Лекция 7. 1.Фенотип и факторы, его определяющие. 2. Модификационная изменчивость. Норма реакции. Пенетрантность и экспрессивность. 3. Отличия модификаций от мутаций. Морфозы. Гено- и фенокопии.

Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних признаков организма.

Иногда фенотип распространяется и за пределы организма. Пример из книги Р.Докинза «Эгоистичный ген»: личинки насекомых ручейников строят раковинки из песчинок в строгом соответствии с их генетической программой. Раковинка ручейника – это их признак или нет? Личинка ручейника и примеры домиков Взрослое насекомое

При кашле и чихании капельки с вирусами разлетаются на несколько метров вокруг Кому выгодно чихать – нам или вирусу? То, что нас заставляют делать паразиты – это проявления чьего фенотипа? Ричард Докинз назвал главу о фенотипе «Длинная рука гена»

Признак – это любое свойство или качество по которому один организм можно отличить от другого. (Цвет глаз, группа крови, форма раковинки, норки, домика или черта характера)

Признаки многообразны и нуждаются в классификации: Простые и сложные Анатомические и физиологические Количественные и качественные Наружние и внутренние Список можно продолжить

признак простой – первичный продукт активности гена в виде белка или т- и рРНК Например – белок инсулин (нормальный или дефектный) сложный – формируется на основе простого при взаимодействии с другими генами и факторами внешней среды Например – сахарный диабет как результат дефектного инсулина

Фенотип – есть результат взаимодействия генотипа и факторов внешней среды ген Генотип – среда первого рода Внешняя среда – среда второго рода призна к Фенотип

Н.В.Тимофеев-Ресовский предложил два термина, описывающих реализацию гена в признак: пенетрантность – процент реализации гена в признак; экспрессивность – степень выраженности признака. Допустим, что некий ген А отвечает за признак окрашенности. Пусть из 10 особей, имеющих ген А, он проявился у 8. Можно сказать, что пенетрантность гена А равна 80%. При этом степень выраженности признака (экспрессивность) у них различна.

Пенетрантность – показатель реализации гена в признак. 100% - ген всегда реализуется в признак, меньше 100% – часть особей, имеющих ген не имеют признака. Неполная пенетрантность может быть обусловлена внешними факторами или взаимодействием генов (эпистаз). Примеры: у детей, получавших специальное питание нет проявлений ФКУ Группы крови А или В не проявляются, если в генотипе есть аллель hh

Экспрессивность – степень выраженности признака (также определяется воздействием среды и генов) Число особей с даннымзначением признака Значение признака

Связь понятий экспрессивность и пенетрантность Число особей с даннымзначением признака Значение признака возможностивозможности методовметодов Признак не регистрируется – неполная пенетрантность

Пример различной экспрессивности - синдактилия Полная Частичная

Полидактилия – признак, для которого характерна как неполная пенетрантность, так и различная экспрессивность

Изучать соотносительную роль генотипа и внешней среды в формировании фенотипа можно различными методами: Эксперимент Близнецовый метод

Эксперимент Гималайский кролик a h a h Побрит и к участку кожи на время привязан пузырь со льдом – выросла темная шерсть Выращен при Выращен при 20

Однако, выращивая кроликов при более низкой или высокой температуре не удается получить другие варианта окраски – то есть пределы изменчивости ограничены

Норма реакции – пределы изменения признака под действием внешней среды. Норма реакции определяется генотипом организма.

Таня и Маня загорели по-разному, т.к. обладали разным генотипом, иначе говоря, разной нормой реакции.

Норма реакции бывает Широкой – у количественных признаков (рост, вес, количество лейкоцитов, интеллект) Узкой – у качественных признаков (пол, группа крови)

У человека для изучения соотносительной роли генотипа и среды используют близнецовый метод (был предложен Ф.Гальтоном)

Сэр Фрэнсис Гальтон (англ. Francis Galton; 16 февраля января 1911)англ. 16 февраля января1911 Кузен Ч.Дарвина Занимался вопросами наследственности, биометрией, дерматоглификой, статистикой и тестированием; первым начал изучение близнецов. Создал евгенику.

Близнецы бывают Монозиготные близнецыДизиготные близнецы nn n n nn 2n зигота 2 бластомера = =

Конкордантность – сходство близнецов. Дискордантность – различие. Д = 100% - К

Близнецовый метод изучает соотносительную роль генотипа и среды путем сравнения близнецов Н = К МБ - К ДБ 100% - К ДБ Н – показатель наследуемости признака К МБ – показатель конкордантности в % у монозиготных близнецов К ДБ – показатель конкордантности в % у дизиготных близнецов

Примеры: ПризнакК МБ К ДБ Н Заболеваемость корью 97,4%95,7%Стремится к 0 Цвет глаз99,5%28%Почти 1 Н 01 Преобладает роль среды Преобладает роль генотипа

Когда Н больше 0,7, мы важно говорим, что «высока наследственная предрасположенность»

Наследственность и изменчивость – важнейшие свойства живого Наследственность – свойство живых организмов передавать свои признаки потомству Изменчивость – свойство живых организмов приобретать новые признаки в ходе онтогенеза

Изменчивость Генотипическая (наследственная ) 1.Мутационная (вызвана мутациями – генными, хромосомными или геномными) 2.Комбинативная (обусловлена рекомбинацией в ходе полового размножения – а) кроссинговер в профазе 1 мейоза, б) независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе 1 мейоза и в) случайная встреча гамет при оплодотворении) Фенотипическая (ненаследственная, модификационная) Обусловлена факторами внешней среды Онтогенетическая – не все ее выделяют как отдельный вид и мы её пока не касаемся

Изменчивость, возникающая под действием факторов среды называется модификационной, а сами изменения называются модификациями

Отличия модификаций от мутаций Мутации Случайны и не зависят от силы фактора Не адекватны вызвавшему их фактору Наследуются Сохраняются после прекращения действия фактора Модификации Зависят от силы фактора Адекватны вызвавшему их фактору Не наследуются Исчезают после прекращения действия фактора

Примеры адаптивных модификаций: загар, повышение числа эритроцитов в крови в горах (как приспособление к недостатку кислорода), развитие мышц при тренировке

Когда сила внешнего фактора велика, то возникают необратимые изменения, которые называют морфозы (не путать с ароморфозами). Морфозы не наследуются.

Факторы, влияющие на развитие зародыша и приводящие к нарушению развития, называются тератогены ( греч.teratos - чудовище + genes – рожденный)

Чувствительность зародыша к воздействиям цнс сердце глаза зубы руки ноги уши небо наружные гениталии

Примеры тератогенов Физические факторы – излучение, повышение температуры Химические факторы – дефицит йода, витаминов (особенно фолиевой кислоты), диабет у матери, алкоголь, талидомид, ретиноевая кислота и другие Биологические факторы – краснуха, герпес, сифилис, цитомегаловирус, токсоплазмоз и другие

1. Талидомидовая трагедия Талидомид седативное снотворное лекарственное средство, получившее широкую известность из-за своей тератогенности. В период с 1956 по 1962 годы в ряде стран мира родилось по разным подсчётам от 8000 до детей с врождёнными уродствами. Талидомидовая трагедия заставила многие страны пересмотреть существующую практику лицензирования лекарственных средств, ужесточив требования к лицензируемым препаратам. В настоящее время талидомид применяется для лечения проказы, а также множественной миеломы и других тяжёлых онкозаболеваний.

Механизм тератогенного воздействия талидомида Молекула талидомида существует в двух конформациях право- и левовращающей. Одна из них обеспечивает терапевтический эффект препарата, в то время как вторая является причиной его тератогенного воздействия. Этот изомер вклинивается в клеточную ДНК на участках, богатых G-C связями, и препятствует нормальному процессу транскрипции ДНК, необходимому для деления клеток и развития зародыша. Поскольку в организме формы талидомида способны переходить друг в друга, препарат, состоящий из одного очищенного изомера, не решает проблему тератогенного воздействия.

Две формы талидомида

Действие талидомида на зародыши обезьян: слева – норма, справа - талидомид

2. Ретиноевая кислота Ретиноевая кислота регулирует транскрипцию многих важных генов (в том числе гомеозисных, т.е. ключевых генов онтогенеза). При приеме ее препаратов регуляция транскрипции у зародыша нарушается.

13 цис-ретиноевая кислота, аналог витамина А, широко используется в косметологии, помогает в лечении язвенного колита и… …является тератогеном

Действие 13цис-ретиноевой кислоты на эмбрионы крыс Видно нарушение формирования 1 и 2 жаберных дуг

Алкоголь, принимаемый матерью во время беременности, приводит к фетальному алкогольному синдрому (синдрому алкогольного плода) Проявления фетального алкогольного синдрома – дерматит, мышечная гипотония, двигательная расторможенность, микроцефалия, проблемы с обучением.

Еще примеры тератогенного действия Теленок, родившийся от коровы, поевшей чемерицу Яйца паразитов- трематод, скопившись в задней части тела головастика дали расщепление почек задних конечностей

Гено и фенокопии Для врача важно отличать морфозы (модификации) от мутаций, так как прогноз для потомства отличается. Морфозы не наследуются, в отличие от мутаций. Когда одно и то же фенотипическое проявление может быть вызвано как мутациями, так и модификациями, говорят о гено- и фенокопиях.

Катаракта – помутнение хрусталика, может быть обусловлено мутацией или вызвано вирусом краснухи

Синдром алкогольного плода – это фенокопия аутосомно-рецессивного синдрома Дубовитца.

Аутосомно-рецессивный синдром Робертса может давать такую же картину, как и талидомид.

Сегодняшняя лекция представляется мне наиболее важной для будущих врачей, поскольку почти вся медицина – это модификационная изменчивость – попытка при помощи внешних воздействий повлиять на фенотип!

Спасибо за внимание! И успехов в овладении методами модификационной изменчивости!