Наследование признаков, сцепленных с полом.

В 1902 г. Вальтер Сэттон и Теодор Бовери, анализируя поведение хромосом в процессе мейоза и независимый характер наследования генов, предположили, что гены располагаются в хромосомах. Первые доказательства этого предположения были получены американским ученым Томасом Хантом Морганом в 1910 году и его сотрудниками. Анализируя наследование белой окраски глаз у плодовой мухи дрозофилы Drosophila melanogaster, Томас Морган показал, что наследование этого признака происходит не в соответствии с менделевскими закономерностями, а обнаруживает отчетливую связь с полом. Если при обычном менделевском наследовании результаты реципрокного скрещивания совпадают, т.е. оба родителя в равной мере могут передать признак детям, то для признаков, сцепленных с полом, результаты наследования будут различными в зависимости от того, кто обладал данным вариантом признака - материнский или отцовский организм.

При изучении наследования белой окраски глаз у дрозофилы Морган провел 2 вида скрещиваний: I) красноглазой самки с белоглазым самцом 2) белоглазой самки с красноглазым самцом. Результаты первого скрещивания показали, что при скрещивании красноглазых самок с белоглазыми самцами все потомство первого поколения было единообразным по признаку красные глаза (что соответствовало гипотезе о доминантности), во втором поколении наблюдалось расщепление по фенотипу в отношении З:1 (3/4 особей имела красные глаза и 1/4 - белые). Анализ потомства второго поколения показал, что в отличие от менделевского наследования белую окраску глаз унаследовала только половина самцов, остальные самцы и все самки были красноглазыми.

При реципрокном скрещивании белоглазых самок с красноглазыми самцами вместо ожидаемого в первом поколении единообразия в соответствии с менделевскими закономерностями наблюдалось расщепление признака по фенотипу в отношении 1:1, причем самки имели красные глаза, а самцы- белые (признак наследовался перекрестно: от матери к сыновьям от отца к дочерям). Во втором поколении происходило расщепление по фенотипу 1:1 как среди самок, так и среди самцов.

Анализируя характер наследования данного признака, Морган пришел к выводу, что ген, отвечающий за окраску глаз у дрозофилы, локализован в одной из половых хромосом дрозофилы, в частности в X-хромосоме, а Y-хромосома такого локуса не имеет. Поскольку особи мужского и женского пола отличаются по содержанию половых хромосом в наборе, наследование признака у них осуществляется по-разному

 

Рис. Хромосомный набор самки и самца Drosophila melanogaster

 

Самка имеет одинаковые половые хромосомы в кариотипе (XX) и, следовательно, образует один тип гамет Х (она гомогаметна). Самец содержит разные половые хромосомы (ХУ) и образует различные по половым хромосомам гаметы (Х) и (Y) (он гетерогаметен) (рис.).

Для обозначения особей мужского пола принят значок ♂ (щит и копье) – символ железа и бог войны Марса, для особей женского пола - значок ♀ (зеркало с ручкой) – символом меди и богини Венеры

Доминантный аллель красной окраски глаз обозначают как w +, а рецессивный ген белой окраски – w.

 

P ♀X ^{w +}X ^{w +} х ♂Х ^w Y P ♀X ^w X ^w х ♂X ^{w +}Y

красные белые белые красные

глаза глаза глаза глаза

G G

 

 

F₁ ♀X ^{w +}X ^w ♂X ^{w +}Y F₁ ♀X ^{w +}X ^w ♂X ^w Y

красноглазые красноглазые белоглазые

1:1

P₂ ♀X ^{w +}X ^w х ♂X ^{w +}Y P₂ ♀X ^{w +}X ^w х ♂X ^w Y

красноглазые красноглазые красноглазые белоглазые

G G

 

F₂ ♀X ^{w +}X ^w+ ♀X ^{w +}X ^w F₂ ♀X^AX^a ♀X^AX

красноглазые красноглазые белоглазые 1:1

♂X ^{w +}Y ♂X ^w Y ♂X^aY^a ♂X^AY

красноглазые белоглазые красноглазые белоглазые 1:1

1: 1

Различные соотношения фенотипов в первом и втором поколениях обусловлены тем, что в первом случае родители – самки – красноглазые, а во втором скрещивании – белоглазые.

Гетерогаметные самцы (XY) свою единственную Х-хромосому получают от матери (от отца они наследуют Y-хромосому). Следовательно, если мать гомозиготна все сыновъя наследуют ее признак. Гомогаметные самки (XX) одну X-хромосому получают от матери, другую - от отца. Если отцовская хромосома несет доминантный аллелъ, то все они, как отец, будут иметь доминантный признак независимо от того, какой ген они получили от матери. Признак в этих случаях наследуется перекрестно: от матери к сыновьям, от отца к дочерям (крест – накрест или крисс-кросс наследование).

Признаки, определяемые генами, локализованными в половых хромосомах, называют сцепленными с полом.

Особенности локализации генов в половых хромосомах.

Анализ локализации генов в половых хромосомах показал, что X и Y-хромосомы отличаются друг от друга по генетическому составу и по большинству генов они не гомологичны друг другу (рис, 1). Лишь небольшие участки Y-хромосом, называемые псевдоаутосомными районами (ПАР) являются гомологичными участкам X- хромосомы и. В этих участках расположены аллельные гены и их наследование осуществляется в соответствии с менделевскими закономерностями наследования. Значительная часть генов более крупной X- хромосомы не имеет аллельных генов в Y-хромосоме, Негомологичные участки Y-хромосомы, называют нерекомбинирующими районами Y-хромосомы (НРY), в них содержится небольшая группа генов, отсутствующих в X-хромосоме. Гены, локализованные в негомологичных участках половых хромосом, наследуются сцеплено с полом: сцеплено с X- хромосомой или сцеплено с Y-хромосомой. Для генов, сцепленных только с Y- хромосомой характерно наследование только по мужской линии (от отца к сыновьям, затем к внукам и т.д.) - такое наследование называется голандрическим наследованием, а для генов, сцепленных с X-хромосомой, характер наследования зависит от того, является ли данный аллель доминантным или рецессивным. X-сцепленный доминантный аллель значительно чаще проявляется у особей женского пола, так как они гомогаметны (XX) и могут получить его с X-хромосомой отца и матери. X-сцепленный рецессивный аллель чаще проявляется у представителей гетерогаметного пола, так как Y-хромосома соответствующего локуса не имеет и рецессивный аллель X-хромосомы проявляется, будучи в единственном числе. Состояние генотипа, при котором вследствие негомологичности половых хромосом за развитие признака отвечает один аллелъ, называется гемизиготным. Следовательно, особи мужского пола гемизиготны по генам, локализованным в негомологичных участках X- и Y-хромосомы, и развитие соответствующих признаков зависит у них от того, какие аллели несут их X- и Y-хромосомы.

·Наследование признаков, сцепленных с полом, у человека.

Известно, что у человека сцепленно с X-хромосомой наследуются многие признаки (табл.)

Х-сцепленные признаки
Цветовая слепота, дейтанопия	Невосприятие зеленого цвета
Цветовая слепота, протанопия	Невосприятие красного цвета
Болезнь Фабри	Нехватка α-галактозидазы, поражение сердца и почек, ранняя смерть
Нехватка Г-6-ФДГ	Нехватка глюкозо-6 фосфатдегидрогеназы, приводит к тяжелой анемии в ответ на прием примахина в составе некоторых лекарств или на некоторые продукты, например, бобы
Гемофилия A	Классическая форма несвертываемости крови, связанная с нехваткой фактора свертываемости VIII
Гемофилия B	Болезнь Кристмаса, обусловлена нехваткой фактора свертываемости крови IX
Синдром Хантера	Болезнь накопления мукополисахаридов, вызванная нехваткой фермента идуронатсульфатазы, что приводит к низкорослости, клешнеобразной форме пальцев, грубым чертам лица, медленно прогрессирующему слабоумию и глухоте
Ихтиоз	Нехватка фермента стероидной сульфатазы приводит к сухости и шелушению кожи, особенно на конечностях
Синдром Леша-Нихена	Нехватка гипоксантин-гуанинфосфорибозил – 1-трансферазы (HGPRT) приводит к задержке умственного развития и моторики, и к ранней смерти
Мышечная дистрофия Дюшена	Нехватка белка дистрофина приводит к прогрессирующей дегенерации мышечной ткани и мышечной слабости, а также уменьшению срока жизни больных, иногда связана с умственной отсталостью

 

 

Признаки с X-рецессивным типом наследования у мужчин встречаются гораздо чаще, чем у женщин. Мужчины гемизиготны по данным локусам, поэтому при наличии аллеля дальтонизма или гемофилии в их единственной X-хромосоме, соответствующие заболевания проявляются. У женщин дальтонизм или гемофилия могут проявиться только в гомозиготном состоянии: при наличии рецессивных аллелей в обеих X-хромосомах. Сыновья наследуют эти признаки от матерей (100% сыновей, если мать гомозиготна, и 50% сыновей, если она гетерозиготна). Для проявления дальтонизма или гемофилии у дочерей необходимо наличие соответствующего признака у отца, в то время как мать может быть гомозиготной или гетерозиготной по данному признаку.