Специфика проявления гена в признак

 

Плейотропия – множественное действие гена (один ген контролирует развитие нескольких признаков).

Часто наблюдается явление, когда одна пара генов влияет сразу на несколько признаков. Еще Мендель в своих опытах установил, что растения гороха, имеющие пурпуровые цветки, кроме того всегда имеют красные пятна в пазухах листьев и образуют семена, покрытые серой или бурой кожурой, и что все эти признаки зависят от действия одного наследственного фактора.

При изучении генетических особенностей персидской пшеницы Н.И.Вавилов установил, что доминантный ген черной окраски всегда одновременно вызывает и сильное опушение чешуй.

У плодовой мушки дрозофилы ген, определяющий отсутствие пигмента в глазах, снижает плодовитость, влияет на окраску некоторых внутренних органов и уменьшает продолжительность жизни.

У каракульских овец одним геном определяются цвет шерсти и развитие рубца.

Плейотропное действие гена может быть первичным и вторичным (рис. 56).

Рис. 56. Виды плейотропии.

При первичной плейотропии ген проявляет свой множественный эффект. Например, при болезни Хартнупа мутация гена приводит к нарушению всасывания аминокислоты триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. При этом поражаются одновременно мембраны эпителиальных клеток кишечника и почечных канальцев с расстройствами пищеварительной и выделительной систем.

       

Рис. 57. Синдром Марфана.

У человека известен доминантный ген, определяющий признак "паучьи пальцы" (синдром Марфана). Одновременно ненормальное развитие пальцев сопровождается нарушением строения хрусталика и развитием порока сердца (рис. 57). Здесь в основе множественного эффекта тоже лежит действие одного гена, вызывающего нарушение развития соединительной ткани.

При вторичной плейотропии есть один первичный фенотипический признак – проявление мутантного гена, вслед за которым развивается ступенчатый процесс вторичных изменений, приводящих к множественным эффектам. Так, при серповидноклеточной анемии у гомозигот наблюдается несколько патологических признаков: анемия, увеличенная селезенка, поражение кожи, сердца, почек и мозга. Поэтому гомозиготы с геном серповидноклеточной анемии гибнут, как правило, в детском возрасте. Все эти фенотипические проявления гена составляют иерархию вторичных проявлений. Первопричиной, непосредственным фенотипическим признаком проявлением дефектного гена является аномальный гемоглобин и эритроциты серповидной формы. Вследствие этого происходят последовательно другие патологические процессы: слипание и разрушение эритроцитов, анемия, дефекты в почках, сердце, мозге – эти патологические признаки вторичны.

При плейотропии, ген, воздействуя на какой-то один основной признак, может также менять, модифицировать проявление других генов, в связи с чем введено понятие о генах-модификаторах. Последние усиливают или ослабляют развитие признаков, кодируемых "основным" геном.

Модифицирующее действие гена – ген усиливает или ослабляет действие неаллельного гена. Существуют гены "основного действия", т.е. такие, которые определяют развитие признака или свойства, например выработку пигмента, форму плода, чувствительность или устойчивость к заболеваниям и т.д. Наряду с такими генами, по-видимому, существуют гены, которые сами по себе не определяют какую-либо качественную реакцию или признак, они лишь усиливают или ослабляют проявление действия "основного" гена, т.е. модифицируют его, – такие гены получили название модификаторов. Любые взаимодействующие гены в одно и то же время являются генами "основного" действия по одному признаку, а по другому (или другим) являются генами-модификаторами.

Показателями зависимости функционирования наследственных задатков от характеристик генотипа является пенетрантность и экспрессивность.

Рассматривая действие генов, их аллелей необходимо учитывать и модифицирующее влияние среды, в которой развивается организм. Если растения примулы скрещивать при температуре 15-20 °С, то в F₁ согласно менделевской схеме, все поколения будут иметь розовые цветы. Но когда такое скрещивание проводить при температуре 35 °С, то все гибриды будут иметь цветы белого цвета. Если же осуществлять скрещивания при температуре около 30 °С, то возникает разное соотношение (от 3:1 до 100%) растений с белыми цветами.

Такое колебание классов при расщеплении в зависимости от условий среды получило название пенетрантность – сила фенотипического проявления. Итак, пенетрантность – это частота проявления гена, явление появления или отсутствия признака у организмов, одинаковых по генотипу.

 Пенетрантность значительно колеблется как среди доминантных, так и среди рецессивных генов. Наряду с генами, фенотип которых появляется только при сочетании определенных условий и достаточно редких внешних условий (высокая пенетрантность), у человека есть гены, фенотипическое проявление которых происходит при любых соединениях внешних условий (низкая пенетрантность). Пенетрантность измеряется процентом (%) организмов с фенотипическим признаком от общего количества обследованных носителей соответствующих аллелей.

 Если ген полностью, независимо от окружающей среды, определяет фенотипическое проявление, то он имеет пенетрантность 100 % (полная пенетрантность). Однако, некоторые доминантные гены проявляются менее регулярно. Так, полидактилия имеет четкое вертикальное наследования, но бывают пропуски поколений. Доминантная аномалия – преждевременное половое созревание – присуще только мужчинам, однако иногда заболевание может передаться от человека, который не страдал этой патологией. Пенетрантность указывает, в каком проценте носителей гена оказывается соответствующий фенотип. Итак, пенетрантность зависит от генов, от среды, от того и другого. Таким образом, это не константное свойство гена, а функция генов в конкретных условиях среды.

  Экспрессивность (лат. “ехргеssio” – выражение) – это изменение количественного проявления признака в разных особях-носителях соответствующего аллеля.

 При доминантных наследственных заболеваниях экспрессивность может колебаться. В одной и той же семье могут проявляться наследственные болезни от легких, едва заметных до тяжелых: различные формы гипертонии, шизофрении, сахарного диабета и т.д. Рецессивные наследственные заболевания в пределах семьи проявляются однотипно и имеют незначительные колебания экспрессивности.

Таким образом, пенетрантность – это вероятность фенотипического проявления гена, которая выражается в процентах (отношение больных особей к числу носителей соответствующего гена).

Экспрессивность – степень клинического проявления гена, которая может быть слабой или сильной. Пенетрантность и экспрессивность генов зависят от эндогенных и экзогенных факторов. Например, если для проявления гемофилии решающее значение имеет нарушение в геноме, то возникновение сахарного диабета зависит от взаимодействия генетических факторов и внешней среды. В последнем случае говорят о наследственном предрасположении. Способность генотипа по-разному проявляться в различных условиях среды называется нормой реакции. Норма реакции наследуется, а изменения в пределах нормы реакции не наследуются.

Ряд сходных по внешнему проявлению признаков, в том числе и наследственных болезней, может вызываться различными неаллельными генами. Такое явление называется генокопией. Биологическая природа генокопий заключается в том, что синтез одинаковых веществ в клетке в ряде случаев достигается различными путями.

Одним из первых это явление изучал Н.В.Тимофеев-Ресовский. По предложению Н.В.Тимофеева-Ресовского, с середины 1930-х годов гетерогенными группами стали называть группы генов, дающих весьма сходное внешнее проявление, но локализованных в разных хромосомах или разных локусах, как, например, группа генов minute, обусловливающих редукцию щетинок у дрозофилы. Это явление широко распространено в живой природе, включая человека. Правда, в генетической литературе для его обозначения обычно используют не термин Н.В. Тимофеева-Ресовского «гетерогенные группы», а более поздний (середины 40-х годов XX века), предложенный немецким генетиком X.Нахтсхаймом – «генокопии», в дополнение к которому позже был введен термин «фенокопии».

В наследственной патологии человека большую роль играют также фенокопии – модификационные изменения. Они обусловлены тем, что в процессе развития под влиянием внешних факторов признак, зависящий от определенного генотипа, может измениться; при этом копируются признаки, характерные для другого генотипа. Таким образом, фенокопия – ненаследственное изменение фенотипа организма, вызванное действием определённых условий среды и копирующее проявление какого-либо известного наследственного изменения – мутации – у этого организма.

В развитии фенокопий могут играть роль разнообразные факторы среды  – климатические, физические, химические, биологические и социальные. Врожденные инфекции (краснуха, токсоплазмоз, сифилис) также могут стать причиной фенокопий ряда наследственных болезней и пороков развития. Существование гено- и фенокопий нередко затрудняет постановку диагноза, поэтому существование их врач всегда должен иметь в виду.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………..…	3
Законы Менделя…………………………………………………………..	3
Метод гибридологического анализа…………………………….....	5
Первый закон Менделя……………………………………………..	7
Второй закон Менделя……………………………………………..	8
Третий закон Менделя……………………………………………...	9
Цитологические основы первого и второго законов Менделя…..	11
Цитологические основы закона независимого наследования признаков……………………………………………………………	12
Связь между первым, вторым и третьим законами Менделя……	13
Сцепленное наследование………………………………………………..	13
Анализирующее скрещивание……………………………………..	15
Опыты Томаса Моргана…………………………………………….	16
Полное сцепление……………………………………………..	17
Неполное сцепление. Кроссинговер………………………….	18
Хромосомная теория наследственности…………………………………	20
Генетика пола……………………………………………………………..	21
Уровни половой дифференцировки человека…………………….	22
Типы определения пола…………………………………………….	27
Хромосомные механизмы формирования пола в популяциях животных……………………………………………………………	28
Балансовая теория определения пола……………………………...	31
Генетический пол в популяциях людей……………………………	32
Наследование признаков, сцепленных с полом…………………………	36
Реципрокное скрещивание…………………………………………	36
Наследование признаков, контролируемых полом……………….	43
Генотип как целостная система взаимодействующих генов…………..	44
Взаимодействие аллельных генов…………………………………	45
Полное доминирование………………………………………..	45
Неполное доминирование……………………………………..	46
Сверхдоминирование……………………………………...…..	48
Аллельное исключение……………………………………….	48
Кодоминирование……………………………………………..	49
Множественный аллелизм……………………………………	51
Типы взаимодействия неаллельных генов…………………………	53
Комплементарность……………………………………………	53
Эпистаз…………………………………………………………	59
«Бомбейский феномен»……………………………………	61
Полимерия……………………………………………………...	63
Эффект положения генов……………………………………...	65
Резус-фактор и резус-конфликт………………………………………….	66
Специфика проявления гена в признак………………………………….	69
Плейотропия…………………………………………………………	69
Модифицирующее действие гена…………………………………..	71
Пенетрантность……………………………………………………...	71
Экспрессивность…………………………………………………….	72
Генокопия и фенокопия…………………………………………….	73
Литература и интернет-ресурсы………………………………………….	77

ЛИТЕРАТУРА и ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ:

 

1)  Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой: учебник. – М.: Альянс, 2011. – 472 с.

2)  Никольский В.И. Генетика: учебник, 2010. – 368 с.

3)  Курчанов Н.А. Генетика человека. – Санкт-Петербург, 2009.

4)  Н.А.Курчанов. Генетика человека с основами общей генетики (уч. пос.). – Санкт-Петербург, СпецЛит, 2009. – 191с.

5)  Генетика: учебник для ВУЗов / Под ред. В.И. Иванова. – М.: Академкнига, 2006.

6)  Общая генетика (метод.пос.)\ Под ред. С. Г. Инге-Вечтомова. – СПб: Изд-во Н-Л, 2008. – 124 с.

7)  Биология (1-3 т.): Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. – Москва: Мир, 2008 г.

http://900igr.net/kartinki/biologija/Izmenchivost/001-Tema-Nasledstvennaja-izmenchivost.html

http://biofile.ru/bio/2604.html

http://biofile.ru/bio/6805.html

http://www.tepka.ru/biologia10-11/46.html

http://900igr.net/kartinki/biologija/Izmenchivost-organizmov/002-Izmenchivost.html