- •3.1. Варианты взаимодействия генотипа и среды
- •4. Полное и неполное сцепление генов. Группа сцепления
- •Цис» и «транс» формы сцепления
- •Наследование ограниченное и контролируемое полом.
- •Принципы построения генетических карт. Картирование хромосом человека и его значение.
- •Понятие о цитоплазматической наследственности.
- •73. Определение пола у организмов (прогамное, сингамное, эпигамное)
- •74. Наследование пола у человека. Переопределение пола.
- •20. Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификаций.
- •21. Комбинативная изменчивость. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генетического разнообразия людей. Система браков.
- •22. Мутационная изменчивость. Классификация мутаций. Понятие о хромосомных и генных болезнях.
- •3. Спонтанные и индуцированные мутации, мутагены. Генетическая опасность загрязнения окружающей среды.
- •17. Методы изучения генетики человека.
- •1.Понятие о кариотипе и идиограмме. Денверская и Парижская классификация хромосом
- •1.Понятие о кариотипе и идиограмме. Денверская и Парижская классификация хромосом
- •Особенности человека как объекта генетических исследований
- •26.Молекулярно-генетический метод, его современные возможности и перспективы использования в медицине.
- •Элиминация эмбрионов и плодов с наследственной патологией
- •Генная инженерия на уровне зародышевых клеток
- •Моногенные, хромосомные и мультифакториальные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления.
- •Моногенные, хромосомные и мультифакториальные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления.
- •Причины генных патологий
- •5.1.9. Болезни с нетрадиционным типом наследования
- •. Медико-генетическое консультирование; виды и этапы консультирования; общие подходы к лечению наследственных заболеваний
Насле́дственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа сохраняют в своих потомках характерные черты вида.
Насле́дование — передача генетической информации (генетических признаков) от одного поколения организмов к другому[1]. В основе наследования лежат процессы удвоения, объединения и распределения генетического материала, поэтому закономерности наследования у разных организмов зависят от особенностей этих процессов[2].
Домина́нтность, или домини́рование, — форма взаимоотношений между аллелями одного гена, при которой один из них (доминантный) подавляет (маскирует) проявление другого (рецессивного) и таким образом определяет проявление признака как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот.
Рецессивность - (от лат. recessus - отступление) - форма взаимоотношений двух аллельных генов, при которой один из них - рецессивный - оказывает менее сильное влияние на соответствующий признак особи, чем другой -доминантный.
Аллельные гены - это гены, которые занимают одинаковые «места» (или локусы) в хромосомах
Неалле́льные ге́ны — это гены, расположенные в различных участках хромосом и кодирующие неодинаковые белки. Неаллельные гены также могут взаимодействовать между собой
Гомозигота— диплоидный организм или клетка, несущий идентичные аллели в гомологичных хромосомах.
Гетерозиготными называют диплоидные или полиплоидные ядра, клетки или многоклеточные организмы, копии генов которых в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями. Когда говорят, что данный организм гетерозиготен (или гетерозиготен по гену X), это означает, что копии генов (или данного гена) в каждой из гомологичных хромосом несколько отличаются друг от друга.
|
Аллельные гены - это гены, расположенные в одинаковых местах (локусах) гомологичных хромосом, отвечающие за развитие альтернативных признаков. Взаимодействие аллельных генов происходит только в гетерозиготном состоянии (Аа).
Варианты взаимодействия аллельных генов:
а) полное доминирование,
б) неполное доминирование,
в) кодоминирование,
г) наддоминирование,
д) плейотропное действие гена.
1. Полное доминирование. Проявляется в тех случаях, когда один аллель гена (доминантный) полностью скрывает присутствие другого (рецессивного) аллеля. Например:
А - карие глаза
а - голубые глаза
Человек с генотипом Аа имеет карие глаза.
2. Неполное доминирование. При неполном доминировании фенотип гибридов первого поколения (Аа) внешне отличаются от родительских особей (АА) и (аа). Проявление признака является промежуточным по сравнению с родительскими формами.
Например, при скрещивании гомозиготных растений с красными (АА) и белыми (аа) цветками у гибридов первого поколения цветки оказываются розовыми (Аа).
У человека по типу неполного доминирования наследуется признак, определяющий форму волос: ген кучерявых волос (А) неполностью доминирует над геном прямых волос (а), волнистые волосы определяются генотипом - Аа.
3. Кодоминирование - это взаимодействие двух доминантных аллельных генов. Например, каждый из аллельных генов кодирует определенный белок и у гетерозиготного организма синтезируются два вида белка. По типу кодоминирования у человека наследуется четвертая группа крови (I I ).
4. Наддоминирование - в гетерозиготном состоянии (Аа) доминантный аллель проявляется в большей степени, чем в гомозиготном (АА). Например, гибриды кукурузы отличаются более высоким ростом, урожайностью зерна по сравнению с гомозиготными растениями Такое явление називается гетерозисом или гибридной силой. У человека но типу наддоминирования проявляется акселерация.
5. Плейотропия - один ген влияет на проявление нескольких признаков, такое явление называется множественным действием одного гена. Например, у человека известная болезнь - синдром Марфана - арахнодактилия («паучьи пальцы») детерминируется доминантным геном, который отвечает за патологическое развитие соединительной ткани, вследствие этого проявляется комплекс патологических признаков - длинные, тонкие («паучьи») пальцы, дефекты развития сердечно-сосудистой системы и подвывих хрусталика (нарушение зрения). В основе таких патологических признаков лежит дефект развития соединительной ткани, обусловленным патологическим геном.
Неаллельные гены - это гены, которые расположены в негомологичных хромосомах. Взаимодействие между неаллельными генами происходит в том случае, если признак проявляется только при их совместном присутствии.
Примерами взаимодействия неаллельных генов могут быть:
а) комплементарность;
б) эпистаз;
в) полимерия.
1. Комплементарность (или комплементарное взаимодействие генов) проявляется тогда, когда действие одного гена дополняется действием другого, т.е. для формирования признака необходимо наличие в генотипе двух доминантных неаллельных генов.
Например, у душистого горошка красная окраска венчика цветка обусловлена наличием двух доминантных генов А и В (генотип АаВв). В отсутствие одного из них цветки белые (ААвв, ааВВ).
Комплементарное взаимодействие генов у человека проявляется при формировании слуха: развитие нормального слуха обусловлено двумя доминантными неаллельными генами D и Е, из которых Один (D) определяет развитие улитки, а другой (Е)- слухового нерва. Нормальный слух имеют люди с генотипом: DDEE. DdEe, DDEe, DdEE Глухие люди имеют генотипы: Ddee, ddee, ddEE, ddEe.
2. Эпистаз. Явление, противоположное комплементарности. Эпистаз - это угнетение одним неаллельным геном (эпистаческим) действия другого неаллельного гена (гипостатического). Если эпистатическим действием обладает доминантный аллель, говорят о доминантном эпистазе (А > В). При рецессивном епистазе такое действие проявляют рецессивные аллели в гомозиготном состоянии (а > В). У человека изучен один вид рецессивного эпистаза - «бомбейский феномен».
Как известно, группы крови по система АВО обусловлены наследованием трех аллелей одного гена (IA, IB, i). В зависимости от их сочетания формируются четыре группы крови:
III - IBIB lBi
IV - IA 1B
Однако, существует редкий эпистатический ген (<р), который в гомозиготном рецессивном (<рд>) состоянии подавляет все доминантные аллели, определяющие группы крови. Вследствие этого у людей с генотипом - срср, фенотипически проявляется первая только группа крови.
Например, у людей с генотипом \А1А<р<р будет проявляться I группа крови, т.к. активность гена 1А блокируется геном-супрессором (р, который проявляет свою активность в гомозиготном рецессивном состоянии (<рф) - Первая группа крови будет проявляться у людей с такими генотипами: lAi
3. Полимерия - проявление одного признака в зависимости от суммарного действия нескольких неаллельных генов. Причем, чем больше доминантных генов, тем сильнее проявляется признак. Полимерные гены принято обозначать одной буквой латинского алфавита с указанием цифрового индекса (Аь А2). Примером полимерного действия генов у человека является наследование цвета кожи. Несколько пар (около пяти пар) неалельных доминантных генов, отвечающих за синтез пигмента меланина, который обуславливает темный цвет кожи - А|, А2 и т. д. Генотипы людей с соответствующими оттенками цвегов кожи могут быть:
А|А|А А2 - черная кожа А^АгАг - темная aia, A2 A2 - смуглая а!а|А2а2 - светлая а!а,а2а2 - белая.
Кроме наследования цвета кожи, полимерными генами у человека определяются большинство количественных признаков, таких как рост, масса тела, интеллектуальные особенности, склонность к повышению артериального давления, устойчивость к инфекционным заболеваниям и другие.
Признаки, которые определяются несколькими парами неаллельных генов, называются полигенными.
Генетические факторы могут проявиться только в средовых условиях. Более того, особенности этого проявления (или экспрессия генов) могут меняться в зависимости от средового контекста.
3.1. Варианты взаимодействия генотипа и среды
Существует два основных варианта взаимодействия генотипа и среды. Один из них предполагает, что средовые условия оказывают разное влияние на человека в зависимости от его генотипа. Второй - основывается на том, что между генотипическими и средовыми факторами есть корреляция. Рассмотрим их подробнее.
(1). Понимание взаимодействия генотипа и среды как различной реактивности индивидов на средовую стимуляцию.
Этот вариант генотип-средового взаимодействия касается тех случаев, когда при одних и тех же средовых условиях результаты средового влияния оказываются разными из-за генетических различий между людьми. Так, обучаясь математике в одном и том же классе у одного и того же учителя, дети достигнут разных результатов в зависимости от их способностей к этой дисциплине. Более способные дети окажутся более „реактивными", быстрее будут усваивать предлагаемый учебный материал. Поскольку математические способности испытывают значительное влияние генотипа, можно сказать, что генотипические предпосылки этих способностей имеют тенденцию по-разному проявляться в одинаковых средовых условиях.
(2). Взаимодействие как ковариация (или корреляция) организма и среды.
Генотип-средовая корреляция представляет собой нелинейный компонент в аддитивной модели наследования и описывает такие ситуа-ции, при которых дети, обладающие разными генетически обусловленными психологическими особенностями, испытывают к тому же и разное воздействие среды, причем воздействие среды не является независимым от их генотипа.
О генотип-средовой корреляции говорят в тех случаях, когда есть совпадение некоторых способностей, дисперсии которые предположительно генетически обусловлены, со средовыми условиями их реализации. Можно привести следующий пример генотип-средовой корреляции: математически одаренные дети отбираются для более серьезного занятия математикой и, таким образом, средовые условия детей с математическими способностями помогают и развитию этих способностей.
Дети могут сами выбирать средовые воздействия или же просто избирательно воспринимать условия, создаваемые воспитателями. В зависимости от активности ребенка в этом процессе выделяется три вида генотип-средовой корреляции - пассивная, реактивная и активная (Р1о-min R., DeFries J.C., Loehlin J.C., 1977).
(а) Примером пассивной генотип-средовой корреляции служат такие ситуации, когда родители создают ребенку средовые условия, коррелирующие с генотипами родителей. Допустим, интеллект родителей - характеристика, которая связана с генотипом, - определяет их интересы. Это, в свою очередь, накладывает отпечаток на то, как родители и дети проводят свободное время, какие книги читают, что вместе обсуждают. Поскольку дети и родители имеют общие гены, получается, что среда ребенка, коррелируя с генотипом родителей, одновременно коррелирует и с его генотипом.
Пассивная генотип-средовая корреляция может быть положительной и отрицательной. Примером положительной корреляции является такая ситуация, когда, например, обладающие музыкальными способностями родители, создают дома все условия для того, чтобы ребенок получил музыкальное образование. В этом случае средовые условия ребенка положительно коррелируют с родительским генотипом и, соответственно, с их собственным генотипом.
Пассивная генотип-средовая корреляция может быть и отрицательной. Она обнаруживается в том случае, если, продолжая пример с музыкальными способностями, родители создают большие возможности для занятия музыкой тому ребенку, у которого эти занятия идут ху*е (более обогащенная среда для менее способного ребенка).
232
(б) Реактивная генотип-средовая корреляция описывает ситуации, когда различные генотипы вызывают различную реакцию окружаю щих. Например, к старательным и внимательным первоклассникам учителя относятся более благожелательно, чем к несобранным детям или к детям, имеющим недостаточные коммуникативные навыки. От ветная реакция на поведение детей подкрепляет определенные типы поведения ребенка и в большей степени (или, наоборот, в меньшей) способствует их дальнейшему развитию. Если эти типы поведения име- jot связь с генотипом, то можно говорить о реактивной генотип-средо вой корреляции.
(в) Активная генотип-средовая корреляция связана с направленным отбором индивидом собственных средовых условий. Ориентация че ловека на то, что его больше интересует, что у него лучше получается, рассматривается в рамках данной схемы как влияние на деятельность человека генетической предрасположенности к тому или иному роду занятий.
Роли каждого из трех видов генотип-средовой клрреляции меняются с возрастом. Пассивная - в процессе взросления становится все менее и менее важной в детерминации поведения человека, а активная -наоборот, становится определяющей и наиболее непосредственным выражением генотипа в индивидуальном опыте человека.
Исследование процессов взаимодействия между организмом и средой, как правило, ограничивается выяснением того, как окружающие ребенка условия влияют на его развитие, т.е. экспериментальные работы ориентированы на наблюдение только за первым из двух вариантов взаимодействия (разная реактивность в одинаковых средовых условиях). В тех случаях, когда можно предположить существование не только взаимодействия, но и ковариации (или корреляции), обычно не хватает данных для того, чтобы о ней судить.
Создателем хромосомной теории (ХТ) является учёный Томас Морган. ХТ является результатом изучения наследственности на клеточном уровне.
Суть хромосомной теории:
- Материальными носителями наследственности являются хромосомы.
Основными доказательством этому является:
Цитогенетический параллелизм
Хромосомное определение пола
Сцепленное с полом наследование
Сцепление генов и кроссинговер
Основные положения хросомной теории:
Наследственные задатки (гены) локализованы в хромосомах.
Гены расположены в хромосоме в линейном порядке.
Каждый ген занимает определенный участок (локус). Аллельные гены занимают аналогичные локусы в гомологичных хромосомах.
Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, сцеплено (Закон Моргана) и образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом (n).
Между гомологичными хромосомами возможен обмен участками, или рекомбинация.
Расстояние между генами измеряются в процентах кроссинговера – морганидах.
Частота кроссинговера обратно пропорциональна расстоянию между генами, а сила сцепления между генами обратно пропорциональна расстоянию между ними.
Цитогенетический параллелизм
Каждый организм несёт 2-а наследственных задатка, в гамету входит только 1- ин наследственный задаток из пары. При оплодотворении в зиготе и далее в организме опять 2-а наследственных задатка по каждому признаку.
Точно так же ведут себя и хромосомы, что можно предположить что гены лежат в хромосомах и наследуются вместе с ними.
Хромосомное определение пола
В 1917 году Алленом было показано что мужские и женские особи у мхов отличаются по набору хромосом. В клетках диплоидной ткани мужского организма половые хромосомы X и Y, в женском X и X. Таким образом Хромосомы определяют такой признак как пол, а следовательно могут быть материальными носителями наследственности. Позже хромосомное определение пола было показано и для других организмов, в том числе и для человека. (ТАБЛИЦА)
Сцепленное с полом наследование
Поскольку половые хромосомы различны у мужских и женских организмов, признаки, гены которых, расположены в Х или Y хромосомах, будут наследовать по-разному. Такие признаки называются сцепленными с полом признаками.
Особенности наследования сцепленных с полом признаков
Не соблюдается 1 закон Менделя
Реципрокные скрещивания дают разный результат
Имеет место крисс-кросс (или наследование крест-накрест).
Впервые наследование связанное с признаком было обнаружено Морганом у дрозофилы.
W+ - красные глаза |
P: |
(C) XW+X W+ * XwY |
(C) XwXw * X W+Y |
||||
w – белые глаза |
Гаметы: |
XW+; |
Xw, |
Y; |
Xw; |
XW+, |
Y |
|
F1 |
(C Ж) XW+ Xw – Красные глаза |
Xw XW+ - Красные глаза |
||||
|
|
(C М) XW+Y – Красные глаза |
XwY – Белые глаза |
||||
Таким образом наследование выявленной Морганом мутация – “белые глаза” - white, характеризовалась перечисленными выше особенностями:
Такое наследование и называется «наследование крисс-кросс» |
(ТАБЛИЦА сцепленное с полом наследование)
Сцепленное с полом наследование объясняется отсутствием в Y хромосоме генов, аллельных генам X хромосоме. Y хромосома намного меньше Х хромосомы, в ней, в настоящее время, локализовано 78 (?) генов, в то время как в X хромосоме их более 1098.
Примеры сцепленных с полом наследований:
- гемофилия, дистрофия Дюшенна, синдром Данкана, синдром Альпорта, и др.
Есть гены, которые наоборот содержатся в Y хромосоме и отсутствуют в X хромосоме, они, следовательно, встречаются только в мужских организмах, и никогда в женских (голандрическое наследование) и передаются только сыновьям от отца.
Сцепление генов и кроссинговер
В генетике было известно такое явления как «притяжение генов»: некоторые неаллельные признаки наследовались не независимо, как должны по III закону Менделя, а наследовались вместе, не давали новых комбинаций. Морган объяснил это тем, что эти гены находятся в одной хромосоме, поэтому они расходятся в дочерние клетки вместе одной группой, как бы сцеплено. Он назвал это явление – сцепленным наследованием.
Закон сцепления Моргана:
- Гены расположенные в одной хромосоме наследуются совместно, сцеплено.
Гены расположенные в одной хромосоме образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно «n» - гаплоидному числу хромосом.
Пример:
Скрещивали гомозиготные линии мух с серым цветом тела и длинными крыльями и мух, имеющих чёрное тело и короткие крылья. Гены цвета тела и длинны крыльев – сцеплены, т.е. лежат в одной хромосоме.
Кроссинговер.
В небольшом проценте случаев в F2 в опытах Моргана появлялись мухи с новыми сочетаниями признаков: крылья длинные, тело черное; крылья короткие, а тело серое. Т.е. признаки «расцепились». Морган объяснил это тем, что хромосомы во время конъюгации в мейозе обмениваются генами. В результате получаются особи с новыми сочетаниями признаков, т.е. как и положено по третьему закону Менделя. Морган назвал этот обмен генами рекомбинацией.
Позже цитологи действительно подтвердили гипотезу Моргана, обнаружив обмен участками хромосом у кукурузы и у саламандры. Они назвали этот процесс кроссинговер.
Кроссинговер увеличивает разнообразие потомства в популяции.