Взаимодействие неаллельных генов

Явление, когда за один признак отвечает несколько разных генов, называется взаимодействием неаллельных генов.

1. Комплементарность – это взаимодействие двух неаллельных генов, ведущее к появлению нового признака. Каждый ген в доминантном состоя­нии в отсутствие доминантного аллеля другого гена не способен обеспечить развитие признака, который является ре­зультатом цепи биохимических реакций, катализируемых разными белками. Поэтому развитие признака требует наличия в генотипе доминантных аллелей двух разных генов. Примеры: некоторые типы глухоты и слепоты; окраска цветков у душистого горошка.

2. Эпистаз – это вид взаимодействия неаллельных генов, при котором происходит подавление действия аллеля одного гена аллелем другого гена. Проявление гена, определяющего какой-либо признак, может подавляться неаллельным ему доминантным эпистатическим геном (доминантный эпистаз) или рецессивным геном, находящимся в гомозиготном состоянии (рецессивный эпистаз).Примеры: окраска у лошадей (доминантный эпистаз); «бомбейский феномен» в наследовании групп крови у человека (рецессивный эпистаз).

3. Полигенное наследование (полимерия): два или большее количество неаллельных генов совместно контролируют развитие одного признака. Степень выраженности признака зависит от общего количества доминантных аллелей всех полимерных генов в генотипе организма. Таким образом, взаимодействие заключается в суммировании действия этих аллелей во всех парах полимерных генов. Пример: пигментация кожи у человека определяется взаимодей­ствием четырех пар неаллельных генов. (Р₁Р₁Р₂Р₂Р₃Р₃Р₄Р₄ - максимальная пигментация, р₁р₁р₂р₂р₃р₃р₄р₄ - минимальная пигментация).

4. Эффект положения: у человека синтез одного из белков крови определяется тремя рядом расположенными генами. Интенсивность синтеза зависит от взаимного расположения определенных аллелей этих генов в хромосоме.

5. Модифицирующее действие генов: изменение вы­раженности гена А под действием гена В. Ген В усиливает (интенсификатор) или ослабляет (супрессор) проявление гена А.

Тип взаимодействия	Расщепление признаков в F2	Примеры
Комплементарность	9 : 3 : 3 : 1   9 : 6 : 1     9 : 7	· Наследование окраски оперения у попугайчиков. · Появление плодов дисковидной формы у тыкв сферической формы. · Наследование окраски цветков у душистого горошка.
Эпистаз	12 : 3 : 1   13 : 3   9 : 3 : 4	Доминантный эпистаз. Расщепление по масти у лошадей. Наследование окраски оперения у кур. Рецессивный эпистаз. Наследование окраски шерсти у мышей.
Полимерия	1 : 4 : 6 : 4 : 1 (15: 1)     15 : 1	Кумулятивная полимерия. Наследование окраски зерен пшеницы. Некумулятивная полимерия. Наследование формы стручков у пастушьей сумки.

Примеры решения задач:

1. У разводимых в звероводческих хозяйствах норок окраска меха определяется двумя парами несцепленных аллельных генов. Доминантные гены обоих аллелей определяют коричневую окраску. Рецессивные аллели обеих пар, так же как и один доминантный в отсутствии другого доминантного неаллельного гена, определяют платиновую окраску меха. Какое потомство получится при скрещивании двух гетерозиготных по обеим парам генов норок?

Решение:

А_В_- коричневый мех А_bb, ааВ_, ааbb - платиновый мех	P:	AaBb	x	AaBb
F:		AB	Ab	aB	аb
	AB	AABB	AABb	AaBB	AaBb
	Ab	AABb	AAbb	AaBb	Aabb
	aB	AaBB	AaBb	aaBB	aaBb
	ab	AaBb	Aabb	aaBb	aabb

Ответ:

9 частей потомства будут иметь коричневый мех;

7 частей будет с платиновым мехом.

2. У лошадей ген серой окраски “С” подавляет действие гена вороной окраски “В” и рыжей масти “b”. И вороная, и рыжая масти могут развиваться только при отсутствии гена “С” (т.е. при генотипе “сс”). Скрещены между собой две дигетерозиготные серые лошади. Определите расщепление признаков в потомстве.

Решение:

В - вороная масть	P:	CcBb	х	CcBb
b- рыжая масть
С - серая масть, супрессор	F:		CB	Cb	cB	сb
с - нет супрессорного действия		CB	CCBB	CCBb	CcBB	CcBb
		Cb	CCBb	CCbb	CcBb	Ccbb
		cB	CcBB	CcBb	ccBB	ccBb
		Cb	CcBb	Ccbb	ccBb	сcbb

Ответ: 12 частей потомства серых, 3 части вороных, 1 часть рыжих.

3. Вес человека контролируется несколькими парами неаллельных генов, которые взаимодействуют по типу полимерии. Если пренебречь факторами среды и условно ограничиться лишь тремя парами генов, то можно допустить, что в какой-то популяции среди людей одного роста лица, имеющие наиболее низкий вес (50 кг), являются рецессивными гомозиготами, а лица, имеющие наиболее высокий вес (110 кг) - доминантными гомозиготами. Определите вес людей данного роста, гетерозиготных по всем трем парам генов.

Решение:

а₁а₁а₂а₂а₃а₃ - 50 кг;

А₁А₁А₂А₂А₃А₃ - 110 кг;

А₁а₁А₂а₂А₃а₃ - ?.

Разница в весе между доминантными и рецессивными гомозиготами - 60 кг, следовательно, один доминантный полимерный аллель детерминирует прирост веса в 10 кг (60 : 6). Значит, вес тригетерозигот равен: 50 + (10 х 3) = 80 кг.

Ответ: Вес тригетерозигот равен 80 кг.

Решите задачи:

1. Существуют два вида наследственной слепоты, каждый из которых определяется своим рецессивным геном (а и b). Оба аллеля находятся в различных парах гомологичных хромосом и не взаимодействуют друг с другом. Бабушки по материнской и отцовской линиям имеют разные виды наследственной слепоты и гомозиготны по доминантному аллелю. Оба дедушки видят хорошо, не имеют рецессивных генов. Определите генотипы бабушек и дедушек, генотипы и фенотипы их детей и вероятность рождения слепых внуков. Составьте схему решения задачи.

2. Какова вероятность того, что ребенок родится слепым, если отец и мать - гомозиготы и страдают разными видами наследственной слепоты?

3. У людей нормальная окраска кожных покровов проявляется только в случае одновременного присутствия в генотипе двух доминантных неаллельных генов. В противном случае проявляется альбинизм. Определите вероятность рождения альбиносов у двух здоровых дигетерозиготных родителей. Какая форма взаимодействия генов имеет место в данном случае?

4. Образование в клетках человека специфического белка интерферона связано с комплементарным взаимодействием двух доминантных неаллельных генов (А и В), локализованных в разных хромосомах (А – во второй, В – в пятой хромосоме). У одного из родителей подавлена способность к образованию интерферона в результате отсутствия гена В, второй родитель здоров и здоровы все его родственники. Какова вероятность появления здорового потомства у этих родителей?

5. Красная окраска цветков душистого горошка обусловлена двумя парами генов. Если хотя бы одна пара находится в рецессивном состоянии, то окраска не развивается. Одновременное присутствие в генотипе обоих доминантных генов вызывает развитие окраски. Каков генотип растений с белыми цветами, если при их скрещивании друг с другом все растения получились красного цвета?

6. У душистого горошка красная окраска цветка определяется доминантным геном (А), но только в том случае, если в другой паре имеется доминантный ген (В). Какое потомство и в каком отношении будут иметь потомки F₁, если для первого скрещивания взять растения с генотипами ааВВ и ААвв ?

7. У норки известны два рецессивных гена – р и i, гомозиготность по каждому из которых, или по обоим одновременно, обуславливает платиновую окраску меха. Коричневая окраска развивается при наличии в генотипе обоих доминантных аллелей Р и I. При каком типе скрещивания двух платиновых норок все их потомство будет коричневым?

8. Окраска бобов может быть пурпурной, желтой и белой. Под действием гена А неокрашенное соединение переводится в пурпурный пигмент. Ген В вызывает превращение пурпурного вещества в желтое. Какое потомство получится от скрещивания растений с генотипами АаВb и ааВВ?

9. Окраска шерсти у кроликов определяется двумя парами генов, расположенных в разных хромосомах. При наличии доминантного гена С доминантный ген А другой пары обуславливает серую окраску шерсти, рецессивный ген а – черную окраску. В отсутствии гена С окраска будет белая. Крольчата какого цвета получатся от скрещивания серых дигетерозиготных кроликов?

10. У овса цвет зерен определяется двумя парами несцепленных генов. Доминантный ген одной из пар обуславливает черный цвет (А), доминантный ген другой пары (В) обуславливает серый цвет. При этом ген черного цвета подавляет ген серой окраски, а рецессивные аллели обеих пар обуславливают белую окраску. Растения с каким цветом зерен и в каком соотношении будут получены при скрещивании дигетерозиготных растений?

11. Для получения окрашенных луковиц необходимо наличие у растений лука доминантного гена С. При гомозиготности по рецессивному аллелю с получаются бесцветные луковицы. При наличии доминантного гена С вторая пара аллелей определяет цвет луковицы – красный (R) или желтый (r). Гомозиготное растение, имеющее бесцветную луковицу, было скрещено с краснолуковичным. В потомстве были растения с красными, желтыми и бесцветными луковицами. Определить генотипы скрещиваемых растений. Какое расщепление по фенотипу произошло в потомстве? Какое расщепление было бы в потомстве, если бы обе исходные особи имели луковицы красного цвета?

12. У лука ген R определяет красную окраску чешуй, а ген r – желтую. Любая окраска проявляется только при наличии в генотипе доминантного гена С, при его отсутствии чешуи имеют белую окраску. Определить генотипы исходных форм луковиц с белыми и красными чешуями, если все гибридные луковицы имели красную окраску чешуй.

13. У лошадей действие генов вороной (С) и рыжей масти (с) проявляется только в отсутствие доминантного гена D. Если он присутствует, то окраска белая. Какое потомство получится при скрещивании между собой белых лошадей с генотипом CcDd?

14. У людей, гомозиготных по аутосомному рецессивному гену h, не проявляются аллели I^A и I^B гена групповой принадлежности крови по системе АВ0. Такие люди будут иметь I группу крови («бомбейский феномен»). Мать гомозиготна по II группе крови, отец гомозиготен по III группе крови. Их сын имеет IV, а дочь – I группу крови. Определите генотипы всех членов семьи.

15. У бомбейских супругов возник скандал по поводу того, что у них родилась дочь с I группой крови. У супругов IV группа крови, у старших детей – дочери и сына – тоже IV. Каковы генотипы родителей и детей? Какая форма взаимодействия генов наблюдается в данном случае?

16. Бомбейские супруги имеют IV группу крови, а их единственный сын – I. Напишите генотипы родителей и сына. Какие группы крови возможны у детей сына, если его жена будет иметь I группу крови и не будет иметь бомбейского гена?

17. У овса черная окраска семян определяется доминантным геном А, а серая окраска – доминантным геном В. Ген А эпистатичен по отношению к гену В, и последний в его присутствии не проявляется. При отсутствии в генотипе обоих доминантных генов окраска семян белая. При скрещивании двух серосеменных растений получили растения с серыми и белыми семенами в пропорции 3:1. Определить генотипы родителей. Какое расщепление в потомстве было бы получено, если бы скрещивались дигетерозиготные формы?

18. Свиньи бывают черной, белой и красной окраски. Белые свиньи несут как минимум один доминантный ген I. Черные свиньи имеют доминантный ген Е и гомозиготны по рецессивной аллели i, а красные (eeii) лишены доминантного гена-подавителя I и доминантного гена, определяющего черную окраску. Какое потомство можно ожидать от скрещивания черной гомозиготной свиньи и красного кабана?

19. Интенсивность окраски семян пшеницы зависит от общего количества доминантных аллелей в двух несцепленных парах генов (такие гены обычно обозначаются одинаковыми буквами, например: А₁, А₂ и т.д.). Самая яркая окраска проявляется в том случае, если все 4 гена представлены доминантными аллелями, неокрашенные зерна не содержат в генотипе ни одного доминантного аллеля. Какое расщепление по фенотипу можно получить при скрещивании между собой растений с генотипом А₁а₁А₂а₂?

20. Степень пигментации кожи человека кодируется несколькими парами генов, расположенных в разных хромосомах. Чем больше доминантных генов в генотипе человека, тем ярче выражен признак (темнее кожа). Человек, имеющий в генотипе все рецессивные гены, имеет светлую кожу. Предположим, что цвет кожи определяется взаимодействием двух пар генов.

а) Сын белой женщины и чернокожего мужчины женится на белой женщине. Может ли ребенок от этого брака быть темнее своего отца?

Какое потомство получится от брака:

б) двух средних гетерозиготных мулатов;

в) двух средних гомозиготных мулатов?

г) Два средних мулата имеют двух детей-близнецов: черного и белого ребенка. Можно ли установить генотипы родителей?

(примечание: темный мулат имеет в генотипе три доминантных аллеля, средний мулат – два, светлый мулат – один доминантный аллель из четырех возможных).

ПЛЕЙОТРОПИЯ

Плейотропия — множественное действие гена, влияние его на развитие нескольких признаков. Плейотропным эффектом часто обладают гены, контролирующие синтез ферментов, участвующих в нескольких биохимических процессах. Примером плейотропии у человека служит синдром Марфана (синдром «паучьих пальцев»). Первичный эффект мутантного гена – нарушение развития соединительной ткани. У больных имеется ряд патологических признаков: порок сердца, вывих хрусталика глаза, удлиненные фаланги пальцев и др. Доминантные плейотропные мутации часто оказываются летальными у гомозигот (например, ген платиновой окраски у лис, серой окраски шерсти у овец).

Решите задачи:

1. У мышей доминантный ген желтой пигментации шерсти – Y – обладает летальным действием в гомозиготном состоянии (генотип YY приводит к гибели эмбриона). Его рецессивный аллель – y – вызывает черную пигментацию и обусловливает жизнеспособность мышей.

Скрещены две желтые особи. Какое расщепление по окраске шерсти ожидается в первом поколении?

2. У мышей доминантный ген желтой пигментации шерсти – Y – обладает летальным действием в гомозиготном состоянии (генотип YY приводит к гибели эмбриона). Его рецессивный аллель – y – вызывает черную пигментацию и обусловливает жизнеспособность мышей. Желтая мышь скрещена с черной. Какой цвет шерсти ожидается у потомства?

3. Одна из пород кур отличается укороченными ногами (такие куры не разрывают огороды). Признак этот доминирующий. Управляющий им ген вызывает одновременно также и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

4. При скрещивании между собой хохлатых уток утята выводятся только из 3/4 яиц, а 1/4 эмбрионов гибнет перед вылуплением. Среди вылупившихся утят примерно 2/3 хохлатых и 1/3 нормальных. Каким будет потомство от скрещивания хохлатых уток с нормальными?

5. Имеется две породы овец: с серой и черной окраской шерсти. При внутрипородном разведении черных овец потомство всегда бывает черным, а при внутрипородном разведении серых овец в потомстве наблюдается расщепление в отношении 2/3 с серой окраской к 1/3 – с черной. При скрещивании серых овец с черными половина ягнят – серые, половина – черные. Объясните результаты скрещиваний.

6. У крупного рогатого скота ген D (декстер) вызывает изменение пропорций тела (укороченные конечности и висцеральный череп), но одновременно влияет на мышечную систему, улучшая мясные качества. В гомозиготном состоянии он вызывает гибель организма. Рецессивный аллель данного гена d обусловливает нормальные пропорции тела и нормальную жизнеспособность организма. Определите:

а) можно ли вывести нерасщепляющуюся линию скота декстер?

б) какого потомства можно ожидать от быка декстер и нормальной коровы?

7. У лисиц аллели Р и р обладают плейотропным действием, влияя на окраску меха и жизнеспособность организма. Ген Р вызывает платиновую окраску, доминирующую над серебристо-черной, обусловленной геном р; наряду с этим ген Р в гомозиготном состоянии оказывает летальное действие. Какое потомство следует ожидать от скрещивания двух платиновых лис?

8. У лисиц аллели Р и р обладают плейотропным действием, влияя на окраску меха и жизнеспособность организма. Ген Р вызывает платиновую окраску, доминирующую над серебристо-черной, обусловленной геном р; наряду с этим ген Р в гомозиготном состоянии оказывает летальное действие. Какое расщепление по фенотипу ожидается при скрещивании платиновой лисицы с серебристо-черной?

9. У овец серая окраска (А) шерсти доминирует над черной, а рогатость (В) – над комолостью (безрогостью). Гены не сцеплены. В гомозиготном состоянии ген серой окраски вызывает гибель эмбрионов. Какое жизнеспособное потомство (по фенотипу и генотипу) и в каком соотношении можно ожидать от скрещивания дигетерозиготной овцы с серым рогатым самцом, гомозиготным по второму признаку? Составьте схему решения задачи. Объясните полученные результаты. Какой закон наследственности проявляется в данном случае?

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ЕЕ ФОРМЫ

Изменчивость – это свойство организмов приобретать в процессе онтогенеза признаки, отличающие их от родителей. Полученная от родителей генетическая информация определяет возможности развития признака, а их реализация зависит от определенных условий среды. То есть наследуется тип реакции на воздействия внешней среды, а не конкретный признак. Степень фенотипического проявления данного гена называется экспрессивностью.Экспрессивность - показатель, отражающий степень выраженности признака при его наличии. Она определяется дозой соответствующих аллелей в системе полимерных генов или при неполном доминировании. Кроме того, экспрессивность определяется условиями среды, в которых реализуется генотип. Различную экспрессивность могут иметь пигментация кожи, ожирение, сахарный диабет, фенилкетонурия и др.

Пенетрантность - показатель, отражающий частоту проявления определенного аллеля в признак. Пенетрантность выражается в процентах: отношение числа особей, имеющих данный признак, к числу особей, имеющих данный ген. Полная пенетрантность (100%) подразумевает проявление признака у всех особей, имеющих соответствующий ген (генотип). Неполная пенетрантность является результатом определенных взаимодействий между генами или результатом отсутствия необходимых условий среды для формирования данного признака. Пенетрантностью менее 100% обладают шизофрения, синдром Марфана, подагра и др.

ФОРМЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ
Ненаследственная (фенотипическая, определенная)		Наследственная (генотипическая, неопределенная)
меняется только фенотип		меняется и генотип, и фенотип
модификационная		комбинативная	мутационная

Модификационная изменчивость связана с изменением фенотипа, но не затрагивает генотип. Модификации – это изменения, возникающие в фенотипе под влиянием условий среды на основе неизмененного генотипа.

Характеристика модификаций:

1) как правило, имеют приспособительный (адаптивный) характер и адекватны условиям среды;

2) носят групповой характер, т.е. у большинства особей вида в данных условиях проявляются сходные модификационные изменения;

3) кратковременные (обратимые), т.е. могут исчезать у организма после прекращения действия вызвавшего их фактора;

4) не передаются по наследству.

Норма реакции – это пределы модификационной изменчивости признака, которые определяются генотипом. Если признак обладает значительной изменчивостью, например, при изменении условий среды, то он имеет широкую норму реакции (характерна, в основном, для количественных признаков: масса тела, удойность молока, яйценоскость кур). Признаки с узкой нормой реакции (характерна, в основном, для качественных признаков: интенсивность окраска животных, окраска семян, форма листьев, форма яиц) практически не зависят от колебаний факторов среды.

Модификации признака образуют ряд значений, переходящих от минимума к максимуму в пределах нормы реакции - вариационный ряд, они группируются вокруг среднего значения признака - медианы, которое обычно встречается чаще других и называется модой.

Мода определяется по формуле: М = ∑VP / n

Согласно закону Кетле наиболее часто встречаются средние значения признака, а чем дальше уклонение от среднего значения, тем реже оно встречается.

Комбинативная изменчивость связана с появлением новых сочетаний родительских генов в генотипе потомков без изменения структуры генетического материала. В отличие от мутаций, такая рекомбинация происходит закономерно и обеспечивается тремя основными механизмами комбинативной изменчивости. Два механизма связаны с мейозом, а третий – с оплодотворением:

1) кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом в ходе профазы I мейоза;

2) независимое поведение хромосом и хроматид при расхождении их в анафазе мейоза;

3) случайная встреча гамет при оплодотворении.

Мутационная изменчивость связана с резким, внезапным изменением генетического материала. Мутациями называются скачкообразные и устойчивые изменения наследственного материала, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Термин “мутация” был впервые введен де Фризом.

Свойства мутаций:
1.Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2.Носят индивидуальный характер.
3. Мутации наследуются, то есть передаются из поколения в поколение.
4. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
Классификация мутаций.

1. Мутации по характеру проявления бывают доминантными и рецессивными.

2. Могут быть полезными, вредными и нейтральными. Вредные мутации, резко снижающие жизнеспособность и плодовитость особи, называют полулетальными, а несовместимые с жизнью —летальными.

3. Мутации, возникшие в половых клетках, не влияют на признаки данного организма, а проявляются только у потомков. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Такие мутации называют соматическими.
Мутации по уровню их возникновения делят на геномные, хромосомные и генные.

Геномные мутации связаны с изменением количества хромосом в диплоидном наборе. Полиплоидия — увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. В соответствии с этим у растений различают триплоиды (Зп), тетраплоиды (4п) и т.д. Все они отличаются большой массой вегетативных органов и имеют большую хозяйственную ценность. Полиплоидия у человека не совместима с жизнью. Гетероплоидия (анэуплоидия) - изменение числа хромосом в отдельных парах, т.е. не кратное гаплоидному набору. При этом количество хромосом в клетке может быть увеличено на одну, две, три хромосомы (2п+1; 2п +2; 2п+3) или уменьшено на одну хромосому (2n-1). Например, у человека ссиндромом Дауна имеется одна лишняя хромосома в 21-й паре и кариотип такого человека составляет 47хромосом (трисомия).У людей с синдромом Шерешевского-Тернера отсутствует одна Х-хромосома и в кариотипе содержится 45 хромосом (моносомия). Основной механизм возникновения геномных мутаций - нарушение расхождения хромосом при делении клеток.

Хромосомные мутации (аберрации) связаны с изменениями структуры хромосом, возникающими при неравноценном кроссинговере (перекресте и обмене участками между гомологичными хромосомами) или при расхождении хромосом во время деления клетки. Основным механизмом хромосомных аберраций является разрыв хромосом и неправильное соединение разорвавшихся фрагментов. К хромосомным аберрациям относят внутрихромосомные и межхромосомные перестройки. Существуют следующие виды перестроек хромосом: отрыв участка хромосомы – делеция, удвоение отдельных фрагментов – дупликация, поворот участка хромосомы на 180° - инверсия, присоединение участка хромосомы к другой, негомологичной хромосоме – транслокация и т.д. Подобные изменения влекут за собой нарушения функции генов в хромосоме и наследственных свойств организма, а иногда и его гибель. Примеры хромосомных болезней человека: синдром “кошачьего крика” - делеция короткого плеча одной из хромосом пятой пары; транслокационная форма синдрома Дауна - транслокация 21-й хромосомы на 15-ю.

Генные мутации – изменения структуры гена, т.е. последовательности нуклеотидов в составе гена.Они могут возникать как следствие нарушений процессов редупликации, рекомбинации, репарации, затрагивающих обе цепи ДНК.Генные мутации могут быть со сдвигом рамки считывания информации (при выпадении или вставке 1-2 нуклеотидов) илибез сдвига рамки считывания информации (замена одного нуклеотида другим или поворот на 180° нескольких нуклеотидов). Генные мутации влекут за собой изменение признаков организма. Примеры генных болезней человека – гемофилия, дальтонизм, альбинизм и т.д.

С изменчивостью связаны явления фенокопий и генокопий.

Генокопии – это одинаковые фенотипические проявления мутаций разных генов. Например, развитие гемофилии (нарушение свертываемости крови): гемофилия А вызвана мутацией гена, контролирующего VIII фактор свертывания, а причина гемофилии В – дефицит IX фактора.

Фенокопии – изменения фенотипа, сходные с изменениями генетической природы, но вызванные факторами внешней среды. Например, у женщин, переболевших на ранних сроках беременности краснухой, могут рождаться дети с врожденной катарактой, неотличимой от наследственной. Другой пример: прием алкоголя во время беременности приводит к комплексу нарушений, которые могут копировать симптомы болезни Дауна.

Фенокопии могут развиваться в различные периоды жизни под влиянием различных повреждающих факторов. Так, у человека бывают судорожные припадки, напоминающие наследственную эпилепсию, однако их причиной может быть опухоль мозга. При недостатке йода развиваются проявления кретинизма, напоминающие наследственный кретинизм.

Существование генокопий и фенокопий усложняет постановку диагноза. Врач должен иметь в виду, что некоторые сходные заболевания могут иметь как наследственную, так и ненаследственную природу.

Примеры решения задач:

1. Ангиоматоз сетчатки глаза (расширение и новообразования сосудов сетчатки и дегенерация в ней нервных клеток) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 50%. Определите вероятность заболевания в семье, где оба родителя являются гетерозиготными носителями ангиоматоза.

Решение:

А - ген ангиоматоза	P:	Aa	x	Aa
а - ген нормы	G:	A a		A a
	F:	AA Aa Aa aa

Ответ: Вероятность рождения детей-носителей гена ангиоматоза составляет 75% от всех детей, однако фенотипически этот ген проявится только у половины детей, т.к. его пенетрантность равна 50%. Следовательно, вероятность заболевания детей ангиоматозом составит 37,5%.

2. Некоторые формы шизофрении наследуются как аутосомные доминантные признаки с неполной пенетрантностью. При этом у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20 %. Определите вероятность рождения больных детей: а) в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой нормален в отношении анализируемого признака; б) в браке двух гетерозиготных родителей.

Решение:

а) Записываем схему скрещивания и находим, что вероятность рождения гетерозиготного ребенка в этой семье равна 0,5. Но так как пенетрантность у гетерозигот по данной болезни равна 0,2, то вероятность рождения больного ребенка будет 0,2х0,5 = 0,1, или 10 %.

б) Во втором случае в брак вступают два гетерозиготных индивида. Вероятность рождения доминантной гомозиготы – 25% (все больные), вероятность рождения гетерозиготного организма – 0,5. Из них больны будут 20%, т.е. 0,1 из всех родившихся. Находим общую вероятность рождения больного ребенка: 25% + 10%=35%.

Ответ: в первом случае вероятность рождения больного ребенка равна 10%, во втором – 35%.

Решите задачи:

1. Отосклероз (заболевание косточек среднего уха) наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30 %. Отсутствие боковых верхних резцов наследуется как сцепленный с X-хромосомой рецессивный признак с пенетрантностью 100 %. Определите вероятность рождения детей с обеими аномалиями одновременно в семье, где мать гетерозиготна в отношении обеих признаков, а муж имеет обе аномалии, хотя его мать была нормальной гомозиготной женщиной.

2. Подагра наследуется по аутосомно-доминантному типу. Пенетрантность этого гена у мужчин составляет 20%, у женщин равна 0%. Какова вероятность заболевания подагрой детей, если один из родителей гетерозиготен, а другой гомозиготен по анализируемому признаку?

3. Пенетрантность по шизофрении у гетерозигот составляет 20%, у гомозигот – 100%. Мужчина, страдающий периодическими обострениями шизофрении, женится на здоровой женщине. Известно, что у родственников жены такой патологии не было. Бабушка мужа была больна, но его родители здоровы. Каков прогноз появления данного признака в этой семье?

4. Арахнодактилия наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Дальтонизм – рецессивный сцепленный с Х-хромосомой признак с полной пенетрантностью. Супруги гетерозиготны по арахнодактилии и имеют нормальное цветовосприятие. Сын дальтоник. Какова вероятность рождения в семье здорового сына, нормально воспринимающего цвет?

5. Синдром Ван дер Хеве наследуется как доминантный аутосомный признак, детерминируемый плейотропным геном, определяющим голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков изменчива. В ряде случаев (К. Штерн, 1965) она составляет по голубой склере почти 100%, хрупкости костей - 63%. глухоте - 60%. Носитель голубой склеры, нормальный в отношении других признаков синдрома, вступает в брак со здоровой женщиной, происходящей из благополучной по синдрому Ван дер Хеве семьи. Определите вероятность проявления у детей признака хрупкости костей. По линии мужа признаками синдрома обладает лишь один из его родителей.

6. Врожденный сахарный диабет обусловлен рецессивным аутосомным геном d, с пенетрантностью у женщин – 90%, у мужчин – 70%. Определите вероятность рождения здоровых и больных детей в семье, где оба родителя являлись гетерозиготными носителями этого заболевания.

7. У одного из видов дрозофилы (Drosophila funebris) имеется рецессивная мутация (vti), которая вызывает прерывистое строение или полное отсутствие поперечных жилок на крыльях. Пенетрантность данной мутации сильно варьирует и в трех разных линиях составляет 45%, 85% и 100% соответственно. Какое количество мух в каждой линии должно иметь дикий (нормальный) фенотип, если проанализировано 100 особей?

8. Ретинобластома (злокачественная опухоль глаза) определяется редким доминантным аутосомным геном. Пенетрантность ретинобластомы составляет 60%. Какова вероятность рождения больных и здоровых детей в браке двух гетерозиготных родителей?

9. Карий цвет глаз доминирует над голубым и обусловлен доминантным аллелем аутосомного гена. Ретинобластома (злокачественная опухоль глаза) обусловлена доминантным аллелем другого аутосомного гена, не сцепленного с геном, отвечающим за цвет глаз. Пенетрантность аллеля ретинобластомы составляет 60%. Чему равна вероятность того, что у гетерозиготных по обоим признакам родителей родится здоровый кареглазый ребенок?

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА

Изучение закономерностей наследования у человека сталкивается с рядом трудностей:

- невозможен целенаправленный подбор родительских пар;

- невозможна постановка экспериментов;

- недостаточное для статистического анализа число потомков в каждой семье;

- медленная смена поколений;

- большое количество (23) групп сцепления;

- большое наследственное разнообразие.

При изучении генетики человека применяют специальные методы.

Цитогенетический методзаключается в исследовании кариотипа под микроскопом. Метод позволяет изучать количество и морфологию отдельных хромосом; определять пол организма; проводить диагностику заболеваний, вызванных хромосомными и геномными мутациями. Материалом для анализа чаще всего являются лимфоциты периферической крови. Лимфоциты культивируются на питательной среде, в состав которой, в частности, входят вещества, стимулирующие интенсивное деление клеток митозом. Через некоторое время в культуру клеток добавляют колхицин, останавливающий митоз на стадии метафазы. Именно во время метафазы хромосомы являются наиболее конденсированными. Далее клетки переносят на предметные стекла, сушат и окрашивают различными красителями. Окраска может быть: а) рутинной (хромосомы окрашиваются равномерно), б) дифференциальной (хромосомы приобретают поперечную исчерченность, причем каждая хромосома имеет индивидуальный рисунок). В тех случаях, когда необходимо провести кариотипический анализ плода, для культивирования берутся клетки амниотической (околоплодной) жидкости.

Биохимический метод (биохимическое исследование крови, мочи, околоплодной жидкости) применяется для диагностики наследственных болезней, вызванных генными мутациями, а также позволяет в ряде случаев выявить гетерозиготное носительство нежелательного рецессивного аллеля. Как правило, такие заболевания связаны с нарушением обмена веществ (фенилкетонурия, муковисцидоз, сахарный диабет и др.)

Близнецовый метод позволяет установить соотносительное влияние факторов наследственности и среды на развитие признака. Суть близнецового метода состоит в сравнении изучаемых признаков в разных группах близнецов. Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, которая на стадии дробления разделилась на две (или более) части. Поэтому такие близнецы генетически идентичны и всегда одного пола. Монозиготные близнецы характеризуются большой степ