Лекція № 3
Закономірності успадкування менделюючих ознак у людини. Взаємодія генів.
План
Генетика: предмет, етапи розвитку, основні терміни і поняття.
Моногібридне схрещування: закон одноманітності гібридів першого покоління, закон розщеплення. Закон „чистоти гамет”. Аналізуюче схрещування. Ди- і полігібридне схрещування: законнезалежного коибінування ознак.
Взаємодія алельних генів (повне домінування,неповне домінування, кодомінування) та неалельних генів (комплементарна взаємодія, епістаз, полімерія).
Успадкування груп крові людини за антигенними системами АВО. Резус-фактор.
Медична генетика вивчає закономірності успадкування і мінливості ознак співвідносно до патології.
Залежно від співвідношення спадковості і середовища, всі хвороби людини можна розділити на три групи:
1. хвороби, зумовлені генотипом, незалежно від чинників середовища, які діють на організм;
2. хвороби викликані комплексним впливом генетичних і середовищних чинників;
3. хвороби, поява яких повністю залежить від соціальних умов і фізичних факторів середовиша
Оновні завдання медичної генетики:
· захист людини від ураження спадкового матеріалу і розвитку спадкових хвороб;
· вивчення спадкових хвороб;
· використання генно-інженерних методів створення вакцин з метою запобігання інфекційних хвороб.
Головна мета медичної генетики полягає в розробці шляхів збереження і продовження життя людини, оздоровлення умов ії існування, виявлення екологічних чинників, які призводять до захворювання.
У генетиці людини застосовуються такі методи:
1. вивчення культур тканин;
2. статестичний збір матеріалу щодо поширення окремих ознак у різних популяціях;
3. вивчення родоводів окремих сімей і груп, родинно пов’язаних сімей.
4. порівняльне вивчення монозиготних і дизиготних близнюків.
Запровадження методів біохімічної генетики й імуногенетики сприяє розкриттю спадкових ознак людини і вирішенню генетичних завдань антропогенетиці.
Основні поняття генетики:
· Геномом називають сукупність спадкового матеріалу організму, який локалізований в гаплоїдному наборі хромосом.
· Генотипом називають сукупність спадкового матеріалу організму, який локалізований в диплоїдному наборі хромосом.
· Фенотип – сукупнсть всіх ознак (зовнішніх і внутрішніх) і властивостей організму, це результат реалізації генотипу за певних умов зовнішнього середовища.
· Алельні гени – це гени, що локалізуються в однакових локусах однієй пари гомологічних хромосом та визначають розвиток альтернативної ознаки.
· Гомозигота – організм, усі гамети якого за даною ознакою однакові.
· Гетерозигота – організм, у якого гамети за даною ознакою несуть альтернативні ознаки.
· Домінантна ознака – ознака, яка проявляється в гаметі в гомозиготному та гетерозиготному станах (АА, Аа).
· Рецесивна ознака – ознака, яка проявляється тільки в гомозиготному стані.
· Альтернативні ознаки – парні контрастні ознаки.
· Моногібридне схрещування – аналізування за однією парою альтернативних ознак.
· Дигібридне та полігібридне схрещування – схрещування, при якому спостереження ведеться за двома та більше парами альтернативних ознак.
Генетична символіка.
Р. (лат. parentes) – батьки
Г.- гамети
F.- (лат. filii)
Схрещування – знак множення (×)
Ο - чоловіча стать
Ο - жіноча стать
Моногібридне схрещування.
Перший закон Г. Менделя- закон одноманітності гібридів першого покоління.
У разі схрещування гомозиготних особин, які відрізняються за однією парою альтернативних проявів ознаки, все потомство у першому поколінні одноманітне як за фенотипом, так і за генотипом.
А- жовтий колір насіння Р. АА × аа
а- зелений колір насіння Г. А а
F1 Аа
Генотип: Аа
Фенотип: жовте насіння
Другий закон – закон розщеплення.
У разі схрещування двох гетерозиготних особин (гібридів), які аналізуються за однією парою альтернативних проявів ознаки, у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 3:1 і за генотипом 1:2:1.
Р. Аа × Аа
Г. А,а А,а
F¹ 1АА: 2Аа: 1аа
Фенотип: 3 (жовте насіння): 1 (зелене насіння)
Аналізуюче схрещування
Аналізуюче схрещування дає змогу встановити який генотип мали батьки.
Якщо у потомстві спостерігається розщеплення за генотипом та фенотипом, батьки – гетерозиготні. Якщо всі нащадки мають однакові фенотипи і генотипи, батьки – гомозиготні.
1. Р. АА × аа 2. Р. Аа × аа
Г. А а Г. А,а а
F1 Аа F1 Аа, аа
Третій закон – закон незалежного успадкування і комбінування ознак.
У разі схрещування гомозиготних особин, які розняться двома (або більше) альтернативними ознаками, у другому поколінні (F2) спостерігається незалежне успадкування і комбінування ознак, якщо гени, які їх визначають, розташовані у різних парах гомологічних хромосом.
А – жовте насіння В – гладеньке насіння
а – зелене насіння в – зморшкувате насіння
| АВ | Ав | аВ | ав | |
| АВ | ААВВ | ААВв | АаВВ | АаВв |
| Ав | ААВв | ААвв | АаВв | Аавв |
| аВ | АаВВ | АаВв | ааВВ | ааВв |
| ав | АаВв | Аавв | ааВв | аавв |
Ці генотипи мають таке співвідношення:
1 ААВВ: 2 ААВв: 2АаВВ: 4 АаВв: 1Аавв: 2 Аавв: 1 ааВв: 2 ааВв: 1 аавв
Менделюючі ознаки людини – це ознаки, які підпорядковуються або успадковуються за законамірностями, встановленими Г. Менделем. Моногенні – це такі спадкові захворювання, які визначаються одним геном, - моногенно, тобто коли прояв захворювання визначається взаємодією алельних генів, один з яких домінує над іншим.
Взаємодія генів.
До складу генотипу входить велика кількість генів, які функціонують і взаємодіють як цілісна система. Г. Мендель у своїх дослідах виявив тільки одну
форму взаємодії між алельними генами – повне домінування одного алеля і полну рецесивність іншого. Генотип організму не можна розглядати як просту суму незалежних генів, кожен з них функціонує поза зв’язком з іншими. Фенотипні прояви тієй або іншої ознаки є результатом взаємодії багатьох генів.
Розризняють дві основні групи взаємодії генів: взаємодія між алельними генами і взаємодія між неалельними генами. Проте слід розуміти, що це не фізична взаємодія самих генів, а взаємодія між білками – ферментами, або між речовинами, яки утворюються під впливом цих ферментів.
Таблиця. Форми взаємодії генів.
| Алельни гени | Неалельні гени |
| Повне домінування Неповне домінування Наддомінування Кодомінування | Комплементарна дія Епістаз Полімерія |
Взаємодія алельних генів.
Повне домінування. Суть його полягає в тому, що в гетерозиготному організмі прояв одного з алелів домінує над проявом іншого. Так, у дослідах Г. Менделя вибрана ознака (жовтий та зелений кольор насіння), яка характеризується повним домінуванням жовтого кольору.
Неповне домінування. Така форма взаємодії коли у гетерозиготному організму (Аа) домінантний ген (А) не повностю пригнічує рецесивний ген (а), внаслідок чого появляється проміжна між батьківським ознака.
Наддомінування – коли домінантний ген у гетерозиготному стані виявляється сильніше, ніж у гомозиготному. Так, у дрозофіли при генотипі АА - нормальна тривалість життя; Аа - подовжена тривалість життя; аа – летальний наслідок.
Кодомінування - коли в гетерозиготних організмів кожний з алельних генів викликає формування залежного від нього продукту, тобто виявляються продукти обох алелів. Тае, ген ЈА визначає утворення в еритроцитах антигену А, тоді як ген ЈВ зумовлює утворення антигену В. Люди гетерозиготні за цими генами ЈА і ЈВ, містять в ерітроцитах як антиген А, так і антиген В.
Взаємодія неалельних генів.
Комплементарність – такий тип взаємодії неалельних генів, коли один домінантний ген доповнює дію другого неалельного домінантного гена, і вони разом визначають нову ознаку, яка відсутня у батьків. Причому відповідна ознака розвивається тільки в присутності обох неалельних генів.
Епістаз – це така взаємодія неалельних генів, за якої один ген пригнічує дію іншого неалельного гена. Пригнічення можуть викликать як домінантні, так і рецесивні гени (А>В), а>В, В>А, в>А), і залежно від цього розрізняють епістаз домінантний і рецесивний. Пригнічуючий ген отримав назву інгібітора, або супресора. Гени – інгібітори в основному не детермінують розвиток певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена. Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного. У людини таким прикладом может бути „бомбейський феномен”. У цьому випадку рідкісний рецесивний алель „х” у гомозиготному стані (хх) пригничує активність гена ІВ (який визначає В (ІІІ) групу крові системи АВ0). Тому жінка з генотипом ІВ – хх, фенотипово має І групу крові – 0 (І).
Полімерія. Більшність кількісних ознак організмів визначається деколькома генами (полігенами). Взаємодія таків генів у процесі формування ознаки називається полімерною.
У цьому випадку два або більше домінантних алелій однаковою мірою впливають на розвиток однієї і тієї ознаки.
Біологічне значення полімерії в тому, що ознаки, які кодуються цими генами, більш стабільні, ніж ті, що кодуються одним геном.
У тварин і рослин є богато полігенних ознак: інтенсивність росту, скороспелість, несучність, кількість молока.
Пігментація шкіри у людини визначається п’ятьма полімерними генами.
Плейотропія. Плейотропна дія генів – це залежність кількох ознак від одного гена, тобто множинна дія одного гена. У людини спадкова хвороба – арахнодактилія („павучі пальці”). Ген який відповідає за цю хворобу, викликає порушення сполучної тканини й одночасно впливає на розвиток кількох ознак: порушення будови кришталика ока, аномалії у серцево-судинній системи.
Показниками залежності функціонування спадкових задатків від характеристик генотипу є пенетрантність і експресивність.
Пенетрантність – це кількісний показник фенотипового прояву гена. Пенетрантність змінюється в широких межах. Вона виражається відношенням відсотка особин, у яких даний ген проявлюється у фенотипі, до загальної кількості особин, які мають цей ген у генотипі.
Якщо пенетрантність дорівнює 100%, то це означає, що у всіх особин, які мають цей ген, він проявиться у вигляді нормальної чи патологічної ознаки.
Експресивність – це зміна кількосного прояву ознаки у різних особин – носіїв відповідального алеля.
При домінантних спадкових захворюваннях експресивність може коливаться. В одній і тій самій родині можуть проявлятися спадкові хвороби за перебігом від легких, ледь помітних до тяжких: різні форми гіпертонії, шизофренії, цукрового діабету тощо.
Рецесивні спадкові захворювання в межах сем’ї проявляються однотипно і мають незначні коливання експресивності.
