Генетика пола. Хромосомное определение пола
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА
Теоретического занятия №3
ОП. 04. Генетика человека с основами медицинской генетики
Тема 2.2. Хромосомная теория наследственности
План
1. Хромосомная теория наследственности Т. Моргана.
2. Сцепленное наследование признаков, группы сцепления.
3. Полное и неполное сцепление, кроссинговер.
4. Доминантный, сцепленный с полом тип наследования.
5. Рецессивный, сцепленный с полом тип наследования.
6. Голандрический тип наследования.
7. Заболевания, наследуемые сцеплено с полом.
СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
Хромосомная теория наследования была сформулирована на основе законов Менделя в основном благодаря группе ученых под руководством Томаса Ханта Моргана.
В 1906 году У. Бэтсон и Р. Пеннет, проводя скрещивание растений душистого горошка и анализируя наследование формы пыльцы и окраски цветков, обнаружили, что эти признаки не дают независимого распределения в потомстве, гибриды всегда повторяли признаки родительских форм. Стало ясно, что не для всех признаков характерно независимое распределение в потомстве и свободное комбинирование.
Каждый организм имеет огромное количество признаков, а число хромосом невелико. Следовательно, каждая хромосома несет не один ген, а целую группу генов, отвечающих за развитие разных признаков. Изучением наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме, занимался Т. Морган. Если Мендель проводил свои опыты на горохе, то для Моргана основным объектом стала плодовая мушка дрозофила.
Согласно этой теории гены представляют собой участки хромосом. Т.е. хромосома является группой последовательно соединенных генов – группой сцепления. Во всех клетках организмов одного вида содержится определенное число парных (гомологичных) хромосом – 2n. Числоn для человекаравно 23. Таким образом, в наших клетках содержится по 46 хромосом и только в половых клетках – сперматозоидах и яйцеклетках – по 23. Каждый ген имеет строго определенное место в хромосоме. Это место называется локусомданного гена.
Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются вместе, и для признаков, определяемых этими генами, закон независимого наследования признаков Менделя несправедлив. Явление совместного наследования генов, расположенных в одной хромосоме, получило название сцепленного наследования, или закона Моргана. Гетерозиготная особь, имеющая два гена в одной хромосоме,
будет образовывать два вида гамет А В и a b в соотношении 1:1. Однако кроме таких гамет могут в небольшом количестве образоваться гаметы а В и А b, так как аллельные гены а и А или b и В могут меняться местами, переходя из одной гомологичной хромосомы в другую. Это явление, также открытое Морганом, получило название перекреста гомологичных хромосом, или кроссинговера.
Группа сцепления — гены, локализованные в одной хромосоме и наследующиеся совместно. Количество групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом.
Сцепленное наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме. Сила сцепления между генами зависит от расстояния между ними: чем дальше гены располагаются друг от друга, тем выше частота кроссинговера и наоборот. Полное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются так близко друг к другу, что кроссинговер между ними становится невозможным. Неполное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что делает возможным кроссинговер между ними.
Независимое наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом.
Некроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых кроссинговер не произошел.
| Образуются гаметы: |
Кроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых произошел кроссинговер. Как правило кроссоверные гаметы составляют небольшую часть от всего количества гамет.
| Образуются гаметы: |
Нерекомбинанты — гибридные особи, у которых такое же сочетание признаков, как и у родителей.
Рекомбинанты — гибридные особи, имеющие иное сочетание признаков, чем у родителей.
Расстояние между генами измеряется в морганидах — условных единицах, соответствующих проценту кроссоверных гамет или проценту рекомбинантов. Например, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (также черной окраски тела и зачаточных крыльев) у дрозофилы равно 17%, или 17 морганидам.
У дигетерозигот доминантные гены могут располагаться или в одной хромосоме (цис-фаза), или в разных (транс-фаза).
1 — Механизм цис-фазы (некроссоверные гаметы); 2 — механизм транс-фазы (некроссоверные гаметы).
В современном виде можно выделить следующие положения хромосомной теории наследственности:
- гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов; набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;
- каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;
- гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;
- гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;
- сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера, что приводит к образованию рекомбинантных хромосом; частота кроссинговера зависит от расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера;
- каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом — кариотип.
Генетика пола. Хромосомное определение пола.
Для большинства раздельнополых животных характерно хромосомное определение пола, при котором пол будущего потомка определяется в момент оплодотворения и зависит от набора хромосом. У человека генотип женщиныпредставлен парой Х-хромосом (XX, гомогаметный пол), а мужчиныпарой XY (гетерогаметный пол). Мужской и женский организм отличается друг от друга наличием Y – хромосомы у мужчин. Если гены расположены в неполовых хромосомах (аутосомах), то наследование признака происходит независимо от пола. Но если ген локализован в половой хромосоме, его проявление будет зависеть от пола особи.
Например: Наследование гемофилии – тяжелого заболевания несвертываемости крови – у человека также связано с полом, поскольку вызывается рецессивным геном, локализованым в Х-хромосоме.
Т.е. половина сыновей, рожденных женщиной-носителем, вне зависимости от того, вступает ли она в брак со здоровым или больным гемофилией мужчиной, могут родится больными.
Сцепление с полом, полное и неполное сцепление.
Для определения типа наследования двух пар генов (сцепленное или независимое) необходимо провести анализирующее скрещивание и по его результатам сделать вывод о характере наследования генов. Рассмотрим три возможных варианта результатов анализирующего скрещивания.
1) Независимое наследование.
Если в результате анализирующего скрещивания среди гибридов образуется четыре класса фенотипов, значит, гены наследуются независимо.
2) Полное сцепление генов.
При полном сцеплении генов А и В по результатам анализирующего скрещивания обнаруживаются два фенотипических класса гибридов, полностью копирующих родителей.
3) Неполное сцепление генов.
В случае неполного сцепления генов А и В при анализирующем скрещивании появляются четыре фенотипа, два из которых имеют новое сочетание генов: Аb‖аb; аВ‖аb. Появление подобных форм свидетельствует о том, что дигибрид с гаметами АВ│ и аb│ образует кроссоверные гаметы Аb│ и аВ│. Появление таких гамет возможно только в результате обмена участками гомологичных хромосом, то есть в процессе кроссинговера. Количество кроссоверных гамет значительно меньшее, чем некроссоверных.
Частота перекреста пропорциональна расстоянию между генами. Чем ближе расположены гены в хромосоме, тем теснее сцепление между ними и тем реже они разделяются при перекресте. И наоборот, чем дальше гены отстоят друг от друга, тем слабее сцепление между ними и чаще перекрест. Следовательно, о расстоянии между генами в хромосомах можно судить по частоте перекреста.
Задача:
Исходя из приведенных данных определите, являются две эти пары генов сцепленными или нет. Как гены сцеплены?
Дано:
А – серое тело
а– темное тело
В – нормальные крылья
b – миниатюрные крылья
Характер наследования генов А и В –?
Решение
Результаты расщепления среди гибридов (два фенотипических класса являются господствующими и повторяют фенотипически и генотипически родительские формы, а два других класса фенотипов представлены небольшим количеством особей) свидетельствуют о неполном сцепление генов А и В.
Ответ: гены А и В наследуются сцепленно; сцепление носит неполный характер.
под наследственностьюпонимают свойство клеток или организмов в процессе самовоспроизведения передавать новому поколению способность к определенному типу обмена веществ и индивидуального развития, в ходе которого у них формируются общие признаки и свойства данного типа клеток и вида организмов, а также некоторые индивидуальные особенности родителей. На популяционно-видовом уровне организации жизни наследственность проявляется в поддержании постоянного соотношения различных генетических форм в ряду поколений организмов данной популяции (вида).
Наследственность – свойство живых организмов, обеспечивающее материальную преемственность онтогенеза в определенных условиях внешней среды. Гены детерминируют последовательность полипептидной цепи.
Наследование – передача информации от одного поколения к другому. Благодаря наследственности стало возможно существование популяций, видов и других групп.
Доминантный Х-сцепленный тип наследования
(на примере наследования признаков у человека)
Если заболевание обусловлено редким аутосомно-доминантным геном, то абсолютное большинство больных в популяции рождаются в браках между пораженным и здоровым супругом. В этом случае один из родителей гетерозиготен по аутосомно-доминантному гену (Аа), а другой гомозиготен по нормальному аллелю (аа).
Заболевания с Х-сцепленным доминантным типом наследования встречаются в 2 раза чаще у женщин, чем у мужчин. При этом женщина может быть как гомогаметна по данному признаку, так и гетерогаметна по данному признаку.
Вывод:больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Больная женщина передает Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола. Таким образом, отношение числа здоровых детей в потомстве к числу пораженных равно 1:1 и не зависит от пола ребенка.
К заболеваниям, характеризующимся Х-сцепленным доминантным наследованием, относятся гипофосфатемия (рахит, не поддающийся лечению обычными дозами витамина Д), ротолицепальцевый синдром и другие болезни.
В целом основными признаками, позволяющими заподозрить аутосомно-доминантный тип наследования заболевания, являются следующие:
1) заболевание проявляется в каждом поколении без пропусков; исключения составляют случаи новой мутации или неполной пенетрантности (проявления) гена;
2) каждый ребенок родителя, больного аутосомно-доминантным заболеванием, имеет 50%-ный риск унаследовать это заболевание;
3) лица мужского и женского пола поражаются одинаково часто и в одинаковой мере;
4) наблюдается «вертикальный» характер передачи заболевания в родословной, то есть больной ребенок имеет больного родителя;
5) непораженные члены семьи свободны от мутантного гена, и в этой связи риск рождения больного ребенка сопоставим с частотой мутации.
На сегодняшний день описано более 2500 аутосомно-доминантных признаков человека. Наиболее часто встречаются следующие моногенные заболевания с аутосомно-доминантным типом наследования: синдром Марфана, болезнь Реклингхаузена, синдром Элерса–Данло, миотоническая дистрофия, ахондроплазия, синдром Ваарденбурга и другие.
Синдром Марфана: больные с синдромом Марфана высокого роста, у них длинные конечности и пальцы, характерные изменения скелета в виде сколиоза, кифоза, искривления конечностей. Часто поражается сердце, характерным признаком является подвывих хрусталика глаза. Интеллект таких больных обычно сохранен.
Ахондроплазия: тяжелое поражение скелета с выраженным укорочением конечностей и увеличенным размером головы (псевдогидроцефалия). При этом у 80 % больных заболевание регистрируется как спорадический случай, являющийся следствием мутации, возникшей в зародышевых клетках одного из родителей.
Рецессивный Х-сцепленный тип наследования
(на примере наследования признаков у человека)
Аутосомно-рецессивные заболевания проявляются только у гомозигот, которые получили по одному рецессивному гену от каждого из родителей. Заболевание может повторяться у сибсов пробанда, но иногда встречается и в боковых ветвях родословной. Характерным для аутосомно-рецессивных заболеваний является брак типа Аа х Аа (оба родителя здоровы, но являются носителями мутантного гена).
Х-сцепленное рецессивное заболевание (или признак) всегда проявляется у мужчин, имеющих соответствующий ген, а у женщин – только в случаях гомозиготного состояния (что наблюдается крайне редко).
Вывод: больные мужчины передают аномальный ген (или заболевание) всем своим дочерям и не передают его сыновьям. Женщина-носительница данного гена передает Х-сцепленный доминантный ген половине своих детей независимо от пола.
К заболеваниям, характеризующимся Х-сцепленным рецессивным наследованием, относятся гемофилия, дальтонизм, синдром Мартина-Белл и др.
Основными признаками Х-сцепленного рецессивного наследования являются следующие:
1) заболевание встречается в основном у лиц мужского пола;
2) признак (заболевание) передается от больного отца через его фенотипически здоровых дочерей половине его внуков;
3) заболевание никогда не передается от отца к сыну;
4) у женщин-носителей иногда выявляются субклинические признаки патологии; в браке женщины-носительницы с больным мужчиной 50 % дочерей будут больны, 50 % дочерей будут носителями; 50 % сыновей также будут больны, а 50 % сыновей – здоровы (при заболеваниях, не снижающих репродуктивную способность больных мужчин);
5) отмечается «горизонтальное» распределение больных в родословной, то есть пациенты чаще встречаются в рамках одного сибства;
6) наблюдается увеличение частоты больных детей в группах родителей, связанных родством, причем чем реже аутосомно-рецессивное заболевание встречается в популяции, тем чаще больные происходят из кровнородственных браков.
На сегодняшний день известно более 1600 аутосомно-рецессивных заболеваний. Так наследуется абсолютное большинство наследственных заболеваний обмена веществ (ферментопатий). Наиболее частыми и значимыми в клиническом отношении являются такие болезни с аутосомно-рецессивным типом наследования, как муковисцидоз, фенилкетонурия, адреногенитальный синдром, многие формы нарушения слуха или зрения и т. д.
В популяции встреча двух носителей редкого аутосомного гена – событие не частое, однако вероятность его значительно возрастает в случае родства супругов. Именно поэтому рецессивные заболевания часто проявляются в кровнородственных браках.
Y-сцепленное, или голандрическое, наследование
(на примере наследования признаков у человека)
Длительное время полагали, что Y-хромосома содержит только генетически неактивные участки. В настоящее время в Y-хромосоме выявлена локализация около 20 генов, в том числе гены, определяющие развитие семенников, отвечающие за сперматогенез, контролирующие интенсивность роста, определяющие оволосение ушной раковины, средних фаланг кистей и некоторые другие. Признак, гены которого локализованы в Y-хромосоме, передается от отца всем мальчикам и только мальчикам. Патологические мутации, обусловливающие нарушения формирования семенников или сперматогенеза, не наследуются в связи со стерильностью их носителей. Пример родословной с Y-сцепленным типом наследования (оволосение ушной раковины) представлен на рисунке.
Y-сцепленное, или голандрическое, наследование
(оволосение ушной раковины)