Основные закономерности наследственности, установленные Г. Менделем. Моногибридное и дигибридное скрещивания

Биология. Справочные материалы

генетика, Гетерозиготы, Гомозиготы, Мендель

Генетика — наука, изучающая закономерности двух основных свойств живых организмов — наследственности и изменчивости (о наследственности и изменчивости см. в главе «Дарвинизм»).

Основоположником генетики является чешский ученый Грегор Мендель (1822 — 1884), проводивший в г. Брно опыты по скрещиванию различных форм гороха. Наблюдая за полученными гибридами, он установил ряд законов наследования, положивших начало генетике, и разработал метод гибридологического анализа, ставший основным ее методом.

Грегор Мендель

Метод гибридологического анализа предусматривает скрещивание особей с контрастными (альтернативными) признаками (например, цветки у одной особи гороха красные, у другой — белые и т. д.

); анализ проявления у гибридов только исследуемых признаков, без учета остальных; выращивание и анализ потомства каждой особи отдельно от других; ведение количественного учета гибридов, различающихся по исследуемым признакам. При гибридологическом анализе пользуются следующими общепринятыми символами.

Родительские организмы, взятые для скрещивания, обозначают буквой Р (от лат.

«парента» — родители); женский пол — знаком — «зеркало Венеры», при записи схемы скрещивания его ставят первым; мужской — «щит и копье Марса», его пишут вторым; скрещивание обозначают знаком умножения « X »; гибридное потомство обозначают латинской буквой F (от лат. «филие» — дети) с цифрой, соответствующей порядковому номеру поколения: F1, F2 и т. д.

В своих опытах Мендель использовал различные типы скрещиваний.

Моногибридное скрещивание

Оно наиболее простое, так как родители отличаются друг от друга по одному признаку (например, по окраске цветков гороха — красной и белой) (64).

При анализе гибридов F1, Мендель установил, что все особи имеют одинаковые признаки. При этом проявляется только признак одного родителя — красные цветки, признак другого (белые цветки) отсутствует.

Признак, проявляющийся в F1, он назвал доминантным (преобладающим); признак отсутствовавший — рецессивным (отступающим).

Эта закономерность в генетике получила название закона доминирования или закона единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя).

Процесс самоопыления

Проводя самоопыление гибридов F1, Мендель установил, что в F2 появляются особи как с доминантным признаком (красные цветки), так и с рецессивным (белые цветки) в отношении 3:1. Это явление получило название закона расщепления гибридов второго поколения или второго закона Менделя.

Для объяснения наблюдаемых закономерностей Мендель выдвинул гипотезу чистоты гамет, предположив следующее:

Любой признак формируется под влиянием материального фактора (позднее названного геном). Фактор, определяющий доминантный признак, он обозначил заглавной буквой А, а рецессивный — а.

Каждая особь содержит два фактора, определяющих развитие признака, из которых один она получает от матери, другой — от отца.

При образовании гамет происходит редукция факторов, и в каждую гамету попадает только один.

Согласно этой гипотезе, ход моногибридного скрещивания записывают так:

При любых сочетаниях гамет все гибриды имеют одинаковые генотип и фенотип

Из данной схемы видно, что при любых сочетаниях гамет все гибриды имеют одинаковые генотип и фенотип и что гипотеза чистоты гамет правильно объясняет законы единообразия гибридов первого поколения и доминирования.

При образовании гамет у гибридов F1, 1/2 будет нести фактор А, а 1/2 — а. При самоопылении и равновероятном сочетании гамет при оплодотворении в F2 ожидается следующее: при самоопылении однородное, нерасщепляющееся потомство. Они в гомологичных хромосомах содержат одинаковые аллельные гены (АА или аа) и образуют один сорт гамет.

Гетерозиготы — особи, дающие расщепление. Они содержат разные аллели (Аа) и образуют два сорта гамет: с геном А и геном а.

Промежуточное наследование

Иногда у гибридов F1 не наблюдается полного доминирования.

Промежуточное наследование

В F2 расщепление по генотипу будет: 1 АА : 2 Аа : 1 аа, а по фенотипу: 3 краен. : 1 бел., таким, каким оно было в опыте, что говорит о достоверности гипотезы.

С открытием мейоза (40 лет спустя после работ Менделя) гипотеза чистоты гамет получила цитологическое подтверждение.

Например, высшие растения имеют диплоидный набор хромосом; после мейоза в каждую гамету попадает только одна из гомологичных хромосом, а следовательно, только один из аллельных генов.

Аллельными генами называют гены, расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом. Дальнейший процесс наследования можно проследить на схеме.

Гипотеза чистоты гамет ввела ряд генетических понятий.

Гомозиготы — особи, дающие их признаки носят промежуточный характер (65). Такое наследование называют промежуточным наследованием или неполным доминированием.

При неполном доминировании F2 расщепление по фенотипу и генотипу выражается одинаковым отношением 1:2:1.

Анализирующее скрещивание

При полном доминировании среди особей с доминантными признаками невозможно отличать гомозиготы от гетерозигот, а в этом часто возникает необходимость (например, чтобы определить, чистопородна или гибридна данная особь).

С этой целью проводят анализирующее скрещивание, при котором исследуемая особь с доминантными признаками скрещивается с рецессивной гомозиготой. Если потомство от такого скрещивания окажется однородным, значит, особь гомозиготна (ее генотип АА).

Если же в потомстве будет 50% особей с доминантными признаками, а 50% — с рецессивными, значит, особь гетерозиготна.

Анализирующее скрещивание

Дигибридное скрещивание

Чтобы определить, как будут наследоваться два (и более) признака одного родителя, Мендель проводил дигибридное скрещивание, в котором гомозиготные родители отличались друг от друга по двум признакам: окраске семян (желтая и зеленая) и форме семян (гладкая и морщинистая) (66).

Появление F1 особей с желтыми гладкими семенами свидетельствует о доминировании этих признаков и проявлении закона единообразия у гибридов F1. После их самоопыления в F2 появились особи четырех фенотипов. Два — сходные с родительскими (желтые гладкие и зеленые морщинистые), а два — новые, сочетающие признаки матери и отца (желтые морщинистые и зеленые гладкие).

Из этого видно, что при дигибридном скрещивании наблюдается независимое наследование признаков. Количественный анализ этих гибридов показывает, что дигибридное расщепление представляет собой два моногибридных расщепления, идущих независимо друг от друга. Оно выражается отношением 9:3:3:1, или (3:1)2.

Такой характер наследования получил название закона независимого наследования (распределения) признаков, или третьего закона Менделя. Согласно этому закону, расщепление по каждому признаку идет независимо от другого признака.

Независимое наследование признаков при дигибридном скрещивании обусловлено независимым поведением хромосом в мейозе при образовании гамет гибридами F1 (АаВв).

Оно выражается в том, что в анафазе I с одинаковой вероятностью к одному полюсу могут отойти либо обе материнские хромосомы, а к другому — обе отцовские, либо вместе с материнской хромосомой с геном А отойдет отцовская с геном в, а вместе с отцовской хромосомой с геном а — материнская с геном В.

Следовательно, гибриды из F1, (АаВв) с одинаковой вероятностью могут образовывать 4 типа гамет: АВ, ав, Ав и аВ.

Независимое наследование характерно только для тех признаков, гены которых находятся в разных хромосомах. Оно имеет огромное значение для эволюции, так как является источником комбинативной изменчивости и многообразия живых организмов.

Закономерности наследования, установленные Г. Менделем, их цитологические основы (моно- и дигибридное скрещивание)

Основные закономерности независимого наследования признаков были открыты Г. Менделем, который достиг успеха, применив в своих исследованиях новый на тот момент гибридологический метод.

Успех Г. Менделя был обеспечен следующими факторами:

удачным выбором объекта исследования (гороха посевного), который имеет короткий срок вегетации, является самоопыляемым растением, дает значительное количество семян и представлен большим количеством сортов с хорошо различимыми признаками;
использованием только чистых линий гороха, которые на протяжении нескольких поколений не давали расщепления признаков в потомстве;
концентрацией только на одном-двух признаках;
планированием эксперимента и составлением четких схем скрещивания;
точным количественным подсчетом полученного потомства.

Для исследования Г. Мендель отобрал только семь признаков, имеющих альтернативные (контрастные) проявления.

Уже в первых скрещиваниях он обратил внимание, что в потомстве первого поколения при скрещивании растений с желтыми и зелеными семенами все потомство имело желтые семена. Аналогичные результаты были получены и при исследовании других признаков.

Признаки, которые преобладали в первом поколении, Г. Мендель назвал доминантными. Те же из них, которые не проявлялись в первом поколении, получили название рецессивных.

Особи, которые давали расщепление в потомстве, получили название гетерозиготных, а особи, не дававшие расщепления, — гомозиготных.

Признаки гороха, наследование которых изучено Г. Менделем

Признак	Вариант проявления
Доминантный	Рецессивный
Окраска семян	Желтая	Зеленая
Форма семян	Гладкая	Морщинистая
Форма плода (боба)	Простой	Членистый
Окраска плода	Зеленая	Желтая
Окраска венчика цветка	Красная	Белая
Положение цветков	Пазушные	Верхушечные
Длина стебля	Длинный	Короткий

Скрещивание, при котором исследуется проявление только одного признака, называется моногибридным.

В таком случае прослеживаются закономерности наследования только двух вариантов одного признака, развитие которых обусловлено парой аллельных генов.

Например, признак «окраска венчика цветка» у гороха имеет только два проявления — красная и белая. Все остальные признаки, свойственные данным организмам, во внимание не принимаются и не учитываются в расчетах.

Схема моногибридного скрещивания такова:

Скрестив два растения гороха, одно из которых имело желтые семена, а другое — зеленые, в первом поколении Г.

Мендель получал растения исключительно с желтыми семенами, независимо от того, какое растение было выбрано в качестве материнского, а какое — отцовского. Такие же результаты были получены и в скрещиваниях по другим признакам, что дало Г.

Менделю основания сформулировать закон единообразия гибридов первого поколения, который также называют первым законом Менделя и законом доминирования.

Первый закон Менделя:
При скрещивании гомозиготных родительских форм, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения будут единообразны как по генотипу, так и по фенотипу.
А — желтые семена; а — зеленые семена.

При самоопылении (скрещивании) гибридов первого поколения оказалось, что 6022 семени имеют желтую окраску, а 2001 — зеленую, что примерно соответствует соотношению 3:1. Обнаруженная закономерность получила название закона расщепления, или второго закона Менделя.

Второй закон Менделя:

При скрещивании гетерозиготных гибридов первого поколения в потомстве будет наблюдаться преобладание одного из признаков в соотношении 3:1 по фенотипу (1:2:1 по генотипу).

Однако по фенотипу особи далеко не всегда удается установить ее генотип, поскольку как гомозиготы по доминантному гену (АА), так и гетерозиготы (Аа) будут иметь в фенотипе проявление доминантного гена.

Поэтому для организмов с перекрестным оплодотворением применяют анализирующее скрещивание — скрещивание, при котором организм с неизвестным генотипом скрещивается с гомозиготой по рецессивному гену для проверки генотипа.

При этом гомозиготные особи по доминантному гену расщепления в потомстве не дают, тогда как в потомстве гетерозиготных наблюдается равное количество особей как с доминантным, так и с рецессивным признаками:

Основываясь на результатах собственных экспериментов, Г. Мендель предположил, что наследственные факторы при образовании гибридов не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде.

Поскольку связь между поколениями осуществляется через гаметы, то он допустил, что в процессе их образования в каждую из гамет попадает только один фактор из пары (т. е. гаметы генетически чисты), а при оплодотворении пара восстанавливается.

Эти предположения получили название правила чистоты гамет.

Правило чистоты гамет:

При гаметогенезе гены одной пары разделяются, т. е. каждая гамета несет только один вариант гена.

Однако организмы отличаются друг от друга по многим признакам, поэтому установить закономерности их наследования возможно только при анализе двух и более признаков в потомстве.

Скрещивание, при котором рассматривается наследование и производится точный количественный учет потомства по двум парам признаков, называется дигибридным. Если же анализируется проявление большего числа наследственных признаков, то это уже полигибридное скрещивание.

Схема дигибридного скрещивания:

При большем разнообразии гамет определение генотипов потомков становится затруднительным, поэтому для анализа широко используется решетка Пеннета, в которую по горизонтали заносятся мужские гаметы, а по вертикали — женские. Генотипы потомков определяются сочетанием генов в столбцах и строках.

♀/♂	aB	ab
AB	AaBB	AaBb
Ab	AaBb	Aabb

Для дигибридного скрещивания Г. Мендель выбрал два признака: окраску семян (желтую и зеленую) и их форму (гладкую и морщинистую).

В первом поколении соблюдался закон единообразия гибридов первого поколения, а во втором поколении было 315 желтых гладких семян, 108 — зеленых гладких, 101 — желтое морщинистое и 32 зеленых морщинистых.

Подсчет показал, что расщепление приближалось к 9:3:3:1, но по каждому из признаков сохранялось соотношение 3:1 (желтые — зеленые, гладкие — морщинистые). Эта закономерность получила название закона независимого расщепления признаков, или третьего закона Менделя.

Третий закон Менделя:

При скрещивании гомозиготных родительских форм, отличающихся по двум и более парам признаков, во втором поколении будет происходить независимое расщепление данных признаков в соотношении 3:1 (9:3:3:1 при дигибридном скрещивании).

♀/♂	AB	Ab	aB	ab
AB	AABB	AABb	AaBB	AaBb
Ab	AABb	AAbb	AaBb	Aabb
aB	AaBB	AaBb	aaBB	aaBb
ab	AaBb	Aabb	aaBb	aabb

1aabb

зеленые морщинистые

Третий закон Менделя применим только к случаям независимого наследования, когда гены расположены в разных парах гомологичных хромосом. В тех случаях, когда гены расположены в одной паре гомологичных хромосом, действительны закономерности сцепленного наследования. Закономерности независимого наследования признаков, установленные Г. Менделем, также часто нарушаются и при взаимодействии генов.

Лекция 3. Наследование признаков при моногибридном, дигибридном и полигибридном скрещивании. Взаимодействие между генами. Пенетрантность и экспрессивность генов

ЛЕКЦИЯ 3.

Наследование признаков при моногибридном, дигибридном и полигибридном скрещивании. Взаимодействие между генами. Пенетрантность и экспрессивность генов.

Сущность законов наследования признаков у человека.
Генотип и фенотип.
Взаимодействие аллельных и неаллельных генов: полное и неполное доминирование, кодоминирование, эпистаз, комплементарность, полимерия, плейотропия.
Пенетрантность и экспрессивность генов у человека.

СОДЕРЖАНИЕ

Сущность законов наследования признаков у человека.

Основные закономерности наследования признаков в поколениях были открыты чешским исследователем Г. Менделем, опубликовавшим в 1866 г.

До Г. Менделя была общепринята теория так называемой «слитной» наследственности. Ее суть состояла в том, что при оплодотворении мужское и женское «начала» перемешивались «как краски в стакане воды», давая начало новому организму.

Г. Мендель заложил фундамент представлений о дискретном характере наследственного вещества и о его распределении при образовании половых клеток у гибридов.

Он в каждом эксперименте концентрировал внимание на одном признаке, а не на растении в целом, отбирал те признаки, по которым растения четко отличались.

Прежде чем скрещивать растения между собой он убеждался, что они принадлежат чистым линиям. Для этого Г.

Мендель в течение двух лет разводил различные сорта гороха, чтобы отобрать те линии, где признак всегда воспроизводился в потомстве из поколения в поколение (окраска семядолей, расположение цветков, длина растения и др.).

В первых опытах Г. Мендель принимал во внимание только одну пару признаков. Такое скрещивание носит название моногибридного.

Первоначально признаки называли аллелями. Позже слова «аллель» и «ген» стали употреблять как синонимы. Аллельные гены (гены, определяющие один и тот же признак) расположены в одном и том же локусе гомологичных хромосом. У одного диплоидного организма может быть не больше двух аллелей одного и того же гена. Напомним, что от каждого из родителей получен один ген.

Рисунок 16 Аллельные гены

Моногибридное скрещивание. При скрещивании растений, имеющих желтые семена, с растениями, имеющими зеленые семена в первом поколении гибридов, были получены растения только с желтыми семенами.

В потомстве не было переходных форм.

Они же в свою очередь, будучи скрещены между собой, дали потомство, состоящее из растений, как с желтыми, так и с зелеными семенами. Отношение желтых семян к зеленым было равно 3:1.

Путем обобщения ряда опытов по различным признакам гороха были сформулированы основные законы Менделя.
Закон доминирования или закон единообразия гибридов первого поколения.
При скрещивании особей, отличающихся друг от друга по одному признаку, в первом поколении гибридов получаются единообразные потомки, схожие только с одним из родителей.
Соответствующий признак другого родителя не проявляется.
Проявившийся в первом поколении гибридов признак называется доминантным, а непроявившийся – рецессивным признаком.
У человека типичным примером доминантного признака является брахидактилия (равномерное укорочение пальцев), а рецессивного – отсутствие фермента фенилаланингидроксилазы, приводящее к развитию тяжелого заболевания – фенилкетонурии.
Закон расщепления описывает появление во втором поколении гибридов особей с доминантными и рецессивными признаками в соотношении 3:1.

Читайте также: Бактерии, Биология

Г. Мендель ввел символы: А – для доминантного и а – для рецессивного признака, подразумевая, что сами признаки определяются дискретными факторами наследственности – задатками (позже они получили название гены).

Гаметы каждого из родителей несут по одному такому гену.

В опытах с горохом – в гаметах одного из родителей находится ген, обусловливающий желтую окраску семян, а другого – зеленую окраску семян. Такие соответствующие друг другу гены называются аллельными генами.

Аллель (от греч. а11е1оп – другой, иной) – одна из двух и более альтернативных форм гена, имеющая определенную локализацию на хромосоме и уникальную последовательность нуклеотидов.

Принято обозначать буквенными символами:

родительские организмы – Р,
первое поколение гибридов – F1 и второе поколение – F2 , полученное от скрещивания особей первого поколения между собой.

Родительские растения, принадлежащие к чистым линиям, имеют либо два доминантных (АА), либо два рецессивных (аа) аллеля и образуют только один тип гамет (А или а соответственно).

Такие организмы называют гомозиготными.

Все их потомство F1 будет нести как ген доминантного, так и ген рецессивного признака, т.е. оно будет гетерозиготным.

В буквенном изображении это выглядит следующим образом:

Если рассмотреть окраску семян гороха, то родительские желтые семена будут гомозиготами, в то время как желтые семена, полученные в результате скрещивания, будут гетерозиготами, т.е. они будут обладать разными генотипами (Аа).

У человека примером моногибридного скрещивания является большинство браков между гетерозиготными носителями рецессивных патологических аллелей, отвечающих за различные формы обменных нарушений (галактоземия, фенилкетонурия и др.)
Все описанное выше относится к наследованию альтернативных проявлений одного признака.
Дигибридное скрещивание.
Закон независимого наследования признаков: при ди- и полигибридных скрещиваниях гибридов каждая пара признаков наследуется независимо друг от других, расщепляясь в соотношении 3:1, и может независимо комбинироваться с другими признаками

В одном из опытов Г. Мендель скрещивал растения с круглыми желтыми (доминантные) семенами с растениями, семена которых были зелеными и морщинистыми (рецессивные).

Гены, обусловливающие круглую форму семян и их желтую окраску (обозначим их буквами К и Ж, соответственно), доминируют над своими аллелями, определяющими морщинистую форму (к) и зеленую окраску (ж).

Аналогичным примером скрещивания двух гетерозигот у человека может служить брак двух близоруких индивидов с нормальной пигментацией, так как у человека ген близорукости (А) доминирует над нормальным зрением (а), а ген, определяющий нормальную пигментацию (В), доминирует над альбинизмом (в).

В подобном браке оба родителя будут иметь генотип АаВв и образовывать четыре типа гамет: АВ, Ав, аВ, ав. Расщепление по фенотипу у детей будет следующим: 9 – близорукий, с нормальной пигментацией; 3 – близорукий, альбинос; 3 – нормальное зрение, нормальная пигментация; 1 – нормальное зрение, альбинос.

Но если рассматривать все потомство только по одной паре признаков, то оказывается что каждый признак расщепляется в соотношении 3:1, т.е. признаки ведут себя независимо.

Генотипом называют совокупность генов, характеризующую данный организм.

Фенотип – совокупность признаков, проявляющихся в результате действия генов в определенных условиях среды.

Взаимодействие аллельных и неаллельных генов: полное и неполное доминирование, кодоминирование, эпистаз, комплементарность, полимерия, плейотропия.

Взаимодействие аллельных генов
Такая форма взаимодействия аллельных генов, как доминантность и рецессивность представляет собой пример аллельных взаимодействий.
Однако вскоре после вторичного открытия законов Менделя были обнаружены факты, указывающие на существование других форм межгенных взаимоотношений в системе генотипа.
Так, оказалось, что доминирование одних признаков над другими представляет собой широко распространенное, но не универсальное явление.

В некоторых случаях имеет место неполное доминирование: гибрид F1 характеризуется признаком промежуточным между родительскими. Таким примером является появление цветков львиного зева розовой окраски при скрещивании цветков красного и белого цвета. В данном случае различия окраски обусловлены парой аллельных генов, в которых отсутствует доминирование.

Многие, может быть даже все, гены у разных организмов существуют более чем в двух аллельных формах, хотя один диплоидный организм не может быть носителем более двух аллелей.

Впервые множественные аллели были открыты в локусе white у дрозофилы Т. Морганом и его сотрудниками. Особенность аллельных отношений заключается в том, что аллели можно расположить в ряд в порядке убывания степени доминирования.

Так, ген красноглазости – дикого (наиболее распространенного в природе) типа – будет доминировать над всеми остальными аллелями. Всего их около 15-ти. Каждый последующий член серии аллелей будет доминировать над всеми остальными членами, кроме предыдущего.

Существование множественных аллелей само по себе указывает на относительный характер доминирования, как и на то, что оно проявляется в конкретных условиях среды.

Имеются случаи, когда отношения доминантности и рецессивности отсутствуют и оба аллеля проявляются в фенотипе. Здесь речь идет о кодоминировании.

Например, если один из родителей имеет группу крови А, а другой – В, то в крови их детей присутствуют антигены, характерные и для группы А, и для группы В. Такие гены носят название кодоминантных генов. Они представлены двумя и большим количеством аллелей.

Взаимодействие неаллельных генов: комплементарность, эпистаз и полимерия.
Примером комплементарного взаимодействия генов у человека является образование в иммунокомпетентных клетках организма специфического белка интерферона, связанного с взаимодействием двух неаллельных генов, локализованных в разных хромосомах.
Эпистаз– подавление одного гена другим, неаллельным геном.

Ген подавитель – супрессор, действует на подавляемый ген по принципу, близкому к доминантности, – рецессивности. Разница в том, что они не являются аллельными, т.е. занимают различные локусы в гомологичных и негомологичных Х-хромосомах.

Примером эпистаза у человека является так называемый «бомбейский фенотип». Известно, что наследование групп крови АВО у человека находится под контролем одного гена (I), у которого различают 3 аллеля – 1а, Ib, Io . Для реализации информации каждого аллеля необходимо присутствие доминантного аллеля Н другого генного локуса.

Если индивид является гомозиготой по Н-системе (т.е. hh), то аллель I b системы АВО не может проявить свое действие. Человек с генетической конституцией ВВ и ВО должен иметь III группу крови. Если же он одновременно является гомозиготой hh, то в реакции агглютинации у него аллель В не проявится, и человек будет распознан как имеющий первую группу крови.

Полимерия.
О полимерии говорят в случае наличия нескольких генов, одинаково влияющих на один признак.
Их действие чаще всего бывает суммирующимся

Проявление. такого действия будет зависеть от числа доминантных аллелей.

Так, при аддитивном действии фенотип будет более выражен при генотипе ААВВ, чем при АаВв. Например, пигментация кожи у человека варьирует от белой до черной. От браков между неграми и белыми рождаются дети с промежуточным цветом кожи, так называемые мулаты.

В случае браков между мулатами потомки могут обладать любой окраской кожи – от черной до белой.

Предполагается, что разница в пигментации кожи белых и чернокожих людей обусловлена действием трех или четырех неаллельных генов, каждый из которых в количественном отношении на окраску кожи влияет примерно одинаково.

Плейотропное действие генов- независимое или автономное действие гена в разных органах и тканях, другими словами – влияние одного гена на формирование нескольких признаков.

Первичная плейотропия обусловлена биохимическими механизмами действия мутантного белка или фермента – первичных продуктов мутантных аллелей. Для иллюстрации этого положения приведем примеры.

Мутантные аллели различных генов, контролирующих синтез коллагена и фибриллина, приводят к нарушению свойств соединительной ткани.
Поскольку соединительная ткань является основой всех органов и тканей, то понятно множественное влияние этих мутаций на клиническую картину (фенотип) при таких наследственных заболеваниях соединительной ткани, как, например, синдром Элерса-Данло и синдром Марфана, проявляющийся, в частности, характерными изменениями костной системы, пролапсом митрального клапана сердца, расширением дуги аорты, подвывихом хрусталика (вследствие слабости цинновой связки).
Другим примером является множественное поражение организма при нейрофиб-роматозе, когда результатом первичного плейотропного действия мутантного гена будет поражение нервной и костной систем, кожи и органа зрения и другие симптомы.
Еще одним примером первичного плейотропного действия гена можно считать характерные симптомы такого наследственного синдрома, как синдром Барде-Бидла, проявляющийся сочетанием ожирения, шестипалости кистей и/или стоп, недоразвитием половых органов, умственной отсталостью и характерным поражением органа зрения у больных индивидов.
Вторичная плейотропия – поражения организма может быть обусловлена осложнениями первичных патологических процессов, между которыми можно проследить взаимосвязь.
Пример, при одном из моногенных, аутосомно-рецессивно наследуемых заболеваний – муковисцидозе – наблюдается ошибка в синтезе трансмембранного белка, обеспечивающего ионный транспорт в клетках экзокринных желез.
Нарушение ионного транспорта Na и Cl ведет к формированию густой слизи в бронхах, экзокринной части поджелудочной железы и/или других экзокринных желез (половых и потовых), что влечет за собой вторичные воспалительные процессы, закупорку выводных протоков, нарушение переваривания пищи и развитие вторичных воспалительных процессов.

Пенетрантность и экспрессивность генов у человека.

Пенетрантность – вероятность проявления гена у его заведомых носителей. Если фенотипическое проявление наблюдают у всех носителей, говорят о полной, 100-процентной пенетрантности.

Однако при многих заболеваниях такого не происходит, а наблюдается неполная пенетрантность. В этих случаях говорят о предрасположенности (к диабету, шизофрении, сердечно-сосудистым заболеваниям и пр.); даже носитель соответствующего гена может быть здоров.

Современные методы диагностики позволяют во многих случаях выявить носительство дефектных генов.

Понятие экспрессивность отражает степень выраженности признака.

Экспрессивность гена характеризует разную степень выраженности заболевания при одном и том же генотипе.Экспрессивность гена характеризует разную степень выраженности заболевания при одном и том же генотипе.

Так, например, при одном из аутосомно-доминантных синдромов – синдроме Холт-Орама (синдром «рука-сердце») – характерное поражение костной системы может варьировать от незначительно недоразвитой лучевой кости до ее отсутствия с формированием лучевой косорукости.

Примером варьирующей экспрессивности заболевания являются также различия в тяжести течения такого частого наследственного аутосомно-доминантного заболевания, как нейрофиброматоз.

Очень часто даже в одной семье имеются больные с легким течением (наличием пигментных пятен, небольшого количества нейрофибром, «веснушек» в складках кожи) и тяжелым течением заболевания (с опухолями ЦНС, озлокачествлением нейрофибром и другими грозными симптомами).

Практическое занятие

Решение задач, моделирующих моногибридное, дигибридное, полигибридное скрещивание

Законы генетики, установленные Г. Менделем. Моногибридное и дигибридное скрещивание

Первый закон Менделя.

Наиболее удивительное свойство живой клетки – это её способность к передаче наследственных признаков потомству. Наука, изучающая материальные основы наследственности и изменчивости называется генетикой. Основателем генетики является чешский ученый Грегор Мендель. В 1865 году Мендель сформулировал законы, которые затем были названы его именем.

До Менделя были известны методы скрещивания живых существ, когда в результате получались животные и растения с признаками обоих родителей. Такие живые существа назывались и называются, по сей день – гибридами. Раньше считалось, что в гибридах признаки родителей просто и равномерно перемешаны.

Мендель усовершенствовал гибридологический метод: во-первых, он применил впервые математические методы обработки данных, что было не характерно для биологии 19 века; во-вторых, он очень удачно выбрал объект исследований – горох. Горох – самоопылитель, поэтому многие его сорта являются весьма чистыми генетическими линиями.

В своих опытах Мендель использовал сорта гороха, которые отличались по хорошо различимым признакам: цвет и форма семян, длина стебля, цвет и форма цветов и другие. Главное, что он изучал, как наследуется каждый конкретный признак, а не все сразу.

Он обнаружил следующее. В первом поколении гибридов(F1) все растения походили на одного из родителей. Например, при скрещивании сортов с зелёными и желтыми семенами все растения имели желтый цвет. Признак, который проявлялся в первом поколении гибридов, Мендель назвал доминантным, а который не проявлялся – рецессивным.

Смысл этих результатов стал ясен, когда Мендель получил второе поколение гибридов(F2), скрестив растения первого поколения. При этом оказалось, что во втором поколении у 75% потомков проявились доминантные признаки, у 25% – рецессивные.

По каждому из семи изученных признаков во втором поколении гибридов было получено соотношение доминантных признаков к рецессивным 3:1.

От скрещивания растений второго поколения с рецессивными признаками в третьем поколении(F3) были получены растения только с рецессивными признаками.

Потомство растений с доминантными признаками расщепилось по проявлению признаков: 1/3 дала потомство исключительно с доминантными признаками, а 2/3 – смешанное потомство, в котором соотношение числа растений с доминантными и рецессивными признаками составило 3:1.

Первый закон Менделя формулируется так. В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепления: четверть гибридов имеет рецессивный признак, три четверти – доминантный.

Гипотеза чистоты гамет.

В науке важно не только получить данные, но и правильно их объяснить. Заслуга Г. Менделя в том, что он правильно интерпретировал полученные результаты, опередив современную ему науку на 35 лет. Объяснение Менделя называют часто «гипотезой чистоты гамет», чем подчеркивают главную идею, положенную в это объяснение. В современных терминах основные положения этой гипотезы звучат так.

1. Из поколения в поколение передаются не признаки, а гены, контролирующие их развитие.

2.Развитие каждого признака контролируется двумя генами: один из них от отца, а другой от матери. Два таких гена называют аллельными.

Аллели могут быть тождественными, как это имеет место у родителей, происходящих из стабильных и проверенных в течение многих поколений чистых линий. Особи, у которых аллельные гены одинаковы, называются гомозиготными.

Гены гибрида различны, чаще всего проявляется только один из них – доминантный, реже возможно промежуточное наследование. Особи, у которых аллельные гены различны, называют – гетерозиготами.

3. Два различных гена гибрида – доминантный и рецессивный – существуют в нём, не сливаясь, не смешиваясь и не разбавляясь. Передача генов последующим поколениям не зависит от того, осуществил ли ген свое действие в развитии особи или контролируемый им признак оказался подавленным.

4. При образовании половых клеток гибрида в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары. Гаметы с рецессивными и доминантными генами образуются в равном числе и обладают равной жизнеспособностью. Встреча и слияние гамет при оплодотворении не зависят от задатков, которые они несут.

Совокупность внешних признаков, которыми проявляются гены, называют фенотипом, а генетическую конституцию генотипом.

Второй закон Менделя.

Мендель провел опыты по скрещиванию сортов гороха, отличающихся более чем одним признаком. Если первую серию опытов принято называть моногибридным скрещиванием, то эти опыты принято называть дигибридным скрещиванием.

Как и в первой серии опытов, он использовал две чистые линии, которые при самоопылении давали потомство тождественное родительской форме. Одна из скрещиваемых линий имела круглые желтые семена, а другая – морщинистые, зелёные.

Поскольку гены, определяющие круглую форму и желтый цвет семян, доминируют, то всё потомство в первом поколении гибридов имело желтые и круглые семена.

Однако при скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении происходило расщепление признаков и наряду с исходными формами – желтыми, гладкими и зелеными, морщинистыми – появились смешанные фенотипы – желтые, морщинистые и зеленые, гладкие.

И эти результаты Мендель смог объяснить, исходя из предположения о существовании генов.

Для этого ему пришлось сделать допущение, что при образовании половых клеток гены разных аллельных пар передаются независимо друг от друга.

Соотношение между фенотипами во втором поколении дигибридного скрещивания было следующим: 9(круглые, желтые): 3(круглые, зеленые): 3(морщинистые, желтые): 1(зеленые, морщинистые).

Этот феномен независимого распределения получил название второго закона Менделя. Его формулируют так. Расщепление в каждой паре генов идет независимо от других пар генов.

Поэтому дигибридное скрещивание можно рассматривать как два независимых моногибридных. Правда в дальнейшем мы сможем убедиться, что существует масса исключений из этого правила, которые подтверждают этот закон.