготном состоянии фенотипически полностью подавляет рецессивный. P: AA x aa G: A a F1: Aa (желтый цвет горошин)

возникновение резус-конфликта Первая беременность Образование антител Вторая беременность

2. Неполное доминирование - доминантный аллель в гетерозиготном состоянии не полностью подавляет рецессивный аллель. Гетерозиготное состояние является промежуточным по фенотипу между фенотипами доминантной и рецессивной гомозигот P: AA x aa G: A a F1: Aa

3. Сверхдоминирование - доминантный аллель в гетерозиготном состоянии имеет более выраженное проявление, чем в гомозиготном состоянии Например: доминантный ген, определяющий брахидактилию (короткие фаланги пальцев). Гомозиготные доминантные особи с генотипом AA умирают на эмбриональной стадии онтогенеза. P: Aа (брахидактилия) x Aа (брахидактилия) G: A, а А, a F1: АА (гибнут ); Аа; Aa (брахидактилия); а (здоров ы )

4. Кодоминирование - проявление в гетерозиготном состоянии признаков, определяемых двумя аллелями У человека ген, кодирующий группы крови по системе ABO, имеет три аллеля (множественные аллели): IA, IB и i. Аллели IA и IB является ко доминантных. Аллель i является рецессивный. P: IAi x IBi G: IA, i IB, i F1: IAIB; IAi; IBi; ii IV II III IV

Группы крови Генотипы Антигены еритроцытов Антитела плазмы крови І(0)іі-α, β П(А)І А І А, І А іА β III (В)І В І В, І В і Вα IV (АВ)ІАІВІАІВ А, В- Группы крови по системе АВО

Четвертая группа крови человека

комплиментарность эпистаз полимерия

1. Комплементарность (взаимодополнения) - взаимодействие между аллелями двух генов, при которой для формирования признака необходимо наличие нескольких неаллельных генов в доминантном состоянии. Нормальный слух обусловлен действием двух неаллельных генов D и Е, один из которых определяет развитие завитка, а другой - слухового нерва. Доминантные гомозиготы (DDEE) и гетерозиготы (DdEd) по обоим генам имеют нормальный слух, а рецессивные гомозиготы по одному из этих генов - глухие (DDee, Ddee, ddEE, ddEe) P: DDEE ( нормальный слух ) x ddee ( глухие ) G: DE de F1: DdEe ( нормальный слух )

2. Эпистаз - взаимодействие между аллелями двух генов, при которой один ген (эпистатический) подавляет действие другого гена (гипостатическая). При эпистатический взаимодействия генов расщепление по фенотипу в F2 составляет 13:3. Окраска плодов тыквы, масть лошадей тоже определяются этим типом взаимодействия.

Полимерия - разные доминантные неаллельные гены действуют на один и тот же признак усиливая его проявление. Признаки, которые определены более чем одним геном называются полигенными. Полимерные гены принято обозначать одной буквой латинского алфавита с цифровым индексом А1А1, А2А2, а 3 а 3. Рост, цвет кожи - полигенные признаки у людей.

- зависимость нескольких признаков от одного гена Часто индивидуальный аллель имеет более чем один результат влияния на фенотип Плейотропия характерна для генетических заболеваний, в которых одинаковый белок присутствует в различных частях тела Например: синдром Марфана, аутосомно - доминантное заболевание ген локализован в 15q21.1 дисплазия соединительной ткани, образует хрусталик глаза, аорту, кости конечностей, ребер Признаки синдрома Марфана включают подвывих хрусталика, поражения сосудов, длинные конечности, удлиненные пальцы ( арахнодактилия ), длинные " птичье " лицо, сколиоз.

Гены, которые контролируют те или иные признаки, могут проявляться в фенотипе не у всех носителей или могут иметь различную степень фенотипического проявления. Количественный показатель проявления гена в фенотипе - пенетрантность - частота фенотипического проявления гена в популяции особей, являющихся носителями этого гена.

степень фенотипического проявления гена, или выраженность действия гена среди его носителей Один и тот же ген в разных условиях может быть выражен сильнее или слабее. Например: полидактилия может проявляться на одной, на двух руках или ногах, количество пальцев может быть 6 и более.

Изменчивость - это свойство всех живых организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития (онтогенеза). В зависимости от механизмов возникновения изменчивость разделяют на: Н енаследственную (модификационную, фенотипическая) н аследственную ( комбинативную и мутационную).

Модификации не наследуется, но наследуется норма реакции (границы, в которых меняется фенотип при данном генотипе). У человека есть: 1) широкая норма реакции (масса тела, пигментация кожи, степень развития скелетных мышц) 2) узкая норма реакции (pH, концентрация K +, Na +, Ca2 + в крови); 3) однозначная норма реакции (группы крови по системе АВО, цвет радужной оболочки глаза, волосы). Для изучения нормы реакции используют генетически однородный материал, который помещают в разные условия внешней среды.

Такие близнецы всегда одного пола, имеют 100% одинаковых генов у дизиготных близнецов 50% генов общих Монозиготные близнецы

Близнецовый метод используется для оценки влияния наследственности и среды на развитие признаков. Сопоставляют признак в парах монозиготных и дизиготных близнецов. Пара близнецов является конкордантной, если данный признак проявляется у обоих близнецов и дискордантной, если только у одного. Совпадение значений конкондантности в парах монозиготных и дизиготных близнецов свидетельствует о преобладании факторов внешней среды в развитии данного признака.

Признаки Конкордантность в % MZDZ Група крови (АВО) Цвет глаз 99,528 Олигофрения 94,542,6 Папиллярные узоры 9240 Кир 9894 Епидемический паротит 8274 Близнецовый метод

Мутации - это наследственная изменчивость, обусловленная изменением генетического материала на разных генетических уровнях Термин "мутация" предложенный Г. Де-Фризом. В зависимости от причины, мутации подразделяют на: · Спонтанные - возникают в естественных условиях без специального воздействия необычных агентов (например, гемофилия); · Индуцированные - возникают под воздействием на организм известных факторов окружающей среды (мутагенов)

Тератогены Врожденные пороки вирус краснухи Катаракта, глаукома, сердечные пороки, глухота вирус простого герпеса Микрофтальмия, микроцефалия, пороки сетчатки токсоплазмоз Гидроцефалия, микрофтальмия алкоголь Алкогольный синдром плода витамин А А-витаминная эмбриопатия: маленькие уши, гипоплазия нижней челюсти, щели неба, сердечные пороки тетрациклины Коричневое окрашивание зубов, гипоплазия зубной эмали, нарушение роста костей, катаракта аминогликозиды Врожденная глухота, снижение функции почек никотин Задержка внутриутробного развития, преждевременные роды, нарушения поведения

Ребенок с синдромом алкоголизации плода (фенотип)

Spina bifida употребление противосудорожных медикаментов; высокая степень ожирения; пользование горячей ванной или повышение температуры тела до фебрильных показателей на ранних сроках беременности; сахарный диабет Развитие пороков невральной трубки зависит еще от некоторых факторов с материнской стороны:

Дети с уродствами, вызванными вследствие приема талидомида

. Классификация мутационной изменчивости Геномные мутации - изменение числа хромосом в кариотипе Полиплоидия - увеличение числа хромосом, кратно гаплоидного набора (n). Например, 2n + n = 3n; 2n +2 n = 4n Гетероплоидия (анеуплодия) - изменение числа хромосом на величину, не кратное к гаплоидного набора. · Полисомии - увеличение числа хромосом, например, трисомия (2n +1). · Моносомия - это отсутствие одной хромосомы в кариотипе (2n-1)

Синдром Дауна

Делеция

Дупликация

Инверсия

Транслокация

Спасибо за внимание!