Задание

1. Как много в процентах каждый из родите­лей привнес генетически ребенку в

а. генотип?

б. фенотип?

в. доминантных признаков?

г. рецессивных признаков?

2. Внимательно просмотрите полученные дан­ные и создайте портрет вашего ребенка в юно­шеском возрасте.

Глава 9 СЦЕПЛЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

9.1. Группа сцепления, виды сцепления генов

Каждая хромосома в кариотипе человека не­сет в себе множество генов, которые могут наследо­ваться совместно. Закономерности наследования генов, локализованных в одной хромосоме, долж­ны быть иные, чем при независимом наследова­нии. Явление совместного наследования генов бы­ло впервые описано Пеннетом, назвавшим это явле­ние «притяжением генов». Томас Гент Морган и его сотрудники подробно изучили явление сцеплен­ного наследования генов и вывели законы сцеп­ленного наследования (1910). Группа сцепления — это совокупность генов, локализованных в одной хромосоме. Число групп сцеплений для каждого вида равно гаплоидному набору хромосом, для человека равно 23.

В лаборатории Моргана изучали наследова­ние двух признаков — цвета тела и формы крыль­ев у дрозофилы. Оказалось, что при анализиру­ющем скрещивании гибридов получались разные результаты в зависимости от того, какой пол был у гибрида. Если гибридным был самец (фенотип был доминантен: серое тело, нормальные крылья), то потомство в анализирующем скрещивании давало расщепление 1:1, т.е. получалось' 2 фенотипических класса, вместо ожидаемых по Менделю — четы рех. Причем эти два класса имели фенотипическое выражение родительских особей гибрида. Если гиб-' ридной была самка, то получались 4 фенотипических класса в неравных пропорциях: большую часть из них составляли особи, повторяющие фенотипы родителей гибрида, меньшую — особи с новыми сочетаемыми признаками. Сколько бы не повторялись опыты, результаты были неизменны. Постоянство результатов позволило сделать Моргану следующие выводы: сцепленное наследование может быть полным — явление полного сцепления генов, при котором группа сцепления не нарушается, все гены наследуются совместно (гибридный самец), и неполным (гибридная самка) — группа сцепления нарушается явлением кроссинговера.

9.2. Кроссинговер

Кроссинговер — обмен идентичными учас­тками между гомологичными хромосомами, при­водящий к рекомбинации наследственных задат­ков и формированию новых сочетаний генов в груп­пах сцепления (рис. 9.1).

Как оказалось, явление полного сцепления ге­нов встречается в природе крайне редко. В настоящее время в природе только два вида имеют такой тип наследования: дрозофилы и тутовый шелкоп­ряд, причем в обоих случаях это только гетерогаметный пол.

В связи с этим становятся понятными результа­ты опытов Моргана: у гибридных самцов полное сцепление генов (отсутствие кроссинговера), поэтому образуется только 2 типа гамет, в результате оплодо­творения образуются два фенотипических класса, без изменений повторяющих признаки родителей, В случае анализирующего скрещивания, где самка гибридна, группы сцепления самки могут нарушать-' ся явлением кроссинговера. При этом в гаметогенезе будут получаться гаметы, у которых отсутствовал кроссинговер (некроссоверы), й гаметы, которые об­разовались в результате кроссинговера (кроссове­ры). После оплодотворения первые полностью пов­торили фенотипы родителей, а вторые образовали особи с новыми сочетаниями признаков.

Кроссинговер бывает одинарный и множест­венный (в группе сцепления происходит обмен го­мологичными локусами на одном или нескольких участках хромосом, что приводит к новым сочета­ниям аллелей). Оказалось, что при неполном сцеп­лении генов процент кроссоверов (рекомбинант) кобщему числу потомков от анализирующего скре­щивания — величина постоянная. На основании этого Морган предполагает, что процент кроссинговера отражает расстояние между генами: чем боль­ше его величина, тем больше расстояние между генами (силы сцепления невелики), и, наоборот — чем меньше величина кроссинговера, тем меньше расстояние между генами (силы сцепления между генами сильнее).

Возможность оценки расстояния между генами с помощью явления кроссинговера позволила Мор­гану и его сотрудникам обосновать методику со­ставления генетических карт хромосом. Для дро­зофилы были расшифрованы все 4 группы сцепле­ния. Расстояние между генами принято измерять в процентах кроссинговера между ними, а иногда, как дань ученому, сделавшему это открытие, в морганидах (1% кроссинговера равен 1 морганиде).

Знание расстояния между патологическими ге­нами особенно важно при медико-генетическом консультировании. Разберем это на следующем примере. Гены дальтонизма (цветовой слепоты) и «куриной слепоты» (ночной слепоты), наследую­щиеся через Х-хромосому, находятся на расстоя­нии 40 морганид друг от друга. Необходимо опреде­лить вероятность рождения детей с обеими анома­лиями в семье, где жена имеет нормальное зрение (ее мать страдала «куриной слепотой», а отец был дальтоник), муж нормален в отношении обоих при­знаков. Следует помнить, что эти патологии обус­лавливаются рецессивными аллелями. Для осущест­вления прогнозирования разберем, каковы гено­типы родителей. У жены зрение нормально, но каж­дая из двух Х-хромосом несет по одной патологии (Х-хромосома, привнесенная яйцеклеткой матери,

несет рецессивный аллель «куриной слепоты», а X-хромосома, привнесенная сперматозоидом отца, не­сет рецессивный аллель дальтонизма).

Так как муж нормален по двум признакам, то его единственная Х-хромосома несет эти гены в до­минантном состоянии. У него будет всего два типа гамет: Х-сперматозоиды будут нести здоровые алле­ли двух генов и У-сперматозоиды. У его жены бу­дут образовываться четыре типа гамет (так как па­ра гомологичных хромосом будет вступать в крос-синговер, образуя рекомбинантные гаметы с часто­той 40%). Общая вероятность образования гамет у жены равна 1, тогда вероятность образования пары рекомбинантных гамет равна 0,4, а некроссо­веров (кроссинговер отсутствовал) — 0,6. В итоге, перемножая вероятности встречающихся при опло­дотворении гамет, мы определяем вероятности рож­дения детей с разными фенотипами. Обозначим ген дальтонизма: D — нормальное цветовое зре­ние, d — дальтонизм, S — нормальное ночное зре­ние, s — «куриная слепота».

р ♀ Ds x ♂Ds

dS здорова здоров

Все дочери в этом браке будут здоровы, но часть из них будет носительницей одной или двух патоло­гий. 10% всех, детей (только мальчики) будут стра­дать двумя видами патологий, т.е. вероятность рождения таких детей 0,1. 30% детей (только мальчи­ки) будут страдать какой-то одной из патологий поровну). Вероятность рождения здоровых-мальчиков равна 0,1 (или 10%).

9.3. Генетические карты

Впервые Морган и его сотрудники использовали явление кроссинговера для составления ге­нетических карт хромосом с использованием мно­гочисленных мутантных генов. Генетическая кар­та хромосом — это схема взаимного расположе­ния генов, находящихся в одной группе сцепле­ния. Расстояние между генами на генетической карте хромосом определяют по частоте кроссин­говера между ними (рис. 9.2).

Единицей расстояния принято считать одну морганиду (один процент кроссинговера). Пос­кольку у человека способ составления генетичес­ких карт с помощью гибридологического анализа затруднен, разработаны другие способы определе­ния локализации гена. Среди них:

F-анализ расщепления и сцепления призна­ков в семьях (по родословным); так были карти­рованы, например, локусы группы крови AB0;

AAS — сравнение аминокислотных последо­вательностей белков;

СН — изменение морфологии хромосомного участка в сочетании с характерным фенотипом; к этой группе относят анализ «ломких» (фрагильных)

Достоверно идентифицировано около полуто­ра тысяч генов человека, что составляет 1-5% от общего числа (рис. 9.3).

У большинства из них обнаружены альтерна­тивные аллельные формы. Около тысячи извест­ных генов имеют хотя бы один из альтернативных аллелей, соответствующих какой-либо аномалии или заболеванию. Остальные гены кодируют бел­ки группы крови, антигены, иммуноглобулины,

сайтов в хромосомах. Фрагильные сайты полезны как маркеры-в семейных исследованиях сцепления;

RE — рестрикционный анализ и реконструи­рованные карты района;

ОТ— центромерное картирование и др.

Достоверно идентифицировано около полуто­ра тысяч генов человека, что составляет 1-5% от общего числа (рис. 9.3).

У большинства из них обнаружены альтерна­тивные аллельные формы. Около тысячи извест­ных генов имеют хотя бы один из альтернативных аллелей, соответствующих какой-либо аномалии или заболеванию. Остальные гены кодируют бел­ки группы крови, антигены, иммуноглобулины, ферменты и т.д. В настоящее время не существует принципиальных технических препятствий для по­лучения полной карты генома человека, т.к. разра­ботаны генно-инженерные подходы. Однако вслед­ствие огромного размера изучаемой ДНК (см. раз­дел 4.1) на это уйдут многие годы.

9.4. Хромосомная теория наследственности

В 1902—1903 гг. два исследователя — Саттон (из США) и Бовери (из Германии) — независимо друг от друга предположили, что задатки (гены) расположены в хромосомах. Эта идея положила начало созданию хромосомной теории наследст­венности. Термин «ген» был предложен позже (в 1909 г. Иоганнсеном). Параллелизм в поведении генов и хромосом в процессе образования гамет убедительно говорил о том, что гены расположены в хромосомах. В 1910 г. хромосомная теория наслед­ственности получила свое дальнейшее развитие в опытах Нобелевского лауреата Т.Моргана и его сотрудников, которые привели новые доказатель­ства справедливости этой теории, показав связь между конкретными генами и хромосомами. Окон­чательные доказательства были получены Брид-жесом в 1913 г., открывшем изменения в наследо­вании признаков, сцепленных с полом, при нерас­хождении половых хромосом.

Основные положения хромосомной теории на­следственности следующие:

гены локализованы в хромосомах;

гены расположены в хромосоме в опреде­ленной линейной последовательности;

гены наследственно дискретны;

каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме;

гены относительно стабильны;

гены могут изменяться (мутировать);

гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления;