Хронобиологический аспект клеточной 4 страница
Рис. 4-14. Образование при конъюгации квадривалента из двух пар хромосом, несущих реципрокную транслокацию.
Рис. 4-15. Образование при конъюгации поливалента шестью парами хромосом, участвующих в реципрокных транслокациях: I — конъюгация между парой хромосом, не несущих транслокацию; II — поливалент, образуемый шестью парами хромосом, участвующих в транслокации.
Рис. 4-16. Конъюгация хромосом при инверсиях: I — парацентрическая инверсия в одном из гомологов; II — перицентрическая инверсия в одном из гомологов.
Конъюгация и последующее расхождение структур, образованных измененными хромосомами, способствуют появлению новых хромосомных перестроек. В результате гаметы, получая неполноценный наследственный материал, не способны обеспечить нормальное развитие особи нового поколения.
Несмотря на неблагоприятные в целом последствия генеративных хромосомных мутаций, в тех случаях, когда они оказываются совместимыми с развитием и жизнью организма, такие мутации через эволюцию структуры хромосом эффективно способствуют биологической эволюции (видообразованию и формированию системы таксонов надвидового ранга). Даже делеции, если они незначительны по размерам, сохраняются в гетерозиготном состоянии в ряду поколений. Менее вредны, в сравнении с делециями, дупликации, хотя если увеличение количества наследственного материала значительно (10% и более), организм, как правило, нежизнеспособен. Робертсоновские транслокации обычно совместимы с жизнью в силу того, что они не связаны с изменениями количества наследственного материала. Это, видимо, было «использовано» в интересах эволюции. О вероятности этого говорят различия числа хромосом в клетках организмов близкородственных видов, объясняемые слиянием или разделением хромосом. Так, у разных видов плодовых мух (дрозофила) количество хромосом в гаплоидных наборах варьирует от 3 до 6. О возможной роли хромосомных перестроек на уровне обезьяноподобного предка в эволюции человека см. 4.3.2.
4.3.2.3. Биологическое значение хромосомного уровня организации генетического аппарата
Хромосомный уровень структурно-функциональной организации генетического аппарата эукариотической клетки вносит свой специфический вклад в функционирование генов, характер наследования признаков потомками, регуляцию генетической активности.
Хромосомы как комплексы генов (сайтов, нуклеотидных последовательностей ДНК) представляют собой эволюционно сложившиеся структуры, обязательные для клеток всех особей данного вида. Немаловажная роль в особенностях функционирования генов принадлежит их взаимному расположению в хромосомах (в группах сцепления). Локализация гена в той или иной хромосоме, в частности, в аутосоме, половых хромосомах Х или У, митохондриальной хромосоме М определяет закономерности (правила) наследования соответствующего(их) признака(ов). Принадлежность генов к одной хромосоме обусловливает то более, то менее выраженный сцепленный характер наследования контролируемых ими признаков, тогда как расстояние между генами в хромосоме влияет на частоту рекомбинации указанных признаков в фенотипе потомства (см. 4.3.2.1). Напротив, локализация генов в разных хромосомах или в одной хромосоме, но на расстоянии в 50 морганид (сантиморганид) и более составляет основу независимого наследования признаков.
Вклад хромосомного уровня структурно-функциональной организации генетического аппарата эукариот в регуляцию генетической активности ДНК — см. 4.3.2. Устойчивое комплексирование ДНК с основными белками гистонами делает ее недоступной для взаимодействия с белками — обязательными участниками процесса транскрипции, например, с РНК-полимеразой, транскрипционными факторами, энхансерами. Предварительная декомпактизация хроматина (эухроматизация) также, видимо, является условием транскрипции биоинформации с соответствующего участка ДНК (см. 2.4.3.4-в).
Возникновение в эволюции генетического аппарата при переходе к эукариотическому типу клеточной организации хромосомного уровня связано, согласно общепринятому мнению, с возросшим количеством генетического материала. Распределение ядерной ДНК между ограниченным числом структур — хромосом — обусловливает упорядоченную пространственную организацию всей массы генетического материала по группам сцепления. Относительная самостоятельность хромосом в процессах редупликации и распределения между дочерними клетками в митозе и мейозе позволяет закономерно воспроизводить и передавать в ряду поколений без количественных потерь и качественных изменений (за редкими исключениями — см. 4.1.1, генотипическая изменчивость) значительные объемы жизненно важной биологической (генетической) информации. Распределение генов (сайтов, конкретных по функционально-генетическим характеристикам нуклеотидных последовательностей ДНК) по группам сцепления делает возможной рекомбинацию генетического материала и, следовательно, соответствующей биоинформации, заключенной в гомологичных и негомологичных хромосомах, при мейозе и оплодотворении. Такая рекомбинация существенно увеличивает уровень генотипической комбинативной изменчивости, что само по себе является важным эволюционным фактором, обеспечивающим в каждом поколении наличие биоинформационно разнообразного наследственного материала и, следовательно, фенотипических вариантов для естественного отбора.
4.3.3. Геномный уровень организации генетического аппарата
Геном определяется как совокупность наследственного материала (генов, сайтов, нуклеотидных последовательностей ДНК) в гаплоидном наборе хромосом клеток организмов соответствующего биологического вида. Геном видоспецифичен, поскольку он отождествляется с полным набором генов, необходимых для формирования видовых характеристик организмов в процессе индивидуального развития (онтогенез).
Размер генома в определенной степени коррелирует с положением группы, к которой принадлежит соответствующий вид, в иерархической системе мира жизни. Так, размер генома прокариот не превышает 8´106 п.н., у дрожжей (одноклеточные эукариоты) этот размер равен 1,35´107 п.н., то есть на порядок выше, у амфибии шпорцевой лягушки (Xenopus laevis), также как у высших позвоночных (млекопитающие) на 2 порядка выше, чем у дрожжей — 109 п.н. (см. также 1.5). Данные по геному человека см. 2.4.3.4-д.
Большинство видов высших организмов диплоидны, то есть в их соматических клетках одновременно представлено два генома. Один из них материнского, второй — отцовского происхождения (см. 4.3, генотип). В природе известны виды, представители которых способны размножаться партеногенезом(см. также 6.3 и 7.3) — в отсутствие оплодотворения. В таких случаях, благодаря включению особого механизма, соматические клетки развивающегося зародыша диплоидны. Обычно оба генома, присутствующие в их ядрах, имеют материнское происхождение. В экспериментальных условиях получены зиготы, имеющие цитоплазму яйцеклетки и два генома отцовского происхождения. На вопрос о возможности партеногенетического развития человека (то есть бе ззачатия) в настоящее время наука дает отрицательный ответ. Дело в том, что в отсутствие материнского генома (диандрогенез) образуются только провизорные структуры, но не внутренняя клеточная масса, клетки которой, собственно, и дают новый организм. Наоборот, в отсутствие отцовского генома (дигиногенез) провизорные структуры не образуются. Формируется лишь внутренняя клеточная масса. В обоих случаях зародыш нежизнеспособен.
Для некоторых видов организмов на врéменной (в онтогенезе) основе возможны гаплоидные особи. Так, у определенных видов общественных насекомых пол определяется ди- или гаплоидностью особи. У пчел и муравьев, например, самцы, развивающиеся из неоплодотворенных яйцеклеток, первично гаплоидны. В дальнейшем их соматические клетки становятся диплоидными. При определенных внешних воздействиях на яйцеклетки некоторых видов организмов (низкие температуры, икра тритонов) в эксперименте удавалось получать гаплоидных животных, отличавшихся, однако, пониженной жизнеспособностью. В исключительных случаях гаплоидные особи тритонов появляются в природных условиях, возможно, вследствие резких температурных колебаний в период оплодотворения.
Отмечено, в частности, у человека, появление на свет полиплоидных (три- и тетраплоидных, то есть 3n и 4n, соответственно) организмов, которые отличались сниженной жизнеспособностью: ни один из новорожденных-полиплоидов человека не прожил более двух недель после рождения. Описаны, в том числе среди взрослых людей, особи-мозаики, в органах и тканях которых, наряду с диплоидными (2n) клетками, присутствуют клетки более высокой плоидности (3n, 4n).
В приведенных выше примерах обращает на себя внимание факт изменения в клетках числа полных геномов. Это обстоятельство — веский аргумент в пользу выделения у эукариот, наряду с генным и хромосомным, также геномного уровня организации генетического аппарата.
Значение указанного уровня для наследственности состоит, во-первых, в том, что геном представляет собой не случайный, а сбалансированный качественно (по биоинформационному наполнению) и количественно (по дозам структурных генов и сайтов ДНК с другими функциями) объем генетической информации. Будучи эволюционно «проработанной» и отобранной, эта биоинформация необходима и, одновременно, достаточна для обеспечения присущего особям конкретного биологического вида типа индивидуального развития (онтогенез) и обмена веществ (метаболизм). Во-вторых, эффективное решение названной задачи допускает наличие некодирующих (в том числе транскрибируемых, но не транслируемых) нуклеотидных последовательностей с приобретением ими регуляторных, сервисных, конценсусных и иных функций. В-третьих, оказалась возможной кластерная организация генов, контролирующих жизненно важные клеточные и организменные функции — с одной стороны, кластеры генов рРНК, тРНК, гистонов, с другой, кластеры a- и b-глобиновых генов. Кластерная организация генов (мультигенные семейства) в приведенных примерах позволяет решать разные функционально-генетические задачи (см. 2.4.3.3 и 4.3.3.2). В-четвертых, отдельные хромосомы являются группами сцепления генов. Учитывая корпускулярную природу генов, это обусловливает как независимое, так и сцепленное (частично или полностью) наследование, а также различные комбинации (сочетания) аллелей и признаков. Следствием последнего является формирование в каждом поколении уникальных по аллельному составу генотипов и, следовательно, появление различающихся по фенотипам потомков.
Присутствие в геномах эукариот избыточной ДНК, возможно, было использовано в процессе исторического развития (эволюция) для создания в случае необходимости «новых» структурных генов (смысловых,транскрибируемых и транслируемых, экспрессируемых сайтов ДНК) или нуклеотидных последовательностей с регуляторной, сервисной и иными функциями. С геномным уровнем организации генетического аппарата эукариот связывают также переход к возможности избирательной транскрипции генов по времени (период онтогенеза), месту (тип клеток) и объему. В связи с отмеченным вспомним о смене форм b-полипептида глобина в ряду «эмбрион —
плод — родившийся человек». При этом происходит не только смена активного (структурного, смыслового, экспрессируемого, транскрибируемого и транслируемого) гена b-глобинового кластера (см. 2.4.3.4-д), но и типа клеток, в которых соответствующий ген экспрессируется: стенка желточного мешка эмбриона, печень плода, красный костный мозг родившегося человека. Молекула гемоглобина образована полипептидами a и b, которые находятся в строго определенном количественном соотношении: на каждые 2 полипептида a приходится 2 полипептида b. Очевидно, что транскрипция генов названных полипептидов должна быть в количественном плане согласована, что, видимо, и имеет место.
4.3.3.1. Формы взаимодействия неаллельных генов
Большинство признаков и свойств живого существа являются сложными (см. 4.3.1). Их развитие практически всегда представляет собой результат взаимодействия ряда (иногда многих) генов, причем неаллельных, то есть располагающихся на разных хромосомах или на одной хромосоме, но в разных локусах. Классической (домолекулярный и догеномный периоды) генетикой были определены такие формы взаимодействия неаллельных генов как полимерия (полимерное или полигенное наследование), комплементарное взаимодействие и эпистаз — рецессивный и доминантный. Формы взаимодействия аллельных генов — см. 4.3.1.2. К формам взаимодействия неаллельных генов (сайтов, нуклеотидных последовательностей ДНК) следует добавить также “эффект положения” (2.4.5.5-а) и действие регуляторных генов (нуклеотидных последовательностей ДНК), продукты экспрессии которых модифицируют (повышают или понижают функционально-генетическую активность генов-рабов (см. 8.2.10.1 и 8.3.3), то есть смысловых, транскрибируемых и транслируемых, структурных в понимании классической генетики генов, то есть, возможно, выполняющих роль энхансеров и/или сайленсоров, генов-господ (см. 8.2.10.1 и 8.3.3), являются общими и специфическими транскрипционными факторами ( см. 2.4.5.5-а).
Развитие количественных признаков нередко обусловлено полимерными генами или полигенами — системой неаллельных генов, в равной мере влияющих на формирование соответствующего признака и характеризующихся аддитивным (взаимодополняющим, суммирующим) действием. Соответственно, степень выраженности признака зависит от совокупной дозы доминантных аллелей всех полимерных генов системы. С известной долей осторожности можно сказать, что полимерное наследование — один из генетических механизмов, оказывающих влияние на экспрессивность количественного признака. По полимерному типу у людей наследуется, в частности, интенсивность окраски кожных покровов, зависящая от количества откладываемого в цитоплазме пигментных клеток (меланоциты) черного пигмента меланина. По общепринятому мнению, в геноме человека за пигментацию кожи ответственна система из 4 генов. Учитывая диплоидность соматических клеток, каждый из этих генов представлен в генотипе двумя аллелями. Так как эти аллели участвуют в определении степени развития одного признака, их обозначают одной буквой, но с разными цифровыми индексами: Р1, Р2, Р3 и Р4 — доминантные аллели или р1, р2, р3, р4 — рецессивные аллели. Наличие в генотипе индивидуума восьми диминантных аллелей рассматриваемых полигенов (Р1Р1 Р2Р2 Р3Р3 Р4Р4) обусловливает максимальную пигментацию кожных покровов, отличающую африканских негров. Гомозиготы по рецессивным аллелям четырех генов характеризуются минимальным уровнем пигментации, отличающим представителей европеоидной расы. Большее или меньшее число доминантных аллелей — от 8 до 0 — определяет разную интенсивность окраски кожных покровов (рис. 4-17). Полигенное наследование характеризует у человека такие признаки, как рост и масса тела, возможно, интеллект. В последнем случае предполагается соучастие большого количества генов — несколько десятков или более.
Рис. 4-17. Зависимость пигментации кожных покровов у человека от числа в генотипе доминантных аллелей системы полигенов Р.
Если формирование сложного признака требует совокупного действия (взаимодействия) аллелей конкретных неаллельных генов, то, очевидно, он будет проявляться в фенотипе лишь тех особей, которые в генотипах имеют именно требуемую комбинацию аллелей. По-существу, речь идет о том, что в результате совокупного действия возникает новое качество, которого не было бы в отсутствие соответствующего взаимодействия. Указанное взаимодействие получило название комплементарного(взаимодополняющего). В качестве примера рассмотрим процесс формирования половой принадлежности у людей. Известно, что у вида H. sapiens комплекс половых признаков определяется сочетанием в кариотипе половых хромосом (гетерохромосом) Х и У. Установлено, однако, что для развития мужского фенотипа недостаточно нуклеотидных последовательностей ДНК хромосомы У, определяющих дифференцировку половых желез по мужскому типу и образование гормона тестостерона. Необходим также продукт экспрессии другого гена (находится на хромосоме Х), обусловливающего образование белка-рецептора к тестостерону и располагающегося в клеточных оболочках. Отсутствие синтеза рецептора, например, вследствие мутации делает ткани-мишени невосприимчивыми к мужскому половому гормону. В результате развивается в целом женский фенотип, однако, такой человек лишен детородной функции и наделен рядом физических (метаболические и функциональные параметры скелетной мускулатуры) и характерологических (решительность, импульсивность в действиях) черт, более присущих мужскому полу. Описанное состояние известно как синдром тестикулярной феминизации Морриса (рис. 4-18).
Рис. 4-18. Тестикулярная феминизация — синдром Морриса: I — кариотип 46ХУ (семенники удалены в детском возрасте); II — евнухоидная форма, кариотип 46ХУ (отсутствие молочных желез, вторичного оволосения, естественного влагалища); III — кариотип 46ХУ.
Еще одна форма взаимодействия неаллельных генов — эпистаз. В качестве примера рассмотрим ситуацию, связанную с формированием принадлежности человека к определенной группе крови в системе эритроцитарных антигенов АВО (см. также 4.1.1 и 4.3.1.2). Отвечающий за развитие рассматриваемого признака ген I в виде аллелей IA и IB обеспечивает образование организмом белков с антигенными свойствами А и В, располагающихся на поверхности эритроцитов. Для того чтобы названные антигены были синтезированы, требуется вещество-предшественник, образование которого детерминируется геном Н. Доминантный аллель гена Н присутствует в генотипах подавляющего большинства людей (генотипы НН или Hh). У редких, но все-таки встречающихся среди людей рецессивных гомозигот (hh) вещество-предшественник не образуется, вследствие чего у таких лиц, даже при наличии в генотипах аллелей IA и/или IB, антигены А и В не синтезируются, и по фенотипу они относятся к субъектам с группой крови I, а не II, III или IV. Приведенный пример известен под названием «бомбейский феномен» и соответствует генетическому понятию рецессивного эпистаза. С позиций рецессивного эпистаза следует рассматривать случаи альбинизма у людей, когда даже у представителей негроидной расы, которые имеют максимальное число доминантных аллелей в системе полигенов, определяющих интенсивность пигментации кожных покровов, радужной оболочки глаз и волос, рождаются альбиносы с полным отсутствием в клетках организма пигмента меланина (рис. 4-19), который не может образоваться в принципе.
Сравнительно недавно среди антропогенетиков бытовало мнение, что в определении цвета кожи людей ведущая роль принадлежит двум факторам: наличию в мельчайших сосудах дермы крови, которая, просвечивая через слой эпидермиса, делает покровы более светлыми. Второй фактор – количество гранул черного (темного) пигмента меланина в особых клетках (меланоциты) кожных покровов. При этом, у лиц с темной кожей (коренные африканцы) зависимость цвета от кровеснабжения в известной степени маскируется меланином.В настоящее время установлено, что свелая кожа представителей европеоидной расы (впрочем, также как и натуральный рыжий цвет их волос) связан с мутациями в гене меланокортинового рецептора (МС1R), которых обнаружено несколько (феномен множественного аллелизма). С одной стороны, можно думать, что названные мутации нарушают баланс между синтезом черного и рыжего вариантов пигмента меланина (соответственно, эумеланина и феомеланина). С другой стороны, нельзя исключить, что у гомозигот по мутантным аллелям гена МС1R указанный рецептор функционирует с относительно низкой эффективностью. Предположительно именно такие гомозиготы характеризуются бледной кожей и рыжими волосами. Небезинтересно, что в названном гене из генома неандертальцев (на настоящее врем я просеквенированы соответствующие участи геномов двух неандертальцев: жившего в северной Италии 50 тыс. лет назад и жившего в северной Испании 43 тыс. лет назад) обнаружена точковая мутация, отсутствующая в геноме человека современного типа (за исключением лиц с рыжими волосами): в 919 положении у современных людей находится адениловый нуклеотид (А), а у неандертальцев гуаниловый (Г), что на уровне соответствующего белка означает замену в 307 позиции аминокислоты аргинина (R) на аминокислоту глицин (G) – R307G.
Новые данные по генетике светлокожести и рыжеволосости позволяют предположить, что коренные обитатели Европы – неандертальцы, которых иногда называют “другим человечеством” и сапиенсы, оказавшиеся в Европе гораздо позже, приобрели светлокожесть и рыжеволосость независимо друг от друга. Эти данные однако не требуют срочного пересмотра и изменения представлений о полигенном наследовании цвета кожных покровов. Еще раз обращаем внимание на то, что распределение современных людей со светлой кожей по интенсивности окраски кожных покровов отвечает соотношению в их генотипах доминантных и рецессивных аллелей соответствующих генов (см. рис. 4-17), а мулаты, отличающиеся промежуточными значениями интенсивности пигментации относительно представителей европеоидной и негроидной рас, являются тетрагетерозиготами.
Генетика располагает также примерами, когда некий ген, например, В обусловливает развитие соответствующего признака только в том случае, если другой (неаллельный гену В) ген, например, А представлен в генотипе двумя рецессивными аллелями (аа). При наличии доминантного аллеля названного гена (генотипы АА или Аа) признак В не формируется. Приведенная ситуация соответствует генетическому понятию доминантного эпистаза.
Рис. 4-19. Пример рождения альбиноса в семье негра и негритянки (разнояйцевые близнецы — девочка и мальчик, — дин из которых альбинос).
С известной долей осторожности можно предполагать, что от наличия эпистатической формы взаимодействия неаллельных генов зависит такое свойство, как пенетрантность.
Как уже отмечалось, рассмотренные формы взаимодействия неаллельных генов в виде полимерного или полигенного наследования, комплементарного взаимодействия и эпистаза описаны представителями классической (домолекулярной) генетики. Они были открыты путем анализа вариантов наследования определенных фенотипических признаков потомством и относятся, по-существу, к генному уровню организации генетического аппарата эукариот. Расшифровка химической природы генетического материала (ДНК) и непосредственная работа с ним методами молекулярной генетики (см. 5.2.2.3-в), осознание системного принципа функционирования аппарата наследственности и биологической изменчивости, появление в генетическом обиходе понятия «геном» (см. 4.3.3.2) способствовало расширению представлений о формах взаимодействия различных нуклеотидных последовательностей или сайтов ДНК в процессе формирования фенотипа особи. Вспомним, к примеру, о взаимодействии элементов промотора и сайтов с энхансерной функцией (см. 2.4.5.5). Особое внимание в настоящее время уделяется нуклеотидным последовательностям, выполняющим регуляторные функции относительно структурных (информативные, транскрибируемые и транслируемые) генов.
4.3.3.2. Функционально-генетическая характеристика нуклеотидных последовательностей ДНК (сайтов, генов)
В классической (домолекулярной) функциональной генетике, когда методы исследования закономерностей наследования признаков и генетических законов ограничивались фактически гибридологическим (растения и животные), генеалогическим и близнецовым (человек), а представления о материальной природе генов носили гипотетический характер, в функционально-генетическом плане речь могла идти исключительно о структурных генах, отличительной характеристикой которых было наличие соответствующих им признаков.
В современной генетической номенклатуре к категории структурных генов относят две разновидности нуклеотидных последовательностей (сайтов) ДНК. С одной стороны, это последовательности, которые транскрибируются с образованием и(м)РНК и далее транслируются с образованием простых белков (полипептидов, протеинов). С другой стороны, к категории структурных генов причисляют также последовательности, которые транскрибируются с образованием определенных видов РНК — рибосомных и транспортных, необходимых для организации в клетках процесса биосинтеза белков. Ни рРНК, ни тРНК не транслируются. Таким образом, среди структурных генов выделяют транскрибируемыеитранслируемые, а также транскрибируемые, ноне транслируемые. Оказалось, однако, что на долю таких последовательностей приходится не более 5% общего количества ДНК генома (см. 2.4.3.4-д).
Достижения генетики последних десятилетий позволяют связать некоторую часть структурных генов (в частности, из числа транскрибируемых и транслируемых нуклеотидных последовательностей ДНК) с важнейшими событиями индивидуального развития и процессами жизнедеятельности, выделяя их в отдельные субсемейства. Так, выделяют структурные гены, напрямую связанные с обеспечением эмбриогенеза многоклеточных животных. К примеру, на ранних стадиях эмбрионального развития под генетическим контролем устанавливается своеобразная координатная сетка, позволяющая клеткам развивающегося организма определить себя в пространстве (см. 8.2.10.1). Благодаря последовательно активируемым группам генов (материнские гены, gap и pair-rule гены, гены сегментарной полярности) у плодовых мух (дрозофилы) определяется головной и хвостовой концы, а тело зародыша подразделяется в передне-заднем направлении на фиксированное число сегментов, клетки которых дадут в дальнейшем конкретные структуры. Благодаря соответствующему генетическому контролю определяется также спинно-брюшное направление.
В рассматриваемом отношении интересны гомеозисные гены, которые располагаются кластерами линейно друг за другом. Они контролируют развитие в требуемом направлении определенных клеточных популяций. При этом последовательность генов в кластере соответствует пространственному взаиморасположению возникающих в процессе развития структур организма — проксимо-дистальное и дорзо-вентральное направления.
Эмбриогенез в реальном пространственно-временном воплощении представляет собой единый процесс. Тем не менее, выделение в этом процессе определенных стадий (дробление, бластула, гаструла, первичный органогенез или закладка осевых органов, вторичные или локальные органогенезы) оправдано хотя бы тем, что, как оказалось, они находятся под специальным генетическим контролем. Так, у мыши обнаружен локус Т, представленный 117 аллелями. Аллель t проявляет свойство рецессивности относительно всех остальных аллелей. У гомозигот по некоторым аллелям локуса T эмбриональное развитие проходит нормально лишь до определенной стадии. По достижении этой стадии зародыш прекращает развитие и гибнет. Нежизнеспособны гомозиготы: t12t12 (не образуется трофобласт, гибель на стадии 16 бластомеров — морула), tw73tw73 (в связи с функциональной несостоятельностью поверхности клеток хориона зародыш не имплантируется в стенку матки, гибель на стадии 64 бластомеров — бластоциста), t0t0 (не образуется амнион), tw5tw5 (возникнув, зародышевая эктодерма погибает), t9t9 (зародыш нежизнеспособен, так как нет мезодермы: не образуется первичная полоска — дефект эмбриональной индукции), tw1tw1 (дефект нейруляции — гибнут клетки вентральных отделов нервной трубки и закладки головного мозга). У гомозигот TT нервная трубка коротка и не достигает заднего конца тела зародыша, в связи с чем нарушается ход вторичных (локальных) органогенезов и зародыш гибнет. Летальна также рецессивная гомозигота tt. Типичный фенотипический признак мышей с генотипом Tt — короткие хвосты.
У эукариот обнаружены структурные гены, которые можно выделить в субсемейство, члены которого решают задачи экологического характера или же обеспечивают соответствующий образ существования (например, паразитический). Выше говорилось (см. 4.3.3), что у человека на разных этапах онтогенеза синтезируются разные полипептиды a- и b-глобинов, благодаря чему образуются гемоглобины — эмбриональный, плодный и родившегося человека. Необходимость последовательной смены в онтогенезе названных вариантов гемоглобина диктуется изменениями условий снабжения тканей кислородом, то есть экологическими обстоятельствами.
Паразитам высших животных, в том числе млекопитающих, отличающихся наличием эффективной иммунной системы, приходится решать специфическую задачу ухода от надзорной функции последней. Один из способов — особый генетический механизм. Так, в геноме внутриклеточного паразита человека, возбудителя африканского трипаносомоза (сонная болезнь) жгутикового простейшего трипаносомы (Trypanosoma brucei gambiense) имеется «кассета» генов, контролирующих образование белка клеточной оболочки паразита и имеющих некоторые отличия в нуклеотидных последовательностях. Уход названных трипаносом от противостояния иммунной системы организма-хозяина (то есть человека) связан с регулярной сменой активного гена «кассеты». Результат заключается в появлении в клеточной оболочке «нового» варианта белка-антигена (см. 19.3.2), что заставляет иммунную систему выстраивать свои отношения с паразитом после каждой такой смены заново. Некоторые внутриклеточные паразиты человека (возбудитель трехдневной малярии Plasmodium vivax, возбудитель американского или городского трипаносомоза, известного также как болезнь Чагаса, Trypanosoma cruzi используют в качестве «ворот» для проникновения в клетки хозяина белки плазмалеммы, образуя под генетическим контролем соответствующие молекулы-лиганды (см.18.6).