Лекция 5. Статистический характер расщепления. Метод хи-квадрат. Летальные гены. Гены-модификаторы.

1. Статистический характер расщепления. Метод хи-квадрат.
2. Гены-модификаторы.
3. Летальные гены.

Сформулировать 2-й закон Г. Мендель смог благодаря использованию строго математического учета своих результатов и ис- пользованию больших выборок для анализа. Таким образом, Мендель заложил основу статистики. Статистика позволяет оценить значимость отклонения от теоретически ожидаемого результата и тем самым выяс- нить насколько результат соответствует предположению.

В реальных случаях в опыте практически всегда наблюдаются отклонения от теоретически рассчитанного расщепления (ввиду случайных со- бытий при развитии потомства, ошибок экспериментатора и др.), поэтому для проверки соответствия опытного и теоретически рассчитанного рас- щепления необходимо оценить величину отклонения, его значимость. Для этих целей в настоящее время используют метод χ2, который был пред- ложен в 1901 г. английским ученым К. Пирсоном. Этот метод учитыва- ет отклонения от ожидаемого расщепления, а также размер выборки и сводит их к одной величине. Приведем конкретный пример вычисления χ 2 с использованием данных, полученных Г. Менделем при моногибридном скрещивании (табл. 4). Для этого воспользуемся известной формулой:

χ 2 = Σ (О–Е)^2/Е

где Σ – сумма результатов в эксперименте, О – наблюдаемое число особей данного типа, Е – ожидаемое число особей данного типа.

Вначале необходимо учесть наблюдаемые результаты опыта и внести их в таблицу (графа 1), а затем рассчитать теоретически ожидаемое число потомства каждого класса в анализируемой
выборке, которое могло бы быть в идеальном случае при расщеплении 3: 1 (графа 2). После этого производят соответствующие вычисления (графы 3 и 4). По результатам опыта Г. Менделя значение χ2 равно 0,189. Для того чтобы определить значимость отклонения полученных результатов от теоретически ожидаемых используют таблицу значений χ2 Фишера или соответствующий график.
При этом вводится понятие числа степеней свободы (df), которое соответствует числу анализируемых классов потомства минус 1. После определения числа степеней свободы можно интерпретировать значение χ2 применительно к вероятности (Р). Для принятия или отказа от нулевой гипотезы требуется относительный стандарт (Р), обычно это значение 0,05. Уровень значимости 0,05 обозначает, что мы допускаем отклонение от идеального расщепления в пределах 5%.

Гены-модификаторы – это гены, влияющие на проявление призна- ков (количественных или качественных), контролируемых другими неаллельными генами. Например, есть ген D, который определяет интен- сивность пигментации, мышей, кошек и других животных. В доми- нантном состоянии (генотип DD или Dd) этот ген позволяет прояв- ляться окраске, тогда как в рецессивном состоянии (генотип dd) даже при наличии доминантных генов, определяющих синтез пигмента (ге- нотип СС или Сс), будет наблюдаться эффект «разведения» окраски123 шерсти, например появление молочно-белой окраски у мышей. У ло- шадей ген С наследуется по принципу неполного доминирования.

При плейотропном действии гена один ген определяет развитие или влияет на проявление нескольких признаков. Это свойство генов было хорошо исследовано на примере карликовости у мышей. Было показано, что при скрещивании фенотипически нормальных мышей в потомстве F1 мышки оказались карликовыми, из чего был сделан вы- вод, что карликовость обусловлена рецессивным геном. Действие генов-модификаторов гомозиготы прекращали расти на второй неделе, были неспособны к размножению, внутренние органы, особенно железы внутренней секре- ции, имели измененную форму, мыши были менее подвижны и плохо переносили перепады температур. Ген карликовости определял ненормальное развитие гипофиза, который, в свою очередь, определял раннюю остановку роста (изме- нение пропорций тела), ненормальное развитие половых желез (сле- довательно, стерильность), ненормальное развитие щитовидной же- лезы, которое определяло пониженный обмен веществ, поэтому кар- ликовые мыши были чувствительны к холоду, но более стойкие к го- лоду. Это цепочка последовательного изменения признаков при де- фекте только одного гена. Пример плейотропного действия гена у человека – наследование дефекта ногтей и дефекта коленной чашечки, за которое отвечает один ген. Летальное действие гена – одно из разновидностей плейотропиии. Один ген, определяющий какой-либо признак, влияет так же на жизне- способность в целом. Примером летального действия гена служит наследование платиновой окраски шерсти у лисиц. До 30-х гг. ХХ в. не было платиновых лисиц, а были только серебристые. Этот ген появился тогда в результате мутации. Платиновый мех вошел в моду и стал очень дорогим, поэтому перед селекционерами встала задача вывести породу платиновых лисиц, то есть вывести чистую линию платиновых лисиц. Было установлено, что ген платиновости – доминантный. Для по- лучения чистой линии скрещивали платиновых лисиц, из которых, по закону Г. Менделя, одна четверть должна быть гомозиготной по доми- нантному гену. Но при дальнейшем скрещивании у платиновых лисиц все равно появлялись серебристые щенки, что свидетельствовало об их гетерозиготности. Усомниться в правильности второго закона Г. Мен- деля было невозможно, поэтому стали искать другие причины. Оказа- лось, что соотношение платиновых щенков к серебристым было 2 к 1, что тоже противоречило закону Г. Менделя, но был установлен другой факт – у платиновых лисиц в помете было 3–4 лисят, тогда как норма – 4–5 лисят. Из этого был сделан вывод, что доминантные гомозиготы погибают в период эмбрионального развития, поэтому выведение чи- стой линии оказалось невозможным. Ген, определяющий смертельное нарушение развития в эмбриональный период, называется летальным. Помимо летальных генов существуют сублетальные гены, которые вызывают врожденные заболевания, ведущие к смерти в детстве до наступления половозрелости, хотя есть и исключения. Примером доми-125 нантного сублетального гена является ген, определяющий заболевание ретинобластомой, при котором в раннем детстве развивается раковая опухоль глаза. Раньше это заболевание всегда приводило к смерти, а сейчас проводят операции, спасающие человека, но приводящие к сле- поте на один или на оба глаза. Действие рецессивного гена фенилкетонурии приводит к повы- шенному содержанию фенилаланина в крови, снижению умственного развития, изменению размера головы и цвета волос. Действие доми- нантного гена «паучьи пальцы» (арахнодактилия или синдром Марфа- на). Одновременно появляется порок сердца и аномалии хрусталика глаза. В Пакистане некоторые люди не имеют потовых желез на отдельных участках тела. Это коррелирует с отсутствием зубов.