Плейотропия

Плейотропное действие генов - это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена. В дрозофилы ген белого цвета глаз одновременно влияет на цвет тела, длины, крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни. У человека известна наследственная болезнь - арахнодактилия ("паучьи пальцы"-очень тонкие и длинные пальцы), или болезнь Марфана. Ген, отвечающий за эту болезнь, вызывает нарушение развития соединительной ткани и одновременно влияет на развитие нескольких признаков: нарушение строения хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе.
Плейотропное действие гена может быть первичным и вторичным. При первичной плейотропии ген проявляет свой множественный эффект. Например, при болезни Хартнупа мутация гена приводит к нарушению всасывания аминокислоты триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. При этом поражаются одновременно мембраны эпителиальных клеток кишечника и почечных канальцев с расстройствами пищеварительной и выделительной систем.
При вторичной плейотропии есть один первичный фенотипний проявление гена, вслед за которым развивается ступенчатый процесс вторичных изменений, приводящих к множественным эффектам. Так, при серповидно клеточной анемии у гомозигот наблюдается несколько патологических признаков: анемия, увеличенная селезенка, поражение кожи, сердца, почек и мозга. Поэтому гомозиготы с геном серповидно клеточной анемии гибнут, как правило, в детском возрасте. Все эти фенотипные проявления гена составляют иерархию вторичных проявлений. Первопричиной, непосредственным фенотипним проявлением дефектного гена является аномальный гемоглобин и эритроциты серповидной формы. Вследствие этого происходят последовательно другие патологические процессы: слипание и разрушение эритроцитов, анемия, дефекты в почках, сердце, мозге - эти патологические признаки вторичны.
При плейотропии, ген, воздействуя на какой то один основнй признак, может также менять, модифицировать проявление других генов, в связи с чем введено понятие о генах-модификаторах. Последние усиливают или ослабляют развитие признаков, кодируемых "основным" геном.
Показателями зависимости функционирования наследственных задатков от характеристик генотипа является пенетрантность и экспрессивность.
Рассматривая действие генов, их аллелей необходимо учитывать и модифицирующее влияние среды, в которой розвивается организм. Если растения примулы скрещивать при температуре 15-20 ° С, то в F1 согласно менделивской схеме, все поколения будут иметь розовые цветы. Но когда такое скрещивание проводить при температуре 35 °С, то все гибриды будут иметь цветы белого цвета. Если же осуществлять скрещивания при температуре около 30 ° С, то возникает разное соотношение (от 3:1 до 100%) растений с белыми цветами.
Такое колебание классов при расщеплении в зависимости от условий среды получило название пенетрантность - сила фенотипного проявления. Итак, пенетрантность - это частота проявления гена, явление появления или отсутствия признака у организмов, одинаковых по генотипу.
Пенетрантность значительно колеблется как среди доминантных, так и среди рецессивных генов. Наряду с генами, фенотип которых появляется только при сочетании определенных условий и достаточно редких внешних условий (высокая пенетрантность), у человека есть гены, фенотипное проявление которых происходит при любых соединениях внешних условий (низкая пенетрантность). Пенетрантностью измеряется процентом организмов с фенотипным признаком от общего количества обследованных носителей соответствующих аллелей.
Если ген полностью, независимо от окружающей среды, определяет фенотипное проявление, то он имеет пенетрантность 100 процентов. Однако некоторые доминантные гены проявляются менее регулярно. Так, полидактилия имеет четкое вертикальное наследования, но бывают пропуски поколений. Доминантная аномалия - преждевременное половое созревание - присуще только мужчинам, однако иногда может передаться заболевания от человека, который не страдал этой патологией. Пенетрантностью указывает, в каком проценте носителей гена оказывается соответствующий фенотип. Итак, пенетрантность зависит от генов, от среды, от того и другого. Таким образом, это не константное свойство гена, а функция генов в конкретных условиях среды.

Модифицирующее — усиление или ослабление действия главных генов неаллельными им генами-модификаторами, которые в первом случае называются интенсификаторами, а во втором — супрессорами (ингибиторами). Один и тот же ген может быть главным в отношении контролирования развития одного признака и модификатором в отношении развития др. признака. Судя по многообразию фено-типической изменчивости гибридных сеянцев, виноградному растению, особенно Vitis vinifera, свойственны все вышеописанные В. г. Однако слабая изученность генетич. процессов, происходящих в результате В. г., в значит, степени затрудняет селекционную работу и снижает продуктивность селекции винограда.

Экспрессивность гена - (лат. ехргеssus явный, выразительный; ген.; син. выражение гена) — степень или мера фенотипического проявления гена, т. е. степень и (или) характер выраженности наследственного признака среди особей определенного генотипа, у которых этот признак проявляется. Экспрессивность гена тесно связана с пенетрантностью (Пенетрантностъ гена), или проявлением, гена, а также с его специфичностью. В совокупности пенетрантностъ и экспрессивность характеризуют изменчивость фенотипического проявления генов.

Понятие «экспрессивность гена» было введено в научную литературу Н. В. Тимофеевым-Ресовским и нем. неврологом О. Фогтом, которые впервые применили его в своей совместной работе, опубликованной в 1926 г. Необходимость введения этого понятия была обусловлена тем, что термин «генотип» однозначно и однообразно определял совокупность лишь тех генов, которые контролируют некоторые наследственные признаки, не изменяющиеся в течение всей индивидуальной жизни (Генотип). К таким признакам относятся, напр., группа крови (Группы крови), антигены эритроцитов и лейкоцитов человека и животных (Антигены) и др. Однако чаще бывает так, что наличие в генотипе определенного гена является необходимым, но недостаточным условием для полного сходства носителей этого гена по соответствующему признаку. У части особей — носителей такого гена (в гомозиготном состоянии для рецессивных генов, а в гетерозиготном — для доми-нантных) он может вообще не проявиться (так наз. неполная пенетрантностъ), а у части особей, у которых этот ген проявился, его выраженность может быть различной, т. е. экспрессивность этого гена может варьировать (так называемая варьирующая экспрессивность гена).

Варьирующая Экспрессивность гена хорошо известна в медицинской генетике. Так, полный синдром Марфана (Марфана синдром) характеризуется арахнодактилией, разболтанностью суставов, формированием аневризм аорты и легочного ствола, подвывихом или вывихом хрусталика, кифозом, сколиозом и др. Однако случаи проявления у одного больного всех клин, признаков, характерных для синдрома Марфана, редки. Чаще встречаются случаи «неполного» синдрома Марфана, причем даже в одной семье симптомокомплекс, как правило, неодинаков у разных членов семьи. От варьирующей экспрессивности одного гена следует отличать проявление полиморфных групп сходных признаков, которое обусловлено разными генетическими причинами (Генокопия). Напр., в мед. генетике известна полиморфная группа форм (не менее 7) синдрома Элерса — Данлоса, суммарно характеризующаяся разными сочетаниями, локализацией и выраженностью внутренних кровотечений, вызванных разрывами сосудов, повышенной растяжимости кожи, разболтанностью суставов. Общим патогенетическим фактором при всех этих состояниях является нарушение биосинтеза коллагена. Однако при разных формах синдрома нарушения локализуются в различных местах биосинтетической цепи коллагенов. Различны и обусловливающие их генетические дефекты: четыре формы синдрома Элерса—Данлоса (Десмогенез несовершенный) наследуются по аутосомно-доминантному типу, две — по аутосомно-рецессивному, а одна — по рецессивному типу, сцепленному с X-хромосомой.

Причинами варьирующей Экспрессивность гена могут быть межиндивидуальные генотипические различия (генотипическая среда), вариабельность проявления генов в индивидуальном развитии (Онтогенез) и влияние факторов окружающей среды. Для варьирующей Экспрессивность гена имеют значение все три причины и взаимодействие между ними.

Влияние генотипической среды как на повышенную, так и на пониженную Экспрессивность гена доказывается успешным искусственным отбором: подбор родительских пар с лучше выраженным наследственным признаком автоматически накапливает в соответствующей линии гены-модификаторы (Ген), благоприятствующие проявлению данного признака, и наоборот. В ряде случаев такие гены-модификаторы идентифицированы. О роли генотипической среды в варьирующей Экспрессивность гена свидетельствует также меньший размах внутрисемейного изменения выраженности наследственных признаков по сравнению с их межсемейной изменчивостью. Влияние вариабельности проявления генов в индивидуальном развитии на их экспрессивность иллюстрирует неполная конкордантность (или дискордантность) генетически идентичных однояйцовых (монозиготных) близнецов (Близнецовый метод) по степени и характеру выраженности одних и тех же наследственных признаков.

Примером влияния факторов окружающей среды на Экспрессивность гена служит различная пигментация шерсти у животных некоторых пород в зависимости от температуры воздуха или улучшение состояния больных наследственными болезнями при соответствующем патогенетическом лечении (напр., диетотерапия и др.).

Каждая из трех названных причин варьирующей Экспрессивность гена в любом конкретном случае может иметь больший или меньший удельный вес, общим же правилом является то, что Экспрессивность гена определяется взаимодействием генов и онтогенетических факторов, а также влиянием окружающей среды на организм как целостную систему в процессе онтогенеза. Такое представление об Экспрессивность гена имеет большое теоретическое значение для понимания механизмов онтогенеза живых организмов и патогенеза наследственных болезней человека. В мед. генетике это создает основу для поисков патогенетических методов коррекции наследственных дефектов, а в селекции и выращивании с.-х. растений и животных помогает созданию новых сортов и пород и их разведению в условиях, оптимальных для лучшей выраженности хозяйственно-ценных признаков.

Пенетрантность (генетика популяций) — показатель фенотипического проявления аллеля в популяции. Определяется как отношение (обычно — в процентах) числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует в необходимом для фенотипического проявления количестве копий (в зависимости от характера доминирования, для фенотипического проявления может быть достаточно только одной копии аллеля или двух, если для фенотипического проявления необходимо, чтобы особь была гомозиготна по данному гену).

Например, фраза «аллель A обладает пенетрантностью 95 %» означает, что из всех особей, у которых данный аллель имеется в необходимом числе копий, лишь у 95 % наличие этого аллеля можно установить по показателям фенотипа. Полная пенетрантность — это 100 % фенотипическое проявление наличия данного аллеля в пределах популяции.

Проще говоря, это частота проявления гена в признаках.