4. Особливості генетики людини

	(фенотипи)		(аглютиногени)	(аглютиніни)
	І (0)	Іі	немає	,
	ІІ (А)	ІАІА, ІАі	А
	ІІІ (В)	ІВІВ, ІВі	В
	ІV	ІАІВ	А, В	немає
	(АВ)
Разом антиген А і антитіло не містяться ніколи, як і антиген В з

антитілом . При взаємодії антигенів з одноіменними антитілами відбувається склеювання і випадання в осад еритроцитів (аглютинація), що свідчить про несумісніть крові донора і реципієнта. При переливанні крові необхідно, щоб антигени донора не зустрілися з одноіменними антитілами реципієнта. Оскільки перша група не має антигенів, то люди з такою кров’ю

називаються універсальними донорами, а люди з четвертою групою – універсальними реципієнтами.

Успадкування двох алелей з трьох можливих підкоряється менделівським закономірностям. Групи крові ІІ (А) і ІІІ (В) успадковуються за автосомно-домінантним типом, І (0) група – за автосомно-рецесивним.

Якщо батьки мають групу крові ІІ (А), то їхні діти можуть мати ІІ (А) і І (0),

але не ІІІ (В) і не IV (АВ). Четверта група крові (АВ) успадковується не за правилами Г. Менделя, а за типом кодомінування (5.7) Оскільки групи крові генетично обумовлені і не змінюються протягом життя, то їх визначення може допомогти у випадку спірного батьківства. При цьому необхідно пам’ятати, що за групою крові не можна встановити, що саме цей мужчина є батьком дитини. Можна лише сказати, що він міг бути батьком дитини чи

батьківство виключене.

Виключення батьківства на основі визначення груп крові АВО

Групи	Групи	Групи	Групи
крові	крові	крові,	крові,

дитини	матері	можливі	неможливі
		для батька	для батька
0	0	0, А, В	АВ
0	А	0, А, В	АВ
0	В	0, А, В	АВ
А	0	А, АВ	0, В
А	А	0,А, В, АВ	–
В	В	0,А, В, АВ	–
А	В	А, АВ	0, В
В	А	В, АВ	0, А
В	0	В, АВ	0, А
АВ	А	В, АВ	0, А
АВ	В	А, АВ	0, В
АВ	АВ	А, В, АВ	0

В осіб з IV (АВ ) групою крові в 0,1-0,2 % випадків спостерігається особливе положення генів – цис-положення, коли обидва гени ІА і ІВ

знаходяться в одній хромосомі. Тоді в шлюбі такої людини з особою, що має

І (0) групу крові, можливе народження дітей з І (0) групою крові, що необхідно враховувати при медико-генетичному консультуванні, проведенні судово-медичної експертизи.

Успадкування резус-фактора. Резус-фактор – білок (антиген),

названий так тому, що вперше (1940) був виділений з еритроцитів мавпи макака-резуса (Macacus resus), а потім у людини. Близько 85 % європейців здатні його синтезувати і становлять резус-позитивну групу (Rh+), 15 % -

нездатні і називаються резус-від’ємними (Rh ). Резус-фактор зумовлений трьома домінантними тісно зчепленими генами (С, D, Е), розміщеними в першій хромосомі. Успадковуються вони як при моногібридному схрещуванні. Основна роль належить антигену D, якщо він визначається, то кров належить до резус-позитивної (DD або Dd), якщо не визначається – то до резус-негативної (dd). Резус-фактор необхідно враховувати при

переливанні крові і трансплантації, тому що на нього в організмі виробляються антитіла. Резус-фактор може бути причиною резус-конфлікту між матір’ю і плодом. При шлюбі жінки, що має резус-від’ємну кров, з

чоловіком, який є резус-позитивною гомозиготою, усі діти будуть резус-

позитивними, а при його гетерозиготності – 50 % резус-позитивні і 50 %

резус-від’ємні.

1) Р	♀ dd	♂ DD	2)	P	♀ dd	♂ Dd
Гамети	d	D	Гамети		d	D, d
F1		Dd		F1	Dd,	dd
Резуспозитивні			Резус-позитивні Резус-від’ємні
100 %				50 %		50 %

Генетичні схеми, які ілюструють успадкування резус-фактора

Конфлікт виникає в тому випадку, коли мати має резус-від’ємну кров, а

дитина одержала домінантний алель D від батька і є резус-позитивною. Кров матері і плода не змішується. Тому перша вагітність завершується нормально. Але під час народження першої дитини, коли плацента відшаровується, еритроцити дитини попадають в організм матері, де на резус-антиген утворюються антитіла. При наступній вагітності ці антитіла через бар’єр плаценти проникають у кров плода, з’єднуються з резус-

антигеном, викликаючи склеювання еритроцитів та їх лізис (еритроблазтоз,

або гемолітична хвороба новонароджених). Причому з кожними наступними пологами захворювання в дітей виявляється в більш тяжкій формі. Якщо резус-від’ємній дівчині до шлюбу було зроблено переливання резус-позитивної крові, то вже перша дитина (якщо вона резус-позитивна)

буде нежиттєздатною. Тому навіть одноразове переливання резус-позитивної крові дівчатам з резус-від’ємною кров’ю абсолютно не припустиме.

Гемолітична хвороба новонароджених описана понад 400 років назад.

Вона виникає при несумісності не тільки за резус-системою, але й за

системою АВО: найбільш часто, коли в матері І (О) група, а в дитини ІІ (А)

або ІІІ (В).

ВЗАЄМОДІЯ АЛЕЛЬНИХ І НЕАЛЕЛЬНИХ ГЕНІВ. ЯВИЩЕ ПЛЕЙОТРОПІЇ.

Взаємодія генів

Генотип функціонує як єдина цілісна система взаємодіючих генів.

Розрізняють взаємодію алельних генів (генів однієї алельної пари) і

взаємодію неалельних генів (генів різних алельних пар).

Взаємодія алельних генів

Основні форми взаємодії алельних генів – повне і неповне домінування,

наддомінування і кодомінування.

Домінування (домінантність) – переважання в фенотипі гетерозиготного організму одного алеля (домінантного) над іншим

(рецесивним) алелем того самого гена. Рецесивність – пригнічення в фенотипі гетерозиготного організму одного алеля (рецесивного) іншим алелем

(домінантним) того самого гена. Домінування може бути повним і неповним.

У випадку повного домінування домінантна гомозигота (АА) і гетерозигота

(Аа) мають однаковий фенотип. Явище повного домінування спостерігалося в дослідах Г.Менделя, де один алельний ген завжди був домінантним, інший – рецесивним. Тому насіння гороху за кольором завжди було або жовтим, або зеленим і не мало іншого, наприклад, синього кольору. При повному домінуванні в схрещуванні гетерозигот (Аа х Аа) розщеплення за фенотипом

– 3:1, за генотипом – 1:2:1.

За типом повного домінування в людини успадковуються менделюючі ознаки (моногенне успадкування): ямочки на щоках, здатність згортати язик

трубочкою, властивість загинати язик назад, вільна мочка вуха, а також багато спадкових хвороб: полідактилія, бульозний епідермоліз, міопатія,

кістозно-аденоїдна епітеліома, ахондроплазія, ін.

Неповне домінування – взаємодія алельних генів, при якій у гетерозиготного організму домінантний алель не проявляє повністю своєї домінантності, а рецесивний алель того самого гена – своєї рецесивності. При неповному домінуванні фенотип гетерозиготи Аа є проміжним між фенотипом домінантної АА і рецесивної аа гомозигот. Так, у схрещуванні нічної красуні з червоними квітками (АА) і нічної красуні з білими квітками

(аа), всі гібриди (Аа) першого покоління F1 мали рожеве забарвлення квіток.

У схрещуванні гібридів першого покоління F1 між собою (Аа х Аа) у другому поколінні F2 відбувається розщеплення за фенотипом у співвідношенні

1:2:1, яке співпадає із співвідношенням розщеплення за генотипом

1АА:2Аа:1аа, але відхиляється від розщеплення за фенотипом при повному домінуванні (3:1).

За типом неповного домінування в людини успадковуються цистинурія,

пильгерова анемія, таласемія, атаксія Фрідрейха, ін. У гомозигот за рецесивним геном цистинурії аа в нирках утворюються цистинові камені, у

гетерозиггт Аа камені не утворюються, а спостерігається лише підвищений вміст цистину в сечі, гомозиготи АА – здорові.

Наддомінування – взаємодія алельних генів, при якій домінантний алель у гетерозиготному стані проявляється в фенотипі сильніше, ніж у гомозитному (Аа >АА).

Кодомінування – взаємодія алельних генів, при якій у фенотипі гетерозиготного організму проявляються обидва алелі того самого гена. За типом кодомінування в людини успадковується четверта група крові

(генотип ІАІВ). У людей цієї групи в еритроцитах крові одночасно наявні антиген А, який контролюється алелем ІА і антиген В – продукт експресії алеля ІВ. Алелі ІА і ІВ – кодомінантні.

Взаємодія неалельних генів

Основні форми взаємодії неалельних генів – комплементарність,

епістаз і полімерія. Вони переважно видозмінюють класичну формулу розщеплення за фенотипом, встановлену Г.Менделем для дигібридного схрещування (9:3:3:1).

Комплементарність (лат. complementum – доповнення).

Комплементарними, або взаємодоповнюючими, називаються неалельні гени,

які поодинці не виявляють своєї дії, але при одночасній наявності в генотипі зумовлюють розвиток нової ознаки. У запашного горошку забарвлення квіток зумовлене двома домінантними неалельними генами, з них один ген

(А) забезпечує синтез безкольорового субстрату, інший (В) – синтез пігмента.

Тому при схрещуванні рослин з білими квітками (ААbb х ааВВ) всі рослини в першому поколінні F1 (АаВb) мають забарвлені квітки, а в другому поколінні

F2 відбувається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 9:7, де 9/16

рослин мають забарвлені квітки і 7/16 – незабарвлені.

У людини нормальний слух обумовлений комплементарною взаємодією двох домінантних неалельних генів D і Е, з них один визначає розвиток завитки, інший – слухового нерва. Люди з генотипами D–Е– мають нормальний слух, з генотипами D–ее і ddЕ– – глухі. У шлюбі, де батьки глухі

(DDee ddEE), всі діти будуть мати нормальний слух (DdEe).

Епістаз – взаємодія неалельних генів, при якій один ген пригнічує дію іншого, неалельного, гена. Перший ген називається епістатичним, або супресором (інгібітором), інший, неалельний, ген – гіпостатичним. Якщо епістатичний ген – домінантний, епістаз називають домінантним (А>В). І,

навпаки, якщо епістатичний ген рецесивний, епістаз – рецесивний (аа>В або

аа>вв). Взаємодія генів при епістазі протилежна комплементарності.

Укурей домінантний алель С одного гена обумовлює розвиток забарвлення пір’я, але домінантний алель І іншого гена є його супресором.

Тому кури з генотипом І–С– – білі, а з генотипами ііСС і ііСс – забарвлені.

У схрещуванні білих курей (ІІСС х іісс) гібриди першого покоління F1

виявляться білими, але при схрещуванні F1 між собою у другому поколінні

F2 відбудеться розщеплення за фенотипом у співвідношенні 13:3. З 16 особин

3 будуть забарвлені (ііСС і ііСс), тому що в них відсутній домінантний ген-

супресор і є домінантний ген забарвлення. Інші 13 особин будуть білими.

Даний приклад ілюструє явище домінантного епістазу.

Прикладом рецесивного епістазу може бути бомбейський феномен –

незвичайне успадкування груп крові системи АВО, вперше виявлене в одній індійській сім’ї. У родині, де батько мав групу крові І (О), а мати – ІІІ (В),

народилася дівчинка з групою І (О), вона одружилася з чоловіком з групою крові ІІ(А) і в них народилося дві дівчинки: одна з групою крові ІV (АВ), інша

– з І (О). Народження дівчинки з ІV (АВ) групою крові в родині, де батько мав

ІІ (А), а мати – І (О) було незвичайним. Генетики пояснили цей феномен так:

дівчинка з групою ІV (АВ) успадкувала алель ІА від батька, а алель ІВ – від матері, але в матері алель ІВ фенотипово не виявлявся, тому що в її генотипі був присутній рідкісний рецесивний епістатичний ген s у гомозиготному стані, який пригнічував фенотиповий прояв алеля ІВ.

І	В iiSs
		І	ІВіSs	IBIBSs
II	O	A
		ІІ
III	AB	O	III	IАIВSs	iiSs IА;Ss

iiSs

Родовід родини з бомбейським

феноменом. Позначено

фенотипиВипадкизабомбейськогогрупами крові фено

системи АВО

трічаються з частотою 1/13

Той самий родовід; позначено генотипи за групами крові системи АВО; s – епістатичний ген

Гіпостаз – взаємодія неалельних генів, при якій домінантний ген однієї алельної пари пригнічується епістатичним геном з іншої алельної пари.

Якщо ген А пригнічує ген В (А>В), то по відношенню до гена В взаємодія неалельних генів називається гіпостазом, а по відношенню до гена А – епістазом.

Полімерія – взаємодія неалельних генів, при якій одну і ту саму ознаку контролюють кілька домінантних неалельних генів, які діють на цю ознаку однозначно, в однаковій мірі, підсилюючи її прояв. Такі однозначні гени називають полімерними (множинними, полігенами) і позначають однією літерою латинського алфавіту, але з різними цифровими індексами.

Наприклад, домінантні полімерні гени – А1, А2, А3 і т.д., рецесивні – а1, а2, а3 і т.д. Відповідно позначають генотипи – А1А1А2А2А3А3, а1а1а2а2а3а3. Ознаки, які контролюються полігенами, називають полігенними, а успадкування цих ознак – полігенним, на відміну від моногенного, де ознака контролюється одним геном. Явище полімерії вперше описав у 1908 р. шведський генетик Г.Нільсон-Еле при вивченні успадкування кольору зерна в пшениці.

Полімерія буває кумулятивною і некумулятивною. При кумулятивній полімерії кожний ген окремо має слабку дію (слабку дозу), але кількість доз всіх генів у кінцевому результаті сумується, так що ступінь вираження ознаки залежить від числа домінантних алелей. Сумування доз полімерних генів (аддитивність) забезпечує існування неперервних рядів кількісних змін.

За типом полімерії в людини успадковуються ріст, маса тіла, колір шкіри, розумові здібності, величина артеріального тиску. Так, пігментація шкіри в людини визначається 4-6 парами полімерних генів. У генотипі корінних жителів Африки наявні переважно домінантні алелі

(Р1Р1Р2Р2Р3Р3Р4Р4), у представників європеоїдної раси – рецесивні

(p1p1p2p2p3p3p4p4). Від шлюбу негра і білої жінки народжуються діти з проміжним кольором шкіри – мулати (Р1р1Р2р2Р3р3Р4р4). Якщо подружжя – мулати, то можливе народження дітей з пігментацією шкіри від максимально світлої до максимально темної.

Полігенно в типових випадках успадковуються кількісні ознаки. Проте в природі існують приклади полігенного успадкування якісних ознак, коли кінцевий результат не залежить від числа домінантних алелей у генотипі – ознака або проявляється, або не проявляється (некумулятивна полімерія).

Кількісна та якісна специфіка проявів генів в ознаках. Поняття про

пенетрантність, експресивність, плейотропію

Гени, які контролюють ті чи інші ознаки, можуть проявлятися в фенотипі не у всіх носіїв або можуть мати різну ступінь фенотипового прояву. Кількісний показник прояву гена в фенотипі характеризується пенетрантністю, якісний показник – експресивністю.

Пенетрантність – частота фенотипового прояву гена в популяції особин, які є носіями цього гена. Вимірюється відношенням кількості особин, в яких ген фенотипово проявився, до загального числа особин – носіїв цього гена (в %). Якщо ген домінантний – то він проявляється в гомозиготному АА і гетерозиготному стані Аа, якщо рецесивний – лише в гомозиготному аа. Якщо ген проявляється у всіх особин – носіїв гена,

пенетрантність називають 100 %-ою, у решті випадків – неповною і вказують відсоток особин, в яких проявляється ген. Наприклад, при пенетрантності 20 %, з 100 особин – носіїв цього гена, останній проявиться в фенотипі лише в

20 з них. З неповною пенетрантністю успадковується ряд спадкових захворювань: подагра (20 % у чоловіків), природжений вивих стегна (25 %),

ретинобластома (60 %).

Експресивність (лат. expressus – явний, виразний) – ступінь фенотипового прояву гена, або вираженість дії гена. Один і той самий ген у різних умовах може бути виражений сильніше або слабше. Наприклад,

полідактилія може проявитися на одній, на двох руках чи ногах, кількість пальців може бути 6 і більше. Спадкова хвороба фенілкетонурія має різну тяжкість прояву – від легкого ступеня розумової відсталості до глибокої недоумковатості.

Пенетрантність та експресивність залежать від природи даного гена,

впливу генів-модифікаторів, умов середовища. Гени-модифікатори посилюють або послаблюють дію основного гена, який контролює дану ознаку.

Плейотропія – здатність одного гена контролювати кілька ознак

(множинна дія гена). Так, синдром Марфана в типових випадках характеризується тріадою ознак: підвивихом кришталика ока, вадами серця,

видовженням кісток пальців рук і ніг (арахнодактилія – павучі пальці). Цей комплекс ознак контролюється одним автосомно-домінантним геном, який спричинює порушення розвитку сполучної тканини.