Наследование признаков, сцепленных с полом

Наследование, сцепленное с полом – это наследование признака, ген которого находится в половых хромосомах.

Т. Морган и его сотрудники заметили, что наследование окраски глаз у дрозофилы зависит от пола родительских особей, несущих альтернативные аллели. Красная окраска глаз доминирует над белой.

Реципрокное скрещивание (рис. 25)– два скрещивания, которые характеризуются взаимно противоположным сочетанием анализируемого признака и пола у форм, принимающих участие в этом скрещивании. Например, если в первом скрещивании самка имела доминантный признак, а самец – рецессивный, то во втором скрещивании самка должна иметь рецессивный признак, а самец – доминантный. Проводя реципрокное скрещивание, Т. Морган получил следующие результаты.

Рис. 25. Х-сцепленное наследование у дрозофилы.

Условные обозначения:   Х^А – красные глаза;   Х^а – белые глаза		белые                    красные
	P:	♀ Х^аХ^а      x   ♂ Х^АУ
	G:	Х^а                     Х^А, У
		красные               белые
	F1:	Х^АХ^а;                  Х^аУ
		50% самки         50% самцы

 

 

При скрещивании красноглазого самца с белоглазой самкой в F₁ получали равное число красноглазых самок и белоглазых самцов.

Однако при скрещивании белоглазого самца с красноглазой самкой в F₁ были получены в равном числе красноглазые самцы и самки.

	красные              белые
P:	♀ Х^АХ^А      x   ♂ Х^аУ
G:	Х^А                     Х^а, У
	красные              красные
F1:	Х^АХ^а;                   Х^АУ
	50% самки         50% самцы

При скрещивании этих мух-гибридов F₁ между собой были получены красноглазые самки, красноглазые и белоглазые самцы, но не было ни одной белоглазой самки.

	красные            красные
P:	♀ Х^АХ^а      x   ♂ Х^АУ
G:	Х^А, Х^а               Х^А, У
	красные        красные     белые
F1:	Х^АХ^А; Х^АХ^а;      Х^АУ;         Х^аУ
	50% самки     25% самцы 25% самцы

Тот факт, что у самцов частота проявления рецессивного признака была выше, чем у самок, наводил на мысль, что рецессивный аллель, определяющий белоглазость, находится в Х-хромосоме, а Y-хромосома лишена гена окраски глаз.

Чтобы проверить эту гипотезу, Морган скрестил исходного белоглазого самца с красноглазой самкой из F₁. В потомстве были получены красноглазые и белоглазые самцы и самки. Из этого Морган справедливо заключил, что только Х-хромосома несет ген окраски глаз. В Y-хромосоме соответствующего локуса вообще нет. Это явление известно под названием наследования, сцепленного с полом.

Гены, находящиеся в половых хромосомах, называют сцепленными с полом (рис. 26).

В Х-хромосоме имеется участок, для которого в Y-хромосоме нет гомолога. Наследованием, сцепленным с X-хромосомой, называют наследование генов в случае, когда мужской пол гетерогаметен и характеризуется наличием Y-хромосомы (XY), а особи женского пола гомогаметны и имеют две X-хромосомы (XX). У человека около 60 генов наследуются сцепленно с Х-хромосомой, в том числе гемофилия, дальтонизм (цветовая слепота), мышечная дистрофия, потемнение эмали зубов, одна из форм агаммаглобулинемии и другие.

Если аллель сцепленного с полом гена, находящегося в X-хромосоме, является рецессивным, то признак, определяемый этим геном, проявляется у всех особей гетерогаметного пола, которые получили этот аллель вместе с половой хромосомой, и у гомозиготных по этому аллелю особей гомогаметного пола. Это объясняется тем, что вторая половая хромосома (Y-хромосома) у гетерогаметного пола не несет аллелей большинства или всех генов, находящихся в парной хромосоме.

Таким признаком гораздо чаще будут обладать особи гетерогаметного пола, которые являются гемизиготными организмами. Поэтому заболеваниями, которые вызываются рецессивными аллелями, сцепленными с Х-хромосомой, гораздо чаще болеют мужчины, а женщины часто являются носителями таких аллелей.

Наследование таких признаков отклоняется от закономерностей, установленных Г.Менделем. Х-хромосома закономерно переходит от одного пола к другому, при этом дочь наследует Х-хромосому отца, а сын Х-хромосому матери. Наследование, при котором сыновья наследуют признак матери, а дочери – признак отца получило, название крисс-кросс (или крест-накрест).

Рис. 26. Половые хромосомы человека.

Среди рецессивных признаков, сцепленных с Х-хромосомой, известны нарушения цветового зрения, так называемая цветовая слепота. В основе появления этих дефектов зрения лежит действие ряда генов. Красно-зеленая слепота обычно называется дальтонизмом. Еще задолго до появления генетики в конце XVIII и в XIX в. было установлено, что цветовая слепота наследуется согласно вполне закономерным правилам. Так, если женщина, страдающая цветовой слепотой, выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, то у их детей наблюдается очень своеобразная картина перекрестного наследования. Все дочери от такого брака  получат признак отца, т.е. они имеют нормальное зрение, а все сыновья, получая признак матери, страдают цветовой слепотой.

В том же случае, когда наоборот, отец является дальтоником, а мать имеет нормальное зрение, все дети оказываются нормальными. В отдельных браках, где мать и отец обладают нормальным зрением, половина сыновей может оказаться пораженными цветовой слепотой (рис. 27). В основном наличие цветовой слепоты чаще встречается у мужчин.

Рис. 27. Сыновья-дальтоники (25 %) в семье здоровых родителей.

Э.Вильсон объяснил наследование этого признака, предположив, что он локализован в Х-хромосоме и что у человека гетерогаметным (XY) является мужской пол. Становится вполне понятным, что в браке гомозиготной нормальной женщины (Х^DХ^D) с мужчиной дальтоником (Х^dY) все дети рождаются нормальными. Однако при этом, все дочери становятся скрытыми носителями дальтонизма, что может проявиться в последующих поколениях.

Другим примером наследования сцепленного с полом, может послужить рецессивный полулетальный ген, вызывающий несвертываемость крови на воздухе – гемофилию (табл. 3). Это заболевание появляется почти исключительно только у мальчиков. При гемофилии нарушается образование фактора VIII, ускоряющего свертывание крови. Ген, детерминирующий синтез фактора VIII, находится в участке Х-хромосомы (доминантный – нормальный; рецессивный – мутантный).

 

Таблица 3

Рецессивный полулетальный ген, вызывающий гемофилию

 

Возможные генотипы:	Возможные фенотипы:
Х^H Х^H	Нормальная женщина
Х^H Х^h	Нормальная женщина (носитель)
Х^HY	Нормальный мужчина
Х^hY	Мужчина-гемофилик
X^hX^h	В гомозиготном состоянии у женщин ген гемофилии летален

Рис. 28. Генеалогическое древо царствовавших семей Европы, иллюстрирующее наследование гена гемофилии, локализованного в X-хромосоме человека

Особей женского пола, гетерозиготных по любому из сцепленных с полом признаков, называют носителями соответствующего рецессивного гена. Они фенотипически нормальны, но половина их гамет несет рецессивный ген.

Несмотря на наличие у отца нормального гена, сыновья матерей-носителей с вероятностью 50% будут страдать гемофилией. Один из наиболее хорошо документированных примеров наследования гемофилии – это родословная потомков английской королевы Виктории (рис. 28).

Предполагают, что ген гемофилии возник в результате мутации у самой королевы Виктории или у одного из ее родителей. Среди унаследовавших это врожденное заболевание – цесаревич Алексей, сын последнего русского царя Николая II. Мать цесаревича, царица Александра Федоровна (Алиса), получила от своей бабушки королевы Виктории ген гемофилии и передала его в четвертом поколении бывшему наследнику царского престола (рис. 29). 

Рис. 29. Королева Виктория, царица Александра Федоровна (Алиса),

цесаревич Алексей, сын последнего русского царя Николая II.

Один из сцепленных с полом рецессивных генов вызывает особый тип мышечной дистрофии (тип Дюшена). Эта дистрофия проявляется в раннем детстве и постепенно ведет к инвалидности и смерти ранее 20-летнего возраста. Поэтому мужчины с дистрофией Дюшена не имеют потомства, а женщины гетерозиготные по гену этого заболевания, вполне нормальны.

Среди доминантных признаков, сцепленных с Х-хромосомой, можно указать на ген, который вызывает недостаточность органического фосфора в крови. В результате, при наличии этого гена, часто развивается рахит, устойчивый к лечению обычными дозами витамина D. В этом случае картина сцепленного с полом наследования заметно отличается от того хода передачи по поколениям, который был описан для рецессивных болезней. В браках женщин-носительниц со здоровыми мужчинами половина детей больных и половина потомков – здоровые. Здесь, в соответствии с характером наследование доминантного гена, в Х-хромосомах произошло расщепление по генотипу в соотношении 1:1:1:1.

Условные обозначения:   Х^А – рахит; Х^а – норма		рахит                        норма
	P:	♀ Х^АХ^а      x   ♂ Х^аУ
	G:	Х^А; Х^а                   Х^а, У
		рахит  норма рахит  норма
	F1:	Х^АХ^а;  Х^аХ^а;   Х^АУ;   Х^аУ
		25% ♀ 25% ♀ 25% ♂  25% ♂

Другим примером доминантного гена, локализованного в Х-хромосоме человека, может послужить ген, вызывающий дефект зубов, приводящий к потемнению эмали зубов.

Большинство генов, имеющихся в Х-хромосоме, в Y-хромосоме отсутствует, однако в этих негомологичных хромосомах есть гомологичные участки. Тогда гены, расположенные в представленных локусах наследуются по аутосомному принципу (например, геморрагический диатез).                                

Условные обозначения:   Х^А – норма; Х^а – геморрагический диатез; У^А – норма; У^а – геморрагический диатез.		норма                   норма
	P:	♀ Х^АХ^а      x   ♂ Х^аУ^А
	G:	Х^А; Х^а                   Х^а, У^А
		норма диатез  норма   норма
	F1:	Х^АХ^а;  Х^аХ^а;   Х^АУ^А;    Х^аУ^А
		25% ♀ 25% ♀ 25% ♂  25% ♂

Кроме того есть гены, присутствующие только в Y-хромосоме. Y-хромосома передается от отца всем его сыновьям, и только им. Следовательно, для генов, содержащихся только в Y-хромосоме, характерно голандрическое наследование, т.е. они передаются от отца к сыну и проявляются только по мужской линии (рис. 30).

Рис. 30. Родословная при голандрическом наследовании.

Y-хромосому называют генетически инертной или генетически пустой, так как в ней очень мало генов. У человека в Y-хромосоме содержатся по крайней мере три гена, один из которых необходим для дифференциации семенников, второй требуется для проявления антигена гистосовместимости, а третий оказывает влияние на размер зубов. Y-хромосома имеет немного признаков, среди которых есть патологические.

Патологические признаки наследуются по параллельной схеме наследования (100% проявление по мужской линии). К ним относят: 1) облысение; 2) гипертрихоз (оволосенение козелка ушной раковины в зрелом возрасте); 3) наличие перепонок на нижних конечностях; 4) ихтиоз (чешуйчатость и пятнистое утолщение кожи).