Плейотропное действие генов. Пенетрантность. Экспрессивность.

I. АЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ:

• это гены, которые занимают одинаковые локусы (место) в гомологичных хромосомах

• аллельные гены обозначают одной латинской буквой – А, а, А//А АА, А//А Аа или а//а аа.

• Аллельные гены отвечают за развитие альтернативных признаков – вариации одного признака.

Например, ген, отвечающий за развитие пигментации кожи, может существовать в различных аллельных состояниях: аллель тёмной кожи, аллель белой кожи, или умение владеть правой или левой рукой (правша – левша), болен - здоров.

• Среди аллелей один является преобладающим доминантный аллель – А, другой в отступающем рецессивном состоянии - рецессивный аллель – а.

• Аллельные гены возникают в результате мутаций локуса одного гена, их появление связано с генными точковыми мутациями, изменяющими нуклеотидный состав ДНК

II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование, рецессивность, аллельные исключения, межаллельная комплементация.

1.Полное доминирование - доминантный аллель полностью подавляет рецессивный.

• Гомозиготы АА и гетерозиготы Аа имеют доминантный признак в фенотипе.

• При полном доминировании в F1 все особи с доминантным признаком,

• В F2 в моногибридном скрещивании 3 : 1.

У человека по типу полного доминирования наследуются признаки: правша, полидактилия, синдактилия, брахидактилия, положительный резус-фактор, рахит.

2. Неполное доминирование– доминантный аллель - А не полностью подавляет действие рецессивного аллеля – а.

• Гомозиготы - АА имеют доминантный признак.

• Гетерозиготы Аа – промежуточный. Развитие признака зависит от дозы соответствующего аллеля (действие гена дозировано. Присутствуя в клетке организма в одном экземпляре - Аа, аллель обеспечивает развитие соответствующего признака до известного количественного предела. Параллельно увеличению «доз» аллеля – АА нарастает количество признака).

В F1 все особи имеют промежуточный признак, F2 при моногибридном скрещивании происходит расщепление по фенотипу на три фенотипических класса в отношении

1 : 2 : 1. У человека по типу неполного доминирования наследуются такие признаки как: серповидно клеточная анемия, талласемия, цистинурия.

3. Кодоминирование – оба аллеля в равной степени проявляют своё действие при одновременном их присутствии в генотипе. Каждый из аллелей кодирует определённый белок. У кодоминантного организма синтезируются оба белка, и в результате в фенотипе формируется новый признак, отличный (непохожий) от признаков контролируемых в отдельности каждым из аллельных генов.

Так у человека кодоминантно наследуется четвёртая группа крови группа крови по системе АВО в результате кодоминирования генов IA и IB (в генотипе присутствуют аллели второй и третьей группы, а в фенотипе формируется четвёртая группа IУ - IA IB) и группа крови MN по аллелям LM и LN.

Наблюдается кодоминантность у гетерозигот Ss по серповидно-клеточной анемии и других форм гемоглобинопатий (талассемии, С, G – формах). Феномен HbA/HbS проявляется только на уровне синтеза двух полипептидных цепей гемоглобина HbA и HbS.

Фенотип при кодоминировании не является промежуточным между фенотипами родителей, так как на поверхности эритроцитов присутствуют оба агглютиногена (А и В или M и N). При кодоминировании назвать один из аллелей доминантным, а другой — рецессивным нельзя, эти понятия теряют смысл: оба аллеля в равной степени влияют на фенотип. На уровне РНК и белковых продуктов генов, видимо, подавляющее большинство случаев аллельных взаимодействий генов — это кодоминирование, ведь каждый из двух аллелей у гетерозигот обычно кодирует РНК и белковый продукт, и оба белка или РНК присутствуют в организме.

4. Сверхдоминирование - более сильное проявление признака у гетерозигот (Аа), чем у гомозигот (АА, аа). Сверхдоминирование можно определить также как гетерозис (гибридная сила) у растений и животных, возникающий при скрещивании. Гетерозиготные организмы - Аа обладают большей жизнеспособностью («доза» доминантного гена - А меньше), чем у доминантной гомозиготы АА. Генетическая сверхдоминантность, лучшая приспособленность и более высокая селективная ценность (отборное преимущество) гетерозигот (Аа) от моногибридов с обоими типами гомозигот (АА и аа). Наиболее известный пример сверхдоминирования — взаимоотношения между нормальным (HbA) и мутантным (HbS) аллелями гена, контролирующего структуру гемоглобина у человека. Сверхдоминантностьнаблюдаются, у гетерозигот Ss с формами гемоглобина НbAНbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы с формами гемоглобина НbАНbА и генотипом SS подвержены малярии в большей степени

5. Рецессивность: рецессивный признак проявляется только в гомозиготном состоянии генотипа – аа. По типу рецессивности наследуются: умение владеть левой рукой, отрицательный резус-фактор, первая группа крови, пятипалость, дальтонизм, гемофилия.

6. Аллельное исключение - такой вид взаимодействия аллельных генов в генотипе организма, при котором происходит инактивация одного из аллелей в составе хромосомы (факультативный гетерохроматин). У гетерозиготного организма Аа наблюдается аллельное исключение в части клеток организма. Фенотипически проявляются разные аллели: в одних клетках активен доминантный ген, в других – рецессивный. Аллельное исключение увеличивает разнообразие признаков многоклеточного организма при идентичности генотипов соматических клеток (Аа). Инактивация одного из аллелей в составе Х-хромосомы способствует тому, что в разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели. Таким образом, даже процесс формирования элементарного признака зависит от взаимодействия, по меньшей мере, двух аллельных генов, и конечный результат определяется конкретным сочетанием их в генотипе.

Например: синтез иммуноглобулинов связан с аллельными исключениями. Механизм аллельного исключения обеспечивает программированный синтез антител только одной специфичности. Иммуноглобулины антитела — это растворимые гликопротеины, присутствующие в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Иммуноглобулины синтезируются В-лимфоцитами в ответ на чужеродные вещества определенной структуры — антигены. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов — например, бактерий и вирусов. Являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета.

7. Межаллельная комплементация. Межаллельная комплементация относится к редким способам взаимодействия аллельных генов. В данной ситуации гомозиготный по рецессивным, но различным между собой, аллелям генотип фенотипически проявляется как гетерозиготный, то есть происходит нормальное формирование признака даже при отсутствии доминантного аллеля. Причина в том, что продукты рецессивных генов, взаимодействуя, и дополняя друг друга, формируют признак идентичный деятельности доминантного аллеля.

Например: В этом случае возможно формирование нормального признака «В» у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям гена В (В1В2).

В1 – мутантный аллель – аномальный пептид – 1,

В2 – мутантный аллель – аномальный пептид – 2.

Аллель В контролирует нормальный белок. У гетерозигот В1В2 при формировании структурной организации белка компенсируются аномальные изменения белков, обеспечивая образование белка с нормальными свойствами. В результате межаллельной комплементации формируется нормальный признак.

Например: межаллельная комплементация, по-видимому, — главная причина одногенного гетерозиса — преимущества гетерозигот над гомозиготами по жизнеспособности и скорости роста.

III. МНОЖЕСТВЕННЫЕ АЛЛЕЛИ.

Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей. Но некоторые гены существуют в виде большего числа аллелей. Тогда в популяции имеется не два аллельных гена, а больше три, четыре до нескольких десятков. Такое явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются множественные аллели одной буквой с указанием номера: А, а1, а2, а3, а4 Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинаций попарно. Они дают намного больше генотипов (Аа1, Аа2, Аа3, а1 а2, а1 а3, а2 а3, а3 а3), чем двухаллельные гены, дающие только три генотипа (АА, Аа, аа). У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии множественных аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множественных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: НbA, HbS, HdC.

Например, наследование групп крови по антигенам АВ. I – ген определяющий развитие групп крови по системе АВО. Множественные аллели групп крови по системе АВО обозначаются: IO , IA , IB . А и В – агглютиногены – сложные соединения, за синтез которых отвечает ген «I». По наличию и сочетанию агглютиногенов в крови различают четыре группы крови по системе АВО.

YI . ПЛЕЙОТРОПИЯ – это генетическое явление, обеспечивающее развитие нескольких признаков, контролируемых одним геном, проявляется множество фенотипических эффектов одного гена.

Различают:

а) прямую или истинную или первичную плейотропию

б) зависимую или относительную или вторичную плейотропию

a) При прямой плейотропии все разнообразные эффекты возникают в различных тканях или органах под действием одного гена в разных местах организма. Изменённый белок взаимодействует с клеточными структурами (мембраной, цитоплазмой) в клетках нескольких тканей и органов и изменяет их свойства. Например, синдром Марфана (арахнодактилия – «паучьи пальцы») у человека, развивается под действием мутантного доминантного гена - А, действие которого проявляется в нарушении развития соединительной ткани, что приводит к аномалии развития опорно-двигательного аппарата – длинные и тонкие пальцы, подвывиха хрусталика и развитие близорукости, аневризм (расширение) аорты уменьшает продолжительность жизни. Гомозиготы АА – нежизнеспособны, а у всех гетерозигот проявляются признака синдрома.

б) Относительная (вторичная) имеется одно первичное действие мутантного гена, например, в случае серповидноклеточной анемии – дефектный гемоглобин и эритроциты принимают серповидную форму. Вследствие этого развивается ступенчатый процесс вторичных патологических проявлений - это дефекты, возникающие в различных органах: слипание и разрушение эритроцитов, анемия, умственная и физическая отсталость, увеличение и фиброз селезёнки, поражения кожи, почек, сердца, мозга. Поэтому гомозиготы (SS) по этому заболеванию погибают до полового созревания (в детском возрасте).