В ЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ

В ЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ Полное доминирование Неполное доминирование Кодоминирование Плейотропия

П ЛЕЙОТРОПИЯ Достаточно широко распространено явление плейотропии влияния одного гена на развитие двух и более признаков. Классический «собачий» пример плейотропного влияния действие фактора Мерля, (локус М ; окраса собак). Аллель M в гетерозиготном состоянии Мm дает пятнистость типа «арлекин» характерную для догов. Аллель M в гетерозиготе Mm в сочетании с подпалом дает «мраморный» (blue-merle) окрас, типичный для колли и шелти. В гомозиготном состоянии ММ он ведет к рождению чисто белых щенков (white-merle) со значительными аномалиями органов чувств. Такие щенки часто погибают еще до рождения, а если и рождаются живыми, то их жизнеспособность резко снижена. Явление плейотропии объясняется тем, что гены плейотропного действия контролируют синтез ферментов, участвующих в многочисленных обменных процессах в клетке и в организме в целом и, тем самым, одновременно влияющих на проявление и развитие многих признаков.

П ЛЕЙОТРОПИЯ Некоторые гены вызывают столь сильные отклонения от нормы, что снижают жизнеспособность организма или даже приводят его к гибели. Такие гены называют летальными, то есть смертоносными, или сублетальными снижающими жизнеспособность. Так в случае скрещивания упоминавшихся выше черно-мраморных собак, гетерозиготных по фактору Мерля получается вместо ожидаемого соотношения 3:1, получается 2:1 т. е. 2 мраморных и 1 черная собаки Mm × Mm = ММ: 2Mm: mm, где ММ белая нежизнеспособная собака. Белые щенки чаще не рождаются вовсе, так как погибают задолго до рождения.

П ЛЕЙОТРОПИЯ Наследование мраморности типа «арлекин» у догов. Ген М h (фактор Мерля) доминантный с рецессивным летальным действием: 1 скрещивание мраморных догов между собой; 2 анализирующее скрещивание

П ЛЕЙОТРОПИЯ Плейотропный эффект характерен для большинства генов и, особенно, генных мутаций. Так, доминантная мутация, вызывающая арахнодактилию (синдром «паучьи пальцы») обусловливает, наряду с изменениями пальцев рук и ног, также вывихи хрусталика глаза и врождённые пороки сердца. Рецессивная мутация гена вызывает не только такое заболевание как галактоземия, но и ведёт к слабоумию, циррозу печени и слепоте. Плейотропные свойства проявляет также рецессивный ген фенилкетонурии: гомозиготные по этому гену люди отличаются от нормальных уровнем содержания фенилаланина в крови, коэффициентом умственного развития (IQ), размером головы, интенсивностью цвета волос.

В ЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ

К ОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ Соотношения в F 2 - 9:3:3:1 - 9:3:4 - 9:6:1 - 9:7 - 27:37

КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ В качестве примера комплементарности у собак обычно приводят взаимодействие генов локусов В и Е, определяющих окраску. соотношение 9 черных (Ч): 3 коричневых (К): 3 рыжих (Р): 1 палевая (П)

КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ Гены локуса В отвечают за синтез черного ( В) или коричневого ( b) пигмента. Гены локуса Е отвечают за распределение этих пигментов. Аллель Е способствует распространению черного или коричневого пигмента по всему телу собаки. Аллель е препятствуют их синтезу в шерстном покрове. Собаки с генотипом ее рыжие или желтые. Черный или коричневый пигмент при этом сосредоточен только на кожных покровах морды собаки. Формирование окраски собаки зависит от присутствия обоих пар генов. Собаки с генотипом ЕЕ или Ее черные или коричневые в зависимости от аллелей B или b. При Е-ВВ или Е-Bb собака черная, при E-bb коричневая. Собаки с генотипом ееВ- рыжие с черным носом. Собаки генотипа bbee обычно палевые или светло- желтые со светлым носом.

Э ПИСТАЗ доминантный эпистаз (АА>ВВ, или АА>вв). (в F : 3; 12 : 3 : 1 ) рецессивный эпистаз (аа > Вв; аа>ВВ или аа > вв) - когда эпистатируют рецессивные аллели, (бомбейский феномен) в F 2 12:3:1 или 13:1 или 9:3:4.

Э ПИСТАЗ Задача: У человека врожденная глухота может определяться генами d и e. Для нормального слуха необходимо наличие в генотипе двух доминантных аллелей (D и E). Определите генотипы родителей в семье, где оба родителя глухие, а их семеро детей имеют нормальный слух.

Э ПИСТАЗ Решение задачи Обозначение генов: D – ген, определяющий наличие слуха только в присутствии гена - E d и e – гены, определяющие глухоту Ответ. Генотипы родителей: Ddee и Eedd

П ОЛИМЕРИЯ кумулятивная - степень проявления признака зависит от числа доминантных генов в генотипе (соотношения в F2 - 1:4:6:4:1); некумулятивная - степень выраженности признака при любом числе доминантных аллельных генов в генотипе будет одинаково (соотношения в F2 - 15:1; 63:1) явление трансгрессии - выщепление форм с более сильным или более слабым выражением признака, чем имели обе родительские формы модифицирующее действие генов - олигогены – гены основного действия - гены модификаторы усиливают или ослабляют действие основного гена (работают только в доминантном состоянии, в рецессивном не оказывают никакого действия) экспрессия – степень выраженности признака зависит от условий внешней среды

П ОЛИМЕРИЯ КУМУЛЯТИВНАЯ

П ОЛИМЕРИЯ НЕКУМУЛЯТИВНАЯ Наследование оперенности ног у кур. От скрещивания пород, имеющих оперенные и неоперенные ноги, в F 1 появляются цыплята с оперенными ногами. Во втором поколении происходит расщепление по фенотипу в отношении 15/16 с оперенными ногами и 1/16 неоперенными. Порода с оперенными ногами гомозиготна по двум парам доминантных аллелей с однозначным действием. Гибриды F 1 имеют генотип A 1 А 2 a 1 а 2. Доминантные аллели каждого из двух генов действуют качественно однозначно, т.е. определяют оперенность ног. Поэтому генотипы A 1 -А 2 - (9/16), А 1 -a 2 a 2 (3/16), и a 1 a 1 А 2 - (3/16) соответствуют фенотипу с оперенными ногами, а генотип а 1 а 1 а 2 а 2 (1/16) – с неоперенными.

ЯВЛЕНИЕ ТРАНСГРЕССИИ А1А2А1А2 А1а2А1а2 а1А2а1А2 а1а2а1а2 А1А2А1А2 А1а2А1а2 а1А2а1А2 а1а2а1а2 гибель

МОДИФИЦИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ Неженность (наличие гена модификатора) Пенетрантность - способность данного гена проявлять себя фенотипически. Пенетрантность указывает, у какой доли особей в популяции проявляется данный признак Пенетрантность определяется по проценту особей в популяции, имеющих мутантный фенотип. При полной пенетрантности (100%) мутантный ген проявляет свое действие у каждой особи. При неполной пенетрантности (меньше 100%) ген проявляется фенотипически не у всех особей.

МОДИФИЦИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ Так, у мышей известна рецессивная мутация изогнутости хвоста, называемая "поросячий хвост". Установлено, что в скрещивании, где оба родителя имели "поросячий хвост" и, следовательно, были гомозиготными по этому признаку, рождались мыши с нормальными хвостами. При разведении таких нормальных по фенотипу мышей "в себе" у них рождались мышата, имеющие изогнутый хвост. Пенетрантность этого признака у их потомков составляла 16,7%, а у потомства родителей, имевших "поросячий хвост", 24%. Таким образом, этот признак может быть охарактеризован как рецессивный с неполной пенетрантностью. ген белого окраса кошек W оказывается полностью пенетрантным в отношении окраса (100%) и не полностью пенетрантным в отношении сопутствующих белому окрасу голубоглазости (около 70%) и глухоты (около 40%). закручивание перьев у кур; чёрно-пёстрая окраска скота;

З АДАЧА Подагра обусловлена доминантным аутосомным аллелем. По некоторым данным (В.П.Эфроимсон, 1968) пенетрантность этого аллеля у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю. Какова вероятность заболевания ребенка подагрой в семье у гетерозиготных родителей?

З АДАЧА подагра – доминантный аутосомный ген А – подагра П – пенетрантность П = 20% П = 0 % Р А а × А а G А А а F 1 А А : А а : а а вероятность гена подагры ¾ части F 1

З АДАЧА - ½ из поколения: ¾ · ½ · 20% = 7,5 % вероятность проявления подагры у мальчиков = 7,5 %

ЭКСПРЕССИЯ Например, на всех растениях пшеницы, гомозиготных по гену, обусловливающему отсутствие остей, развиваются безостые колосья. У кроликов и некоторых других животных известен рецессивный ген гималайской («горностаевой») окраски, обусловливающей своеобразную пятнистость меха (на белом или светлом фоне кончики лап, ушей, морды и хвоста имеют чёрную окраску). Однако такая окраска развивается только при выращивании молодняка гималайской породы при умеренных температурах. При повышенной температуре весь мех у особей того же гималайского генотипа оказывается белым, а при пониженной чёрным. Этот пример указывает на то, что на Э. влияют факторы внешней среды, в данном случае температуры.

Н АСЛЕДОВАНИЕ ГРУПП КРОВИ В 1928 гигиенической комиссией Лиги Наций утверждена буквенная номенклатура групп крови используемая во всём мире (система AB0). Принадлежность к той или иной группе крови определяют содержащиеся в эритроцитах факторы А и В (антигены, или агглютиногены) и обнаруживаемые в плазме крови факторы α и β (антитела, или агглютинины). У одной группы людей эритроциты не содержат агглютиногенов А и В, а в сыворотке обнаруживаются агглютинины α и β. Эта группа считается I, или 0αβ. У людей с кровью II группы в эритроцитах содержится агглютиноген А, а в плазме агглютинин β; буквенное обозначение Аβ. В эритроцитах III группы крови содержится агглютиноген В, а в плазме агглютинин α; буквенное обозначение Вα. IV группе крови, содержащая в эритроцитах агглютиногены А и В, агглютининов в плазме не содержит, её обозначение AB0.

Б ОМБЕЙСКИЙ ФЕНОМЕН У человека группы крови АВО контролируются тремя аллелями одного гена. В популяции встречается редкий мутантный аллель h независимого гена, который в гомозиготном состоянии подавляет действие аллелей А и В, что приводит к фенотипическому проявлению первой группы крови. В Индии была описана семья, в которой родители имели вторую и первую группу крови. Оба родителя были гомозиготными по группам крови. Определите возможные фенотипы детей.

К АК НАСЛЕДУЕТСЯ ГРУППА КРОВИ Генов, отвечающих за группу крови, бывает три вида – А, В, и 0 (три аллеля). Каждый человек имеет два гена группы крови – один, полученный от матери (А, В, или 0), и второй, полученный от отца (А, В, или 0). Возможно 6 комбинаций: гены группа А; АА 2 0В; ВВ 3 АВ 4

С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ БИОХИМИИ КЛЕТКИ Антигены групп крови На поверхности наших эритроцитов имеются углеводы – «антигены Н», они же «антигены 0». (На поверхности эритроцитов имеются гликопротеины, обладающие антигенными свойствами. Они называются агглютиногены.)

Ген А кодирует фермент, который превращает часть антигенов Н в антигены А. (Ген А кодирует специфическую гликозилтрансферазу, которая присоединяет остаток N-ацетил-D-галактозамина к агглютиногену, при этом получается агглютиноген А). Ген В кодирует фермент, который превращает часть антигенов Н в антигены В. (Ген В кодирует специфическую гликозилтрансферазу, которая присоединяет остаток D-галактозы к агглютиногену, при этом получается агглютиноген В). Ген 0 не кодирует никакого фермента.

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГЕНОТИПА, УГЛЕВОДНАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ НА ПОВЕРХНОСТИ ЭРИТРОЦИТОВ БУДЕТ ВЫГЛЯДЕТЬ ТАК : гены специфические антигены на поверхности эритроцитов группа крови буквенное обозначение группы А0 А2А АА В0 В3В ВВ АВА и В4АВ

Г РУППЫ КРОВИ Группа крови (междунар./р ос.) Частота в популяции Агглютиногены (антигены) в эритроцитах Агглютинины (антитела) в плазме 0 / I35%Нетальфа и бетта А / II36%Абетта В / III22%Вальфа АВ / IV7%АВнет

Б ОМБЕЙСКИЙ ФЕНОМЕН Возникает в том случае, если у человека на эритроцитах не образуется «исходного» антигена Н. В таком случае человек не будет иметь ни антигенов А, ни антигенов В даже при наличии необходимых ферментов. Ну, придут великие и могучие ферменты превращать Н в А... а превращать-то нечего, Н нет!

Р ЕЦЕССИВНЫЙ ЭПИСТАЗ Исходный антиген Н кодируется геном, который немудрёно обозначается Н. Н – ген, кодирующий антиген Н, не подавляющий действие аллелей по группам крови. h – рецессивный ген, антиген Н не образуется, подавитель аллелей по группам крови (в гомозиготном состоянии - hh). Пример: человек с генотипом АА должен иметь 2 группу крови. Но если он будет ААhh, то группа крови у него будет первая, потому что антиген А не из чего сделать. Впервые эта мутация была обнаружена в Бомбее, осюда и название. В Индии она встречается у одного человека из , на Тайване – у одного из В Европе hh встречается очень редко – у одного человека из двухсот тысяч (0,0005%).

П РИМЕР РАБОТЫ БОМБЕЙСКОГО ФЕНОМЕНА 1: если один родитель имеет первую группу крови, а другой – вторую, то ребенок не может иметь четвёртую группу, потому что ни у одного из родителей нет необходимого для 4 группы гена В. Родитель 00 (1 группа) Родитель АА (2 группа) А 0 А0 (2 группа) Родитель 00 (1 группа) Родитель А0 (2 группа) А0 0 А0 (2 группа) 00 (1 группа)

БОМБЕЙСКИЙ ФЕНОМЕН : Родитель BBhh (1 группа) Родитель ААHH (2 группа) АH Bh ABHh (4 группа) Фокус в том, что первый родитель, несмотря на свои гены ВВ, не имеет антигенов В, потому что их не из чего делать. Поэтому, не смотря на генетическую третью группу, с точки зрения переливания крови группа у него первая.

П РИМЕР РАБОТЫ БОМБЕЙСКОГО ФЕНОМЕНА 2. Если оба родителя имеют 4 группу, то у них не может получиться ребенок 1 группы. Родитель АВ (4 группа) АВ А АА (2 группа) АВ (4 группа) В ВВ (3 группа)

БОМБЕЙСКИЙ ФЕНОМЕН Родитель АВHh (4 группа) Родитель ABHh (4 группа) АHAhBHBh AH AAHH (2 группа) AAHh (2 группа) ABHH (4 группа) ABHh (4 группа) Ah AAHH (2 группа) АAhh (1 группа) ABHh (4 группа) АBhh (1 группа) BH АBHH (4 группа) ABHh (4 группа) BBHH (3 группа) BBHh (3 группа) Bh ABHh (4 группа) ABhh (1 группа) АBHh (4 группа) BBhh (1 группа)

Ц ИС - ПОЛОЖЕНИЕ А И В У человека с 4 группой крови во время кроссинговера может произойти ошибка (хромосомная мутация), когда в одной хромосоме окажутся оба гена – и А, и В, а в другой хромосоме не будет ничего. Соответственно, и гаметы у такого АВ получатся странные: в одной будет АВ, а в другой – ничего.

Ц ИС - ПОЛОЖЕНИЕ А И В Что могут предложить другие родители Родитель-мутант АВ- 0 АВ0 (4 группа) 0- (1 группа) А ААВ (4 группа) А- (2 группа) В АВВ (4 группа) В- (3 группа)

Ц ИС - ПОЛОЖЕНИЕ А И В Конечно же, хромосомы, содержащие АВ, и хромосомы, не содержащие совсем ничего, будут выбраковываться естественным отбором, т.к. они будут с трудом конъюгировать с нормальными, немутантными хромосомами. Кроме того, у детей ААВ и АВВ может наблюдаться генный дисбаланс (нарушение жизнеспособности, гибель зародыша). Вероятность встретить мутацию цис-АВ оценивается примерно в 0,001% (0,012% цис-АВ относительно всех АВ).

П РИМЕР ЦИС -АВ. Если один родитель имеет 4 группу, а другой первую, то у них не могут получиться дети ни 1, ни 4 группы. Родитель 00 (1 группа) Родитель АВ (4 группа) АВ 0 А0 (2 группа) В0 (3 группа)

М УТАЦИЯ ЦИС -АВ : Родитель 00 (1 группа) Родитель-мутант АВ (4 группа) АВ-АВ 0 АВ0 (4 группа) 0- (1 группа) А0 (2 группа) В0 (3 группа) Вероятность рождения детей, заштрихованных серым, конечно же, меньше – 0,001%, как и договаривались, а остальные 99,999% приходятся на 2 и 3 группы. Но всё- таки эти доли процента «следует учитывать при генетическом консультировании и судебно- медицинской экспертизе».

Л ИТЕРАТУРА лекция В.И. Никитиной (доктор с/х наук) htm htm katalog.de/index.php?option=com_content&task= view&id=76&lang=en&limitstart=2 katalog.de/index.php?option=com_content&task= view&id=76&lang=en&limitstart=2 genov.html genov.html htm htm