Генетика

Другим примером доминантного гена, локализованного в Х-хромосоме человека, может послужить ген, вызывающий дефект зубов, приводящий к потемнению эмали зубов. 

Так как гетерогаметный пол гемизиготен по сцепленным с  полом генам, то эти гены всегда проявляются  в их фенотипе, даже если они рецессивны. Большинство генов, имеющихся в Х-хромосоме, в Y-хромосоме отсутствует, однако определенную генетическую информацию она все-таки несет. Различают два типа такой информации: во-первых, содержащуюся в генах, присутствующих только в Y-хромосоме, и, во-вторых, в генах, присутствующих как в Y-, так и в Х-хромосоме (гемфрагический диатез). 

Y-хромосома передается  от отца всем его сыновьям, и только им. Следовательно, для  генов, содержащихся только в  Y-хромосоме, характерно голандрическое наследование, т.е они передаются от отца к сыну и проявляются у мужского пола. 

У человека в Y-хромосоме  содержатся по крайней мере три гена, один из которых необходим для  дифференциации семенников, второй требуется  для проявления антигена гистосовместимости, а третий оказывает влияние на размер зубов. Y-хромосома имеет немного признаков, среди которых есть патологические. Патологические признаки наследуются по параллельной схеме наследования (100%-ое проявление по мужской линии). К ним относят: 

облысение; 

гипертрихоз (оволосенение козелка ушной раковины в зрелом возрасте); 

наличие перепонок  на нижних конечностях; 

ихтиоз (чешуйчатость и пятнистое утолщение кожи).

Наследование  признаков, контролируемых полом. 
 

Имеется ряд  признак, контролируемых генами, расположенными в аутосомах, однако для проявления этих признаков необходима определенная среда, создаваемая генами, находящимися в половых хромосомах (например, гены, определяющие мужские признаки, находятся в аутосомах, и их фенотипические эффекты маскируются наличием пары Х-хромосом, в присутствии одной Х-хромосомы мужские признаки проявляются. Такие признаки называются обусловленными или контролируемыми полом. Появление лысины - аутосомно-доминантный признак, но проявляется практически только у мужчин при наследовании, контролируемом полом, у женщин подавляются гены, детерминирующие рост бороды. 

Сцепленное наследование признаков. 
 

Все ситуации и  примеры, обсуждавшиеся до сих пор, относились к наследованию генов, находящихся  в разных хромосомах. Как выяснили цитологи, у человека все соматические клетки содержат по 46 хромосом. Поскольку человек обладает тысячами различных признаков - таких, например, как группа крови, цвет глаз, способность секретировать инсулин, - в каждой хромосоме должно находиться большое число генов.  

Гены, лежащие  в одной и той же хромосоме, называют сцепленными. Все гены какой-либо одной хромосомы образуют группу сцепления; они обычно попадают в  одну гамету и наследуются вместе. Таким образом, гены, принадлежащие  к одной группе сцепления, обычно не подчиняются менделевскому принципу независимого распределения. Поэтому при дигибридном скрещивании они не дают ожидаемого отношения 9:3:3:1. В таких случаях получаются самые разнообразные соотношения. У дрозофилы гены, контролирующие окраску тела и длину крыла, представлены следующими парами аллелей (назовем соответствующие признаки): серое тело - черное тело, длинные крылья - зачаточные (короткие) крылья. Серое тело и длинные крылья доминируют. Ожидаемое отношение фенотипов в F2 от скрещивания между гомозиготой с серым телом и длинными крыльями и гомозиготой с черным телом и зачаточными крыльями должно составить 9: 3: 3: 1. Это указывало бы на обычное менделевское наследование при дигибридном скрещивании, обусловленное случайным распределением генов, находящихся в разных, негомологичных хромосомах. Однако вместо этого в F2 были получены в основном родительские фенотипы в отношении примерно 3: 1. Это можно объяснить, предположив, что гены окраски тела и длины крыла локализованы в одной и той же хромосоме, т.е. сцеплены.  

Практически, однако, соотношение 3:1 никогда не наблюдается, а возникают все четыре фенотипа. Это объясняется тем, что колкое сцепление встречается редко. В  большинстве экспериментов по скрещиванию  при наличии сцепления помимо мух с родительскими фенотипами обнаруживаются особи с новыми сочетаниями признаков. Эти новые фенотипы называют рекомбинантными. Все это позволяет дать следующее определение сцепления: два или более генов называют сцепленными, если потомки с новыми генными комбинациями (рекомбинанты) встречаются реже, чем родительские фенотипы.  
 

Генетические  исследования, проводившиеся в начале нашего века, в основном были направлены на выяснение роли генов в передаче признаков. Работы Моргана с плодовой мушкой Drosophila melanogaster показали, что большинство фенотипических признаков объединено у нее в четыре группы сцепления и признаки каждой группы наследуются совместно. Было замечено, что число групп сцепления соответствует числу пар хромосом.  

Изучение других организмов привело к сходным результатам. При экспериментальном скрещивании разнообразных организмов обнаружилось, что некоторые группы сцепления больше других (т.е. в них больше генов). Изучение хромосом этих организмов показало, что они имеют разную длину. Морган доказал наличие четкой связи между этими наблюдениями. Они послужили дополнительными подтверждениями локализации генов в хромосомах.  

Хромосомная теория наследственности. 
 

В работах на плодовой мушке Drosophila melanogaster было установлено, что гены по признаку совместной их передачи потомкам подразделяются на 4 группы. Число таких групп сцепления равно количеству хромосом в гаплоидном наборе. Можно заключить, что развитие признаков, которые наследуются сцепленно, контролируется генами одной хромосомы. Этот вывод обосновывается также данными следующих наблюдений. Скрещивание серой мухи (В) с нормальными крыльями (V) и черной мухи (в) с зачаточными крыльями (v) дает в 1-ом поколении серых гибридов с нормальными крыльями . При скрещивании самца-гибрида 1-го поколения с черной самкой с зачаточными крыльями рождаются особи 2 видов, аналогичных исходным родительским формам, причем в равном количестве. 

Полученные в  проведенных скрещиваниях данные нельзя объяснить независимым наследованием  признаков. Рассматриваемые совместно результаты обоих скрещиваний убеждают в том, что развитие альтернативных признаков контролируется различными генами, и сцепленное наследование этих признаков объясняется локализацией генов в одной хромосоме. 

Основные положения хромосомной теории наследственности, сформулированной Т.Г. Морганом, заключаются в следующем. 

Гены располагаются  в хромосомах; различные хромосомы  содержат неодинаковое число генов  каждой из негомологичных хромосом уникален. 

Аллельные гены занимают определенные и идентичные локусы гомологичных хромосом. 

В хромосоме  гены располагаются в определенной последовательности по ее длине в  линейном порядке. 

Гены одной  хромосомы образуют группу сцепления, благодаря чему имеет место сцепленное наследование некоторых признаков; сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами. 

каждый биологический  вид характеризуется специфичным  набором хромосом кариотипом.

Механизм сцепления. 
 

Гены, локализованные в одной хромосоме, называют группой  сцепления. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом.  

Если две сцепленные пары генов находятся в одной  гомологичной паре хромосом, то генотип  запишется . 

Проведем скрещивание  двух организмов различающихся по двум парам признаков, например 

Р  х  

F1  

Скрещивая гибриды 1-го поколения, получим 

 х  

F1 

1:2:1. 

Гены, находящиеся  в одной паре гомологичных хромосом, наследуются вместе и не расходятся в потомстве, так как при гаметогенезе они обязательно попадают в одну гамету. Совместное наследование генов, ограничивающее свободное их комбинирование называют сцеплением генов. Для наследования сцепленных генов, находящихся в половых хромосомах, имеет значение направление скрещивания. 

Нужно иметь  ввиду, что кроме истинного сцепления, могут встречаться явления, внешне сходные со сцеплением, нот отличные от него по природе: это так называемое ложное, межхромосомное сцепление, возникающее из-за нарушения свободного комбинирования негомологичных хромосом в мейозе. Такие случаи наблюдались в скрещиваниях линий лабораторных мышей и дрожжей. Предполагается, что такое сцепление между генами разных хромосом обязано тенденции последних к неслучайному расхождению в мейозе. Сцепленное наследование генов негомологичных хромосом обнаруживается также при межвидовых скрещиваниях в тех случаях, когда родительская комбинация хромосом оказывается физиологически совместимой. Ложное сцепление следует отличать от истинного сцепления генов, находящихся в одной хромосоме - в одной группе сцепления.

Кроссинговер. 
 

Если гены находятся  в одной хромосоме и всегда передаются вместе говорят о полном сцеплении. Чаще встречается неполное сцепление. Нарушения сцепления  объясняется кроссинговером, который  является обменом удентичных участков гомологичных хромосом, в которых расположены аллельные гены. Запись  означает, что в одной аутосоме находится доминантный ген 1-ой пары альтернативных признаков и рецессивный ген 2-ой. А в другой аутосоме наоборот. В половых хромосомах  y-хромосома не несет этих генов. Кроме сцепления генов, здесь идет сцепление с полом. 

Кроссовер - гамета, которая претерпела процесс кроссинговера. Частота вступления генов в кроссинговер прямо пропорциональна расстоянию между ними, поэтому число гамет  с новыми комбинированными формами  будет зависеть от расстояния между генами. Расстояние вычисляется в морганидах, но если речь идет о кроссинговере, то расстояние вычисляется в % 

. 

Одной морганиде  соответствует 1% образования гамет, в которых гомологичные хромосомы  обмениваются своими участками. 50М - максимальное расстояние между генами, на котором возможен кроссинговер. Если гены расположены друг от друга на расстоянии, большем 50М, то наблюдается явление независимого наследования. На основании частот кроссинговера строится карта группы сцепления. 

Кроссинговер может происходить не только во время мейоза, но и митоза, тогда его называют митотическим кроссинговером. Частота митотического кроссинговера значительно ниже мейотического. Тем не менее ег также можно использовать для генетического картирования.  

Мейотический  кроссинговер осуществляется после  того, как гомологичные хромосомы  в зиготенной стадии профазы I соединяются  в пары, образуя биваленты. В профазе I каждая хромосома преджставлена  двумя сестринскими хроматидами, и  перекрест происходит между хроматидами.  

Приняв положения, что 1) генов в хромосоме может  быть много, 2) гены расположены в  хромосоме в линейном порядке, 3) каждая аллельная пара занимает определенные и идентичные локусы в гомологичных хромосомах, Т. Морган допустил, что  перекрест между хроматидами гомологичных хромосом может происходить одновременно в нескольких точках кроссинговер, происходящий лишь в одном месте, называют одиночным кроссинговером, в двух точках одновременно - двойным, в трех - тройным и т.д., т.е. кроссинговер может быть множественным. 

Пусть, например, в гомологичной паре хромосом содержатся три пары аллелей в гетерозиготном состоянии 
 
 

Тогда перекрест, произошедший только в участке между  генами А и В или между В  и С, будет одинарным. В результате одинарного перекреста возникают в каждом случае только две кроссоверные хромосомы 

aBC и Abc или  Abc и aBC. 

Каждый двойной  кроссинговер возникает благодаря  двум независимым одинарным разрывам в двух точках. Таким образом, двойные  кроссинговеры сокращают регистрируемое расстояние между генами. 

Вместе с тем  между обменами на соседних участках хромосом существует взаимовлияние, названное  интерференцией. Такое взаимовлияние  можно выразить количественно. Для  этого составляют реально наблюдаемую  частоту двойных кроссинговеров с частотой, теоретически ожидаемой на основе предположения о том, что обмены на соседних участках происходят независимо друг от друга. Степень и характер интерференции измеряется величиной коинциденции (С). Коинциденцию оценивают как частное от деления реально наблюдаемой частоты двойных кроссоверов на теоретически ожидаемую частоту двойных кроссоверов. Последнюю величину получают, перемножая частоты кроссинговера на соседних участках. 

Величину интерференции (I) определяют по формуле I=1-C. Если С<1, то интерференция положительная, т.е. одинаковый обмен препятствует обмену на соседнем участке хромосомы. Если С>1, то интерференция отрицательная, т.е. один обмен как бы стимулирует дополнительные обмены на соседних участках. В действительности существует только положительная интерференция при реципрокной рекомбинации - кроссинговере, а кажущееся неслучайным совпадение двух и более обменов, характерное для очень коротких расстояний - результат нереципрокных событий при рекомбинации.