3. Организмовый уровень реализации генетической

Тема: Организмовый уровень
реализации генетической
информации.
Взаимодействие генов.
Хромосомная теория
наследственности.
Лектор: доцент Бигуняк Т.В.
Вопросы лекции
1. Основные понятия современной
генетики.
2. Основные законы наследования:
- гипотеза чистоти гамет,
- законы Менделя,
- анализирующее скрещивание,
- множественные аллели,
- летальные гены.
3. Виды взаимодействие аллельных
генов.
4. Взаимодействие неаллельных генов.
Медицинская генетика
•Раздел генетики человека, который изучает роль
наследственности в патологии человека.
•Предметом изучения медицинской генетики являются
наследственные болезни человека и болезни со
наследственной склонностью.
•Изучает этиологию и патогенез наследственных
болезней, разрабатывает методы диагностики, лечения
и профилактики, исследует соотносительную роль
наследственных и ненаследственных факторов в
развития болезней со наследственной склонностью.
•Основная задача медицинской генетики – изучения
наследственных болезней человека с целью
предупреждения их развития в ряде поколений, охрана
наследственности человека от вредных факторов
среды.
•Объектом медицинской генетики есть человек со
наследственной патологией, а также его семья,
здоровые и больные родственники.
Основные понятия
генетики
•Генотип – совокупность всех генов организма.
•Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних
признаков организма. Фенотип есть результатом
взаимодействия генотипа и условий внешней среды.
Термины генотип и фенотип ввел в науку в 1909 г.
датский генетик В.Йогансен.
•Аллельные гены, алели (лат. allelos –
противоположный) – разные формы одного и того же
гена, они занимают одно и одно и то же место (локус)
гомологических хромосом и
определяют альтернативные состояния одного и того
же признака.
•Гены, как и хромосомы, парные. В каждой
соматической клетке любой ген представлен двумя
аллельными генами (аллелями), один из которых
организм получил от отца, второй – от матери.
•Аллельные гены – парные гены, или гены одной
аллельной пары.
•Неаллельные гены – гены разных аллельных пар.
Основные понятия генетики
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
XX
17 18
19
20
21
22
X
(a) гены
диплоидного набора
хромосом
Генотип
(b) гены
гаплоидного набора
хромосом
Геном
2. Ген
1. ДНК
Клетка
4. Генотип
3. Хромосома
7. Популяция
5. Особь
6. Семья (поколение)
Наследование
– способ передачи наследственной информації,
который зависит от формы размножения. При
половом размножении основные признаки наследуются
через гаметы.
Наследование
Моногенное
Полигенное
Аутосомное
Сцепленное с половыми хромосомами
Доминантное Рецессивное
X-сцепленное
Рецессивное
Y-сцепленное
Доминантное
Основные понятия
генетики
• Гомозиготный организм – диплоидный организм, в
обеих гомологических хромосомах которого
содержатся одинаковые аллели определенного гена
(например, АА ли аа), продуцирует один тип гамет.
•Гетерозиготный организм – диплоидный
организм, обе гомологические хромосомы которого
содержат разные аллели определенного гена (Аа):
образует два типа гамет по данному гену.
•Гемизиготный организм (грец. hemi – полу) –
организм, в котором ген представлен не двумя, а одним
аллелем и этот аллель всегда фенотипически
проявляется, даже рецессивний. Гемизиготным есть
диплоидный гетерогаметный организм за теми генами,
которые находятся в половых хромосомах. Например,
мужчины (ХY) являются гемизиготными за генами
гемофилии, дальтонизма, которые находятся в
негомологическом участке Х-хромосомы, поскольку у
них лишь одна Х-хромосома, а Y-хромосома этих генов
не содержит.


Закономерности наследования
признаков впервые в 1865 г. установил
чешский ученый Г.Мендель в опытах по
гибридизации разных сортов посевного
гороха. Эти закономерности
известные теперь как три закона
(правила) Г.Менделя и закон (гипотеза)
чистоты гамет. Это
основные законы генетики.
Успех оказывал содействие Г. Менделю
благодаря удачному выбору объекта
исследований и применению
разработанного самым Г.Менделем
гибридологического метода изучения
наследственности.
Гибридологический
метод
изучение наследования путем гибридизации
(скрещивания), то есть объединения двух
генетически разных организмов (гамет).
• гетерозиготный организм, который
получается при этом, называется гибридом, а
потомство – гибридным.
• Основные принципы гибридологического
метода:
1) для скрещивания используются
чистосортные (гомозиготные) родительские
организмы, которые отличаются между
собою за одной или немногими
парами альтернативных признаков;
2) проводится точный количественный учет
потомства в отдельности за каждым
исследуемым признаком в ряде поколений.
•




Горох посевной (Pisum sativum) –
самоопыляемое растение,
поэтому потомки каждого
растения являются чистыми
линиями (чистосортные).
Для опытов Г. Мендель выбрал 22
сорта, которые отличались между
собой четкими и удобными для
исследования альтернативными
признаками и по ним он изучал
наследование 7 пар признаков
(высокий или низкий стебель,
желтый или зеленый цвет семян,
др.).
Г. Мендель проследил
наследование одновременно не
всех признаков, как это делали
другие ученые, а одной или
немногих пар альтернативных
признаков.
Горох имеет 7 пар хромосом (это
было установлено позднее) и гены
каждой с 7 пар признаков были
расположены в разных парах
хромосом (неаллельные гены)
Пары альтернативных признаков
Основные понятия
генетики
• Скрещивания, в котором
родительские организмы
отличаются по одной паре
альтернативных признаков,
называется моногибридным, по
двум – дигибридным, по трем и
больше – полигибридным.
ЗАКОНЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
МЕНДЕЛЯ
1. Закон однообразия гибридов первого
поколения
при скрещивании гомозиготных особей,
которые отличаются по одной паре
альтернативных признаков, наблюдается
однообразие гибридов первого поколения F1 как
по фенотипу, так и по генотипу.
По фенотипу все особи имеют доминантный
признак, по генотипу - они гетерозиготные
Гомозигота
Гомозигота
с желтыми семенами
с зелеными семенами
Р ♀ AA
x
♂ aa
Гаметы
А
а
F1
Аа
Все растения – гетерозиготы с желтыми семенами (доминантный признак)
ЗАКОНЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
МЕНДЕЛЯ
2. Закон расщепления признаков
P: ♀ Aa x
♂ Aa
G: A, a
A, a
F2 : AA; Aa; Aa; aa
По фенотипу 3/4 растений (75%) имеют
доминантный признак, а 1/4 (25 %) рецессивный.
По генотипу 1/4 растений (25%) - доминантные
гомозиготы АА, 2/4 (50%) - гетерозиготы Аа и
1/4 (25%) - рецессивные гомозиготы аа
при скрещивании двух гетерозиготных
особей (гибридов), которые отличаются
по одной паре альтернативных
признаков, в потомстве наблюдается
расщепления по фенотипу 3:1 и по
генотипу 1:2:1.
Гипотеза чистоты гамет
•Тот факт, что рецессивный признак (зеленый цвет семян),
отсутствующий у гибридов первого поколения F1, снова
появился в 1/4 гибридов второго поколения F2, Г.Мендель
объяснил тем, что наследуются не сами признаки, а
наследственные факторы (гены), которые определяют
развитие этих признаков и что эти факторы дискретные.
• У гибридов F1 (Аа) существует два наследственных
фактора (алелльные гены), один из них А отвечает за
желтый цвет семян, второй а – за зеленый. Аллельные гены,
находясь в гетерозиготном состоянии, не сливаются, не
изменяют друг друга и, не теряя своей индивидуальности,
передаются в гаметы. Гаметы являются «чистыми»: они
несут лишь один из двух аллелей определенного гена..
•Эту закономерность Г.Мендель назвал гипотезой «чистоты
гамет».
•Ее цитологической основой есть мейоз, который был
открыт значительно позднее законов Г. Менделя. Аллельные
гены находятся в гомологических (парных) хромосомах.
При мейозе в каждую гамету попадает лишь одна из
гомологичных хромосом и соответственно один ген из пары
аллельных генов.
ЗАКОНЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
МЕНДЕЛЯ
3. Закон независимого
комбинирования признаков
при скрещивании гомозиготных особей,
которые отличаются двумя (и больше)
парами альтернативных признаков, во
втором поколении F2 наблюдается
независимое наследование и
комбинирования признаков, если гены этих
признаков расположенные в разных парах
гомологических хромосом
Р
Аавв
х
Аавв
ЗАКОНЫ НАСЛЕДОВАНИЯ
МЕНДЕЛЯ
3. Закон независимого
комбинирования признаков
• Цитологической основой этого закона является мейоз. В мейозе
негомологические хромосомы расходятся независимо и могут
комбинироваться в любых соединениях.
•Гибриды F1 в мейозе образовывают яйцеклетки 4-х типов: SY,
Sy, sY и sy и столько же типов спермиев.
•При случайном объединении этих гамет возможное
образование 16 типов зигот (4 х 4), которые можно определить за
решеткой Р. Пеннета. Эти типы зигот дают 4 фенотипических
класса в соотношении 9 желтых гладких : 3 желтых
морщинистых : 3 зеленых гладких : 1 зеленый морщинистый
(9:3:3:1) и 9 генотипических классов в соотношении
1SSYY:2SsYY:2SSYy:4SsYy:1SSyy:2Ssyy:1ssYY:2ssYy:1ssyy.
•Подсчет расщепления в F2 по каждой паре признаков
показывает, что оно в обоих случаях он равняется 12:4, то есть 3:1,
как при моногибридном скрещивании.
•Дигибридное скрещивание – это, в сущности, два независимых
моногибридных, которые будто накладываются одно на другое.
Менделирующие признаки человека
(наследуются по законам Менделя)
Доминантные
Рецессивные














Карие глаза
Темные волосы
Косой разрез глаз
Нос с горбинкой
Широкая щель между
резцами
Зубы большие, выступают
вперед
Ямочки на щеках
Белый локон волос
Наличие веснушек
Мочка уха свободная
Губы полные
Лучшее владение правой
рукой
Кровь резусположительная
Способность свертывать
язык трубочкой














Голубые глаза
Светлые волосы
Прямой разрез глаз
Прямой нос
Узкая щель или отсутствие ее
Обычная форма и размещения
зубов
Отсутствие ямочек
Равномерная пигментация волос
Отсутствие веснушки
Мочка уха приросшая
Губы тонкие
Лучшее владение левой рукой
Кровь резус-отрицательная
Неспособность свертывать язык
трубочкой
Менделирующие признаки человека
Доминантные











Хондродистрофия
(карликовость)
Полидактилия
Брахидактилия
Синдактилия
Нормальное свертывание
крови
Полипоз толстой кишки
Нормальное восприятие
цвета
Наличие пигментов в коже,
волосах
Нормальное усвоение
фенилаланина
Нормальное усвоение
лактозы
Нормальное усвоение
фруктозы
Элиптоцитоз
Рецессивные

Нормальное развитие скелета

Нормальное
количество пальцев
Нормальное строение пальцев
Гемофилия
Отсутствие полипоза




Дальтонизм (цветная слепота)
Альбинизм (отсутствие
меланина)
Фенилкетонурия

Галактоземия

Фруктозурия
Нормальная форма
эритроцитов



Взаємодействие аллельных генов:

Полное доминирование

Неполное
доминирование

Сверхдоминирование

Кодоминирование
Полное доминирование



Полное преобладания в фенотипе гетерозиготного организма
доминантного аллеля над рецессивным одного и того же
гена.
В случае полного доминирования доминантная гомозигота
(АА) и гетерозигота (Аа) имеют одинаковый фенотип.
Явление полного доминирования наблюдалось в опытах Г.
Менделя, где один аллельный ген всегда был доминантным,
другой – рецессивным.
При полном доминировании при скрещивании гетерозигот
(Аа х Аа) расщепления за фенотипом будет 3:1, за
генотипом 1:2:1.
Неполное доминирование



в гетерозиготного организма доминантный аллель не
проявляет полностью своей доминантности, а рецессивний
аллель одного и того же гена – своей рецессивности.
фенотип гетерозиготы Аа есть промежуточным между
фенотипом доминантной АА и рецесивной аа гомозигот.
Так, при скрещивании ночной красавицы с красными
цветками (АА) и ночной красавицы с белыми цветками
(аа), все гибриды (Аа) первого поколения F1 имели розовую
окраску цветков. В скрещивании гибридов первого поколения
F1 между собой (Аа х Аа) во втором поколении
F2 происходит расщепления за фенотипом в соотношении
1:2:1, которое совпадает со соотношением расщепления за
генотипом 1АА:2Аа:1аа, но отличается от расщепления
за фенотипом при полном доминировании (3:1).
Неполное доминирование
При скрещивании ночной красавицы с
красными цветками (АА) и ночной
красавицы с белыми цветками (аа), все
гибриды (Аа) первого поколения F1
имели розовую окраску цветков.
При скрещивании гибридов первого
поколения F1 между собою (Аа х Аа) во
втором
поколении
F2
происходит
расщепления за
фенотипом в соотношении 1:2:1,
которое совпадает со соотношением
расщепления
за
генотипом
1АА:2Аа:1аа
Наддоминирование



взаимодействие аллельных генов, при которой
доминантный
аллель
в
гетерозиготном
состоянии проявляется в фенотипе сильнее, чем
в гомозитном (Аа >АА)
АА – летальный генотип
за фенотипом при наддоминировании будет
расщепление (2:1)
Наддоминирование
Пример:
Доминантный аутосомный ген
кодирует брахидактилию (короткие
фаланги пальцев). Гомозиготные
доминантные особи с генотипом AA
не выживают, они умирают на
ембриональной стадии онтогенеза в
результате множества пороков
развития.
P:♀ Aа (брахидактилия) x ♂ Aа (брахидактилия)
G: A, а
А, a
F1: АА (умирают); Аа; Aa (брахидактилия); аа (здоровые)
2:1
Кодоминирование



В фенотипе гетерозиготного
организма
проявляются
оба
аллеля одного и того же гена.
За типом кодоминирования у
человека наследуется четвертая
группа крови (генотип IАIВ).
У людей этой группы в
эритроцитах крови одновременно
имеются антиген А, который
контролируется аллелем IА и
антиген В – продукт экспрессии
аллеля IВ. Аллели IА и IВ –
кодоминантные.
Группы крови по системе АВО
Группы
крови
Генотипы
Антигены
эритроцитов
Антитела
плазмы крови
І(0)
ІОІО
-
α, β
П(А)
ІАІА, ІА ІО
А
β
III (В)
І В ІВ , ІВ ІО
В
α
IV (АВ)
ІАІВ
А, В
-
Взаимодействие неаллельных
генов:

Комплементарность

Эпистаз



доминиантный,
рецессивный
Полимерия


кумулятивная,
некумулятивная
Комплементарность


(лат. complementum – дополнения).
Комплементарными, или взаимодополняющими,
называются неаллельные гены, которые поодиночке
не проявляют своего действия, но при
одновременном наличии в генотипе в доминантном
состоянии определяют развитие нового признака.
Комплементарность


У душистого горошка окраска цветков
обусловлена двумя доминантными
неаллельными генами, из них один
ген (А) обеспечивает синтез красного
пигмента, другой (В) – равномерное
его распределение. Красные цветки
должны содержать оба аллеля: А, В.
При скрещивании растений с белыми
цветками (ААbb х ааВВ) все
растения в первом поколении F1
(АаВb) будут красными, а в F2
происходит
расщепления
за
фенотипом в соотношении 9:7, где
9/16 растений с красными цветками
и 7/16 – неокрашенные.
Комплементарность
Наследование цвета волос –
пример комплементарности
Эпистаз



один ген угнетает действие
другого, неаллельного, гена.
Первый ген
называется эпистатическим,
или супрессором
(ингибитором), другой,
неаллельний, ген –
гипостатическим.
Если эпистатический ген –
доминантный (А), эпистаз
называют доминантным (А>В).
Если
эпистатический
ген
рецессивный (а), эпистаз –
рецессивный (аа>В или аа
>вв).
Полимерия



один признак контролируют
несколько доминантных
неаллельных генов, которые
действуют на этот признак
одинаково, в равной степени,
усиливая его проявление в
доминантном состоянии.
Такие гены называют полимерными
(множественными, полигенами) и
обозначают одной буквой латинского
алфавита, но с разными цифровыми
индексами.
Например, доминантные полимерные гены
– А1, А2, А3 и т.д., рецессивные – а1,
а2, а3 и т.д. Соответственно обозначают
генотипы – А1А1А2А2А3А3,
а1а1а2а2а3а3.
Полимерия




По типу полимерии у человека наследуются рост, цвет кожи, умственные
способности, величина артериального давления.
Так, пигментация кожи у человека определяется 4-6 парами полимерных
генов.
В генотипе коренных жителей Африки имеющиеся преимущественно
доминантные аллели (Р1P1P2P2P3P3P4P4), у представителей европеоидной
рассы – рецессивные (p1p1p2p2p3p3p4p4).
От брака негроидного представителя и белой женщины рождаются дети с
промежуточным цветом кожи – мулаты (Р1р1P2р2P3р3P4р4). Если супруги –
мулаты, то возможное рождение детей с пигментацией кожи от максимально
светлой к максимально темной.
Плейотропия
зависимость нескольких
признаков от одного гена





Плейотроптя характерна для
генетичних заболеваний, при
которых одинаковый белок
присутствует в разных частях тела
Например: синдром Марфана,
аутосомно-доминантное заболевание
ген находится в 15 хромосоме
(15q21.1)
Характерны: дисплазия
соединительной ткани, что
образует хрусталик глаза, аорту,
кости конечностей, ребер
Признаки синдрома Марфана
включают нарушения зрения,
поражение сосудов, удлиненные
конечности, пальцы
(арахнодактилия), длинное лицо,
сколиоз.
Спасибо за внимание!