Взаємодія неалельних генів: механізм схрещування, вірогідність прояву ознак.

Неалельні гени – гени, що розміщені в різних локусах однієї хромосоми або в не гомологічних хромосомах.

Розрізняють такі види взаємодії неалельних генів: комплементарність, епістаз, полімерія.

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 запашного горошку колір віночка квітки зумовлений наявністю двох домінантних генів (А і В), за відсутності одного з них – квітки білі. Тому при схрещуванні рослин з генотипами ААbb і aaBB, які мають білі віночки, у першому поколінні рослини мають забарвлення, а у другому поколінні розщеплення відбувається у співвідношенні 9 забарвлених до 7 незабарвлених (3А_bb, 3 ааВ_, 1 ааbb). Таке розщеплення пояснюється тим, що синтез пігменту антоціану з речовини-попередника проходить через стадію проміжного з’єднання, і обидва біохімічних процеси обумовлюються ферментами, що кодуються неалельними генами А і В. Тільки гетерозигота А_В_ здатна синтезувати пігмент. Самі по собі гени А і В не мають самостійного зовнішнього прояву.

У мишей сірий колір також зумовлений двома домінантними генами: з них ген А необхідний для утворення пігменту, тому рецесивні гомозиготи (аа) не мають пігменту (альбіноси). Ген В зумовлює нерівномірний розподіл пігменту, а рецесивний його алель (b) кодує рівномірний розподіл пігменту по всьому волоссі, і рецесивні гомозиготи (bb) за присутності гена А мають чорний колір. Домінантний алель (В) кодує відкладення пігменту зонами, біля верхівки і основи волосини, і його носії за присутності гена А мають сірий колір. При схрещуванні дигетерозигот (АаВb) спостерігається розщеплення у співвідношенні 9:3:4. Два домінантні гени у генотипі А_В_ дають сірий колір (9 частин), носії домінантного гена А і рецесивного b – чорні (3А_bb), за відсутності гена А (3ааВ_ і ааbb) – білі.

Комплементарну взаємодію генів у людини можна проілюструвати на таких прикладах. Нормальний слух зумовлюється двома домінантними неалельними генами D і F, з яких один визначає розвиток завитка, а інший – слухового нерва. Домінантні гомозиготи і гетерозиготи за обома генами мають нормальний слух, рецесивні гомозиготи за одним з цих генів або за двома генами – глухі.

Мал. 2. Компленарність

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).

Якщо ген-супресор рецесивний, то виникає криптомерія (від грец. κρυπτός – таємний, прихований). У людини таким прикладом може бути “бомбейський феномен”. У цьому випадку рідкісний рецесивний алель “х” у гомозиготному стані (хх) пригнічує активність гена ІВ (який визначає В (ІІІ) групу крові системи АВ0). Тому жінка, яка отримала від матері алель ІВ фенотипово має І групу крові – 0(І).

Гени-інгібітори, в основному, не детермінують розвитку певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена. Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного.

При епістатичній взаємодії генів розщеплення за фенотипом у F2 складає 13:3; 12:3:1 або 9:3:4 та ін.

Мал. 3. Комплементарна взаємодія генів

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.

Епістаз – (від грецької "зупинка, перешкода") – така взаємодія неалельних генів, за якої один ген пригнічує дію іншого неалельного гена. Пригнічення можуть викликати як домінантні так і рецесивні гени, і залежно від цього розрізняють епістаз домінантний і рецесивний.

Ген, який виконує пригнічуючу функцію, називається супрессором або інгібітором.

Наприклад, у курей домінантний алель гена С зумовлює розвиток пігменту, але домінантний алель іншого гена І є його супресором, «пригнічувачем». Тому навіть ті кури, які мають домінантний алель гена кольору, за присутності супресора виявляються білими. Особини, які мають у генотипі гени І_С_ – білі, а з генотипом ііСС і ІІСс – пігментовані. Таким чином, білий колір курей може бути зумовлений як відсутністю домінантного алеля гена пігментації, так і наявністю домінантного алеля гена, який викликає явище епістазу гена пігментації. Отже, якщо схрестити двох білих птахів з генотипами ІІСС і іісс, всі особини першого покоління виявляться білими ІіСс, але у другому поколінні (F2) при спорідненому схрещуванні особин першого покоління відбудеться розщеплення за фенотипом у співвідношенні 13:3. 3/16 птахів будуть пігментовані (ііСС і ііСс), бо у них ген-супресор знаходиться в рецесивному стані і є домінантний ген пігментації.

У курей 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.

Мал. 4. Приклад епістатичної дії генів у курей

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.

Мал. 5. Епістатична дія генів

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.