Представление о генотипе как сложной системе аллельных и неаллельных взаимодействий генов. Плейотропное действие генов. Пенетрантность и экспрессивность.

Совокупность наследственных задатков, которые опреде-ляют развитие признаков, называют генотипом.

Известны два вида взаимодействия генов: аллельное и неаллельное.
Аллельным называют взаимодействие между аллельными генами, неаллельным - между неаллельными, т. е. между генами, локализованными в разных аллелях.

Различают четыре вида неаллельного взаимодействия: сверхдоминирование, неполное доминирование, кодоминирование и множественный аллелизм.

1) Сверхдоминирование. В гетерозиготном состонии более выраженное проявление доминантного гена (А) – Аа, чем в АА. (напр., серповидноклеточная анемия, инустриальный меланизм у бабочки).

2) Неполное доминирование. При неполном доминировании гетерозиготная особь имеет иной промежуточный фенотип в отличие от родительских особей. При этом правило Мендаля о единообразии фенотипа в F₁ соблюдается. В F₂ и по фенотипу, и по генотипу расщепление выражается отношением 1:2:1. (напр., окраска цветка у львиного зева, окраска оперения у андалузких кур, шерсти крупного рогатого скота и овец и др.)

3) Кодоминирование. Оба аллеля дают равноценный вклад в формирование фенотипа. (напр., 4 группа крови – у гетерозигот AB оба аллеля одинаково экспрессируются.)

4) Множественный аллелизм. Развитие признака определяется двумя аллелями одного гена (А и а), которые занимают идентичные локусы гомологичных хромосом. Иногда ген имеет не два, а большее число аллелей, которые возникают в результате мутации. Многократное мутирование одного и того же гена образует серию множественных аллелей, а само явление называется явлением множественного аллелизма. Множественные аллели характеризуются сложными доминантно-рецессивными отношениями с соответствующей иерархией относительно аллей дикого типа и «абсолютно» рецессивных аллелей. (напр., окраска шерсти у кроликов, цвет глаз у дрозофилы, система групп крови АВО у человека.)

Взаимодействие неаллельных генов приводит к отклонению от закономерностей Менделя. Различают следующие виды: комплиментарность, эпистаз и полимерию.

1) Комплиментарность. Наличие в генотипе особи двух доминантных аллелей из разных пар приводит к появлению нового признака. Скрещивание гибридов F₁ дает расщепление в F₂ как 9:3:3:1. Иногда может происходить слияние классов. (напр., развитие слуха у человека, наследование гребня у кур, окраска глаз у дрозофилы.)

2) Эпистаз. Явление подавления действия одного гена другим, неаллельным ему геном. Подавляющий ген – супрессор = ингибитор. Эпистаз м. б.: доминантным, рецессивным и двойным. При доминантном эпистазе проявление гипостатичного гена (В, b) подавляется доминантным эпистатичным геном (I > В, b). Расщепление по фенотипу при доминантном эпистазе может происходить в соотношении 12:3:1, 13:3, 7:6:3. Рецессивный эпистаз — это подавление рецессивным аллелем эпистатичного гена аллелей гипостатичного гена (i > В, b). Расщепление по фенотипу может идти в соотношении 9:3:4, 9:7, 13:3.

(напр., окраска оперения кур, бомбейский феномен, окраска лошадей, собак)

Феномен бомбей – обманная 1 группа крови. hh – мутантный ген, при котором на эритроците ничего не образуется. I^AI^Ahh – все равно 1 группа крови.

3) Полимерия. Доминантные аллели из разных пар влияют на выраженность признака. Признаки такого рода, наз. полигенные. Обозначаются А1, А2, А3… Полимерные гены обычно определяют развитие количественных признаков. К таким признакам относятся: масса животных и человека, удойность коров, содержание химических компонентов в молоке, рост человека, цвет кожи, особенности нервной деятельности. (напр., АААА – яркокрасная окраска, АААа – красная, ААаа – розовая, Аааа – светло розовая, аааа – белая)

Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным.

При кумулятивной полимерии степень проявления признака зависит от суммарного действия нескольких генов. Чем больше доминантных алле­лей генов, тем сильнее выражен тот или иной признак. Расщепле­ние в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании происходит в соотношении 1:4:6:4:1, а в целом соответствует третьей, пятой (при дигибридном скрещивании), седьмой (при тригибридном скрещивании) и т.п. строчкам в треугольнике Паскаля.

При некумулятивной полимерии признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов. Количество доминантных аллелей не влияет на степень выраженности признака. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании — 15:1.

Влияние одного гена на развитие двух и большего числа признаков называется множественным, или плейотропным, действием, а само явление получило название плейотропии.

Биохимическая природа плейотропного действия гена выяснена довольно хорошо. Один белок-фермент, образующийся под контролем одного гена, определяет развитие не только данного признака, но и воздействует на вторичные реакции биосинтеза различных других признаков и свойств, вызывая их изменения.

Плейотропия широко распространена: большинство генов у всех организмов обладают множественным действием. Это явление впервые было обнаружено Г. Менделем. Он обнаружил, что у растения с кукурузными цветками одновременно всегда имелись красные пятна в пазухах листьев, а семенная кожура была серого или бурого цвета. Эти три признака определялись действием одного гена.

Пенетрантность — частота или вероятность проявления аллеля определенного гена у разных особей родственной группы организмов (степень проявления аллеля у отдельной особи называют экспрессивностью).

Различают полную (аллель проявляется у всех особей) и неполную пенетрантность (аллель проявляется у части особей). Большинство мутантных аллелей характеризуется неполной пенетрантностью. Пенетрантность выражается в % (полная пенетрантность - 100 %). Термин «Пенетрантность» предложен Н. В. Тимофеевым-Ресовским в 1927 г. Экспрессивность обычно выражают количественно в зависимости от уклонения признак от дикого типа.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17

Классификация генных мутаций. Представление о прямых и обратных, генеративных и соматических, адаптивных и нейтральных, летальных и условно летальных, ядерных и неядерных, спонтанных и индуцированных мутациях.

Мутации генов (точковые) встречаются у всех органических форм, они происходят в отдельных клетках и проявляются скачкообразно у отдельных особей (мутантов).

Аллели генов, типичные для диких форм вида, называют генами дикого типа или нормальными, а измененные – мутантными.

Мутации гена от дикого типа к новому состоянию называют прямыми, а от мутантного к дикому – обратными. Прямые и обратные мутации возникают с разной частотой. Наличие обратных мутаций свидетельствует о том, что при прямом мутировании ген не потерян, а произошло лишь изменение гена.
Мутации можно классифицировать по масштабу генетических структур, которые затрагиваются входе мутации:

· генные мутации (точечные) – изменение структуры гена

· хромосомные мутации изменение структуры хромосом

· геномная мутация это изменение количества информосом в нуклеоме.

По характеру изменения фенотипа:

· Летальные.

· Морфологические.

· Физиологические.

· Биохимические.

· Поведенческие.

По адаптивному занчению.

положительные,

отрицательные

нейтральные мутации. Эта классификация связана с оценкой жизнеспособности образовавшегося мутанта.

По проявлению в гетерозиготе:

· Доминантные.

· Рецессивные

По способу индукции:

1. Спонтанные, т.е. возникающие без видимых причин или усилий со стороны экспериментатора. Обычно спонтанными называют мутации, причина возникновения которых неизвестна. Кроме того они являются ошибками "трех R ".

2. Индуцированные, т.е. возникшие в результате какого-то воздействия. Частота спонтанных мутаций 10^-6, индуцируемых 10^-3 (тяжелые металлы, ультрафиолет, подавляющие большинство лекарственных препаратов). Если такие мутации произошли в генеративных клетках, то они передаются потомству, если в соматических, то возможно формирование раковой опухоли. Поэтому большинство мутагенов является канцерогенами. В клетках существует механизмы исправления генетических повреждений и восстановления нормальной структуры ДНК. Такие механизмы получили название репарации.

По локализации в клетке:

· Ядерные.

· Цитоплазматические (мутации внеядерных генов)

. По возможности наследования:

· Генеративные, т.е. индуцированные в половых клетках. может возникнуть на любом этапе развития половых клеток. Если такая мутация возникает на ранних стадиях развития клеток зародышевого пути, она размножится во многих клетках, число которых будет пропорционально числу клеточных делений после возникновения мутации. В результате эта мутация будет представлена многими копиями, которые в совокупности называют пучком мутаций. Мутации, возникшие на последних этапах развития половых клеток, в сперматозоидах и яйцеклетках, только в этих клетках и представлены. Проявление мутантного фенотипа соматических мутаций также сильно зависит от стадии, на которой произошла мутация. Чем раньше мутация возникает, тем больший эффект она вызывает. передаются по наследству

· Соматические, индуцированные в соматических клетках. у соматических мутаций два пути: если организм размножается исключительно половым путем, и клетки зародышевого пути уже на ранних этапах развития обособляются от соматических, соматические мутации не играют никакой роли в наследственности. Другое дело, если организм может размножаться бесполым путем, например, картофель. В этом случае мутации оказывают существенное влияние на потомство, размножающееся вегетативным путем

Генные мутации.

Изменение структуры гена – это изменение числа нуклеотидов, либо изменение последовательности нуклеотидов. Такие мутации могут возникать спонтанно или могут быть вызваны ошибками "трех R ": репликация, рекомбинация (кроссинговер, произвольная ориентация бивалентов в метофазе 1), репарация.

Наименьшие изменения структуры гена касаются изменения только в одной паре нуклеотидов, так называемые точковые мутации. При мутациях пуриновые нуклеотиды могут менятся на пуриновые, а перемидиновые на перемединовые, такие мутации называются транзиции. Входе мутации меняются пуриновые на перемединовые и наоборот такие муьтации называются трансверзии. Возможно три варианта точковых мутаций:

1. транзиции – замена пар нуклеотидов, кот. Не изменяют ориентацию:пурин – пиримидин в пределах пары(ат-гц)

2. трансверсии - замена пар нуклеотидов, кот. изменяют ориентацию(ат-цг, ат – та, гц – цг)

3. выпадение пары нуклеотидов

4. Вставка лишней пары нуклеотидов

Генные мутации являются одной из причин возникновения новых аллелей и поэтому являются причиной множественного аллелизма. С этой точки зрения они бывают доминантными или рецессивными в ряде случаев генные мутации ведут к фенотипическим изменениям и к появлению различных наследственных заболеваний (полидактилия, дальтонизм, серповидно клеточная анемия, различные формы сахарного диабета, витамин Д независимый рахит).