Комплементарность

Например, чтобы человек имел нормальный слух, необходима согласованная деятельность не­скольких пар генов, каждый из которых может быть представлен доминантным и рецессивным аллелями. У человека слух нормален, если каж­дый из них имеет хотя бы по одному доминантно­му аллелю в диплоидном наборе хромосом. В слу­чае, если хотя бы один из них представлен гомози­готой рецессивной, человек будет глухим. Мы раз­берем это на простом примере, предположив., что нормальный слух формирует пара генов, и рас­смотрим явление комплементарности. В брак всту­пает пара глухих, у них рождаются дети, которые все слышат. Это может быть только в случае, если один родитель страдает глухотой по гену «в» (ААвв), а другой — по гену «а» (ааВВ).

Р ♀ ААвв х ♂ааВВ

глухая глухой

Гаметы: Ав; аВ;

F₁ АаВв;

слышащий

Все дети получат с гаметами Ав и аВ доминан­тные аллели, их генотипы будут одинаковы — АаВв, то есть каждая гамета будет иметь доминантный аллель по каждому гену, которые будут взаимо­действовать, дополняя друг друга и формировать новый, по отношению к родителям, признак — нор­мальный слух. Это и есть комплементарное взаи­модействие генов.

Допустим, что дети вступят в брак с себе по­добными, и оценим вероятность рождения слы­шащих и глухих детей в этом случае.

Р ♀АаВв х ♂АаВв

слышащая слышащий

Таким образом, мы получили соотношение:

9 А-В-: 3 А-вв: 3 ааВ-: 1 аавв

слышащие глухие глухие глухой

или 9 слышащих: 7 глухих

Соотношение фенотипических классов при ком­плементарном взаимодействии может быть раз­ным, в зависимости от вида комплементарности и проявляемости отдельных генов: 9:3:3:1; 9:6:1; 9:7.

8.2. Эпистаз

Эпистаз — подавление действия одного гена действием другого гена. Различают эпистаз до­минантный (доминантный аллель эпистатирует, или подавляет проявление доминантного аллеля другого гена) и рецессивный (рецессивный аллель эпистатирует, ингибирует или подавляет прояв­ление доминантного аллеля другого гена). Ана­лиз при эпистатическом взаимодействии ведется так же на основе дигибридного скрещивания, как и в предыдущих случаях. Цифровые расщепления при эпистазе 12:3:1 (если каждый из двух генов имел самостоятельное проявление, при этом в пер­вом поколении признак особей повторяет фено­тип одного из родителей) и 13:3 (ген-ингибитор не имеет самостоятельного проявления, при этом фе­нотип родителей и первого поколения одинаков). Подавляющий ген называется геномсупрессором, или ингибитором, а подавляемый — гипостатическим. Этот тип взаимодействия наиболее характе­рен для генов, участвующих в регуляции работы генов в онтогенезе и работе иммунных систем че­ловека (см. раздел 13.5).

Известно немало примеров эпистатического взаимодействия локусов у человека, приводящих к тому, что тот или иной доминантный аллель у некоторых индивидуумов не получает фенотипи-ческого выражения. Подобным примером может служить полидактилия, которая наследуется, как правило, по доминантному типу. Иногда встре­чается у детей «совершенно здоровых» родителей. В этом случае предполагается, что действие дан­ного аллеля у родителей подавлялось другими ге­нами (см. раздел 11.4).

8.3. Полимерия

Полимерия — обусловленность определенно­го (обычно количественного) признака нескольки­ми эквивалентными (полимерными) генами. При таком взаимодействии индивидуальное проявле­ние каждого усиливается в результате взаимодей­ствия. Полимерия бывает двух видов'

некумулятивная — когда не важно количество доминаитных генов в генотипе, а важно его присутствие;

кумулятивная — когда число доминантных ал­лелей влияет на степень выраженности данного признака

У человека по типу кумулятивной полимерии наследуется пигментация кожи: чем больше доми­нантных аллелей, тем больше меланина образует­ся и тем интенсивнее окраска кожи. Разберем сле­дующий пример, в котором необходимо опреде­лить вероятность появления детей с разными фено­типами в браке мулатов (особи дигетерозиготны).

— негры (АААА) 1/16,

— светлокожие негры (АААа) 4/16,

— мулаты (ААаа) 6/16,

— светлокожие мулаты (Аааа) 4/16,

— белые (аааа) 1/16.

Обратите внимание, что при полимерии гены, как правило, обозначаются одинаковыми буква­ми, чтобы подчеркнуть однонаправленность их действия, т.к. при формировании признака не важ­но, какому гену принадлежат доминантные гены, а важно их количество.

Статистическое распределение вариантов цве­та кожи оказывается непрерывным, т.е. аналогич­ным распределению роста и других метрических признаков (рис. 8.1).

В случаях наследования двух полимерных ге­нов цифровые расщепления при скрещивании гиб­ридов будут иметь четкие зависимости, являющие­ся модификациями все того же расщепления для двух генов 9:3:3:1. При кумулятивной полимерии соотношение фенотипов будет 1:4:6:4:1, а'при неку­мулятивной полимерии — 15:1. В представлен­ном выше примере, если допустить, что нас интере­сует факт наличия пигментации у человека, а не ее интенсивности, получим соотношение, характер­ное для некумулятивной полимерии: 15 пигменти­рованных к 1 белому.

Если учесть, что спонтанные мутации происхо­дят крайне редко (вероятность спонтанной мутации одного аллеля составляет 1/1000000-1/1000000000), то вероятность рождения у белых людей даже свет­локожего мулата, а у негров — детей с более свет­лой кожей, крайне ничтожна.

Рис. 8.1. Распределение цвета кожи у негров и людей бе­лой расы. Цвет кожи оценивали по величине отражения света с длиной волны 685 нм. Кривые F₂ представляют собой теоретически ожидаемые на основе различных пред­положений о числе генов, определяющих различие в цвете кожи между неграми и белыми. Исследование потомства F₂ выявляет распределения, сходные с распределениями, по­лученными на основе предположения об участии трех или четырех пар генов [по W.F.Bodmer, L.L.Cavalli-Sforza (1976). Genetics, Evolution and Man, Freeman, San Francisco].

Меланин — пигмент, определяющий все мно-гобразие окрасок покровов, синтезируется в орга­низме из аминокислоты тирозина в несколько эта­пов (рис. 8.2). Формирование промежуточного про­дукта диоксифениланина (ДОФА) — медиатора симпатической нервной системы свидетельствует о возможном плейотропном влиянии генов, участву­ющем в синтезе меланина, на свойства нервной системы. Меланин, формируя окраску покровов, яв­ляется протектором от воздействия на организм УФ-лучей. Существуют два типа меланинов:

эумеланин — черный и темно-коричневый; феумеланин — желтый и рыжий.

Показано, что на их синтез оказывает влияние метаболизм в клетках: при усиленном митозе кле­ток в основании волоса образуется феумеланин, а при замедлении эумеланин. При образовании фёумеланина важным условием является повышенная концентрация сульфгидрильных соединений, Феу­меланин содержит меньше мономеров в молекуле. Описаны некоторые формы злокачественного пе­рерождения клеток кожного эпителия, сопровож­дающиеся накоплением меланина (меланомы).

Все цвета волос, за исключением рыжих, соста­вляют непрерывный ряд от темного до светлого, что соответствует уменьшению концентрации пиг­мента меланина, и наследуются полигенно. Есть основания утверждать, что различия в цвете во­лос обусловлены чисто количественными измене­ниями в содержании пигмента. Пигмент рыжих волос отличается по составу от меланина (феуме­ланин). Цвет волос часто меняется с возрастом, считают, что с наступлением половой зрелости пиг­ментация стабилизируется.

Цвет радужной оболочки глаза зависит, с од­ной стороны, от присутствия гранул пигмента ме­ланина, а с другой — от характера отражения све­та. Черный и коричневый цвета обусловлены на­личием многочисленных пигментных клеток в пе­реднем слое радужной оболочки. При светлых гла­зах содержание пигмента значительно меньше. Оп­тическим эффектом объясняется преобладание го­лубого цвета в свете, отраженном от депигменти-рованного переднего слоя радужной оболочки. Раз­личное содержание пигмента определяет весь диа­пазон цвета глаз.

Следует помнить, что при кажущемся наруше­нии закона Менделя о независимом наследовании признаков для двух генов, связанного с тем или иным видом взаимодействия генов, в основе «нео­жиданных» цифровых соотношений лежит класси­ческое расщепление 9:3:3:1. Кроме того, в каждом

конкретном случае необходимо понять, как проис­ходит объединение расщепляющихся классов в еди­ные фенотипы, только после этого можно интер­претировать результаты. Термин «взаимодействие генов» довольно условен, поскольку взаимодейству­ют не сами гены, а их продукты.

8.4. Гены-модификаторы

Генами-модификаторами называют такие ге­ны, которые регулируют активность других генов, усиливая или ослабляя их проявления. В таком случае получается, что в формировании призна­ков, кроме «основных» генов, принимают участие гены-модификаторы. Такой тип наследования встре­чается очень часто. Примером модифицирующего аллеля у человека может служить брахидактилия. Существуют различные формы проявления: резкое укорочение указательного пальца и незначитель­ное укорочение. Большинство больных с брахидак-тилией гетерозиготны (ВЬ). Анализируя родослов­ную, можно предположить наличие гомозиготного рецессивного аллеля n-модификатора, определя­ющего крайнее проявление гена, и доминантного аллеля N — определяющего слабое проявление. Исходя из этого, генетическая конституция у индивида с выраженной брахидактилией будет Bbnn, у индивидов со слабой брахидактилией BbNn либо BbNN, а нормальными могут быть индиви­ды, принадлежащие к трем различным генотипам: bbnn; bbNn; bbNN (Штерн, 1965). Гены-модифика­торы у людей выявляются очень сложно. Поэтому признание их наличия не помогает предсказать спе­цифический характер проявления признака в бу­дущих поколениях. И все же важно знать о тех

осложнениях, которые могут быть вызваны гена­ми-модификаторами.

Природа генов-модификаторов до сих пор не выяснена: то ли это истинные гены-модификато­ры, влияющие на действие основных генов, или это эффект плейотропии.

8.5. Плейотропия

Явления взаимодействия генов указывают на целостность генотипа при индивидуальном разви­тии особи, а признание принципа взаимодействия допускает, что все гены так или иначе взаимосвя­заны в своем действии. Исходя из этого, мы можем сказать, что и один ген может влиять на несколько признаков. Такое множественное действие гена называют плейотропией. При плейотропии гены взаимодействуют на уровне продуктов контроли­руемых ими реакций, т.е. каждый ген ответствен за определенный этап метаболизма. Нарушения метаболизма на каком-либо из этапов отразятся на последующих (т.е. на нескольких элементарных признаках). У человека синдром Марфана (впер­вые описан в 1896 г.) обуславливается аутосомно-доминантным аллелем с высокой пенетрантностью и различной экспрессивностью. Синдром Марфа­на связан с высоким ростом, значительным удли­нением костей пальцев ног и пальцев рук (паучьи пальцы — арахнодактилия), гиперподвижностью суставов, подвывихом хрусталика и аневризмом аорты. Соотношение полов равное, популяционная частота 0.04 на 1000 (Мак-Кьюсик). Такого рода аномалии скелета часто сопровождаются ненор­мальным расположением хрусталиков и порока­ми сердца. Разные симптомы, по Мак-Кьюсику,