Жаропонижающие средства для детей назначаются педиатром. Но бывают ситуации неотложной помощи при лихорадке, когда ребенку нужно дать лекарство немедленно. Тогда родители берут на себя ответственность и применяют жаропонижающие препараты. Что разрешено давать детям грудного возраста? Чем можно сбить температуру у детей постарше? Какие лекарства самые безопасные?
Феноти п - видовые и индивидуальные морфологические, физиологические и биохимические свойства. В процессе развития организм закономерно меняет свои характеристики, оставаясь тем не менее целостной системой. Поэтому под фенотипом надо понимать совокупность свойств на всем протяжении индивидуального развития, на каждом этапе которого существуют свои особенности.
Ведущая роль в формировании фенотипа принадлежит наследственной информации, заключенной в генотипе организма. При этом простые признаки развиваются как результат определенного типа взаимодействия соответствующих аллельных генов (см. разд. 3.6.5.2). Вместе с тем существенное влияние на их формирование оказывает вся система генотипа (см. разд. 3.6.6). Формирование сложных признаков осуществляется в результате разнообразных взаимодействий неаллельных генов непосредственно в генотипе либо контролируемых ими продуктов. Стартовая программа индивидуального развития зиготы содержит также так называемую пространственную информацию, определяющую передне-задние и спинно-брюшные (дорзовентральные) координаты для развития структур. Наряду с этим результат реализации наследственной программы, заключенной в генотипе особи, в значительной мере зависит от условий, в которых осуществляется этот процесс. Факторы внешней по отношению к генотипу среды могут способствовать или препятствовать фенотипическому проявлению генетической информации, усиливать или ослаблять степень такого проявления.
Большинство признаков и свойств организма, по которым он отличается от других представителей вида, являются результатом действия не одной пары аллельных генов, а нескольких неаллельных генов или их продуктов. Поэтому эти признаки называют сложными. Сложный признак может быть обусловлен совместным однозначным действием нескольких генов или являться конечным результатом цепи биохимических преобразований, в которых принимают участие продукты многих генов.
Экспрессивность характеризует степень выраженности признака и, с одной стороны, зависит от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследовании, а с другой - от факторов среды. Примером служит интенсивность красной окраски цветков ночной красави или интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающаяся при возрастании числа доминантных аллелей в системе полигенов от 0 до 8. Влияние средовых факторов на экспрессивность признака демонстрируется усилением степени пигментации кожи у человека при ультрафиолетовом облучении, когда появляется загар, или увеличением густоты шерсти у некоторых животных в зависимости от изменения температурного режима в разные сезоны года.
Пенетрантность отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у которых доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля. Неполная пенетрантность доминантного аллеля гена может быть обусловлена системой генотипа, в которой функционирует данный аллель и которая является своеобразной средой для него. Взаимодействие неаллельных генов в процессе формирования признака может привести при определенном сочетании их аллелей к не проявлению доминантного аллеля одного из них.
Фенотипическая изменчивость — очень важный процесс, который обеспечивает способность организма к выживанию. Именно благодаря ей он способен адаптироваться к условиям внешней среды.
Впервые модификационная изменчивость организмов была отмечена еще в исследованиях Чарльза Дарвина. Ученый считал, что именно так происходит в дикой природе.
Фенотипическая изменчивость и ее основные характеристики
Ни для кого не секрет, что в процессе эволюции постоянно изменялись, приспособляясь к выживанию в условиях внешней среды. Возникновение новых видов обеспечивалось несколькими факторами — изменением структуры наследственного материала (генотипическая изменчивость), а также появлением новых свойств, которые делали организм жизнеспособным при изменении условий внешней среды.
Фенотипическая изменчивость имеет ряд особенностей:
- Во-первых, при такой форме затрагивается лишь фенотип — комплекс внешних характеристик и свойств живого организма. Генетический материал при этом не изменяется. Например, две популяции животных, которые обитают в разных условиях, имеют некоторые внешние различия, несмотря на идентичный генотип.
- С другой стороны, фенотипическая изменчивость носит групповой характер. Изменения в строении и свойствах возникают у всех организмов данной популяции. Для сравнения стоит сказать, что перемены генотипа одиночны и спонтанны.
- обратима. Если убрать те специфические факторы, которые вызвали реакцию со стороны организма, то со временем отличительные признаки исчезнут.
- Фенотипические изменения не передаются по наследству, в отличие от генетических модификаций.
Фенотипическая изменчивость и норма реакции
Как уже упоминалось, смены фенотипа не являются результатом каких-либо генетических модификаций. В первую очередь это реакция генотипа на воздействие В этом случае изменяется не сам набор генов, но интенсивность их проявления.
Конечно же, такие изменения имеют собственные пределы, которые и называются нормой реакции. Норма реакции - это спектр всех возможных изменений, из которых отбираются только те варианты, которые будут подходящими для обитания в определенных условиях. Этот показатель зависит исключительно от генотипа и имеет собственные верхние и нижние границы.
Фенотипическая изменчивость и ее классификация
Конечно же, типология изменчивости носит весьма относительный характер, так как все процессы и этапы развития организма до конца еще не изучены. Тем не менее, модификации принято разделять на группы, в зависимости от некоторых характеристик.
Если брать во внимание измененные признаки организма, то их можно разделить на:
- Морфологические (изменяется внешний вид организма, например, густота и цвет шерсти).
- Физиологические (наблюдаются изменения в метаболизме и физиологических свойствах организма; например, у человека, поднявшегося в горы, резко увеличивается количество эритроцитов).
По длительности выделяют модификации:
- Ненаследуемые — изменения присутствуют лишь у той особи или популяции, которые подверглись непосредственному влиянию внешней среды.
- Длительные модификации — о них говорят тогда, когда приобретенная адаптация передается отпрыскам и сохраняется еще в течение 1-3 поколений.
Существуют также и некоторые формы фенотипической изменчивости, которые не всегда имеют одинаковой значение:
- Модификации — это изменения, которые приносят организму пользу, обеспечивают адаптацию и нормальную жизнедеятельность в условиях окружающей среды.
- Морфозы — это те изменения фенотипа, которые происходят под влиянием агрессивных, экстремальных факторов внешней среды. Здесь изменчивость выходит далеко за пределы и может привести даже к гибели организма.
- Фенотип как результат реализации генотипа в определенной среде.
- Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках.
- Взаимодействие неаллельных генов.
Геном – совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом данного вида. При оплодотворении геномы родителей объединяются и образуют клеточный генотип зиготы.
Генотип – совокупность всех генов организма (генетическая конституция). Из генотипа зиготы в процессе онтогенеза возникает много сотен различных клеточных фенотипов. Отдельные клеточные фенотипы формируют фенотип всего организма. Весь процесс жизни от образования зиготы до естественной смерти контролируется генами. Генотип постоянно испытывает воздействие внешней среды, он взаимодействует со средой, что приводит к формированию всех признаков и свойств организма.
Фенотип – все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. (Иогансен – 1803год) свойства любого организма зависят от генотипа и от среды, поэтому формирование организма – результат взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.
Долгое время считалось, что в зиготе находятся разные хромосомы для разных клеток, однако теперь известно, что в зиготе имеется та же генетическая информация, что и во всех клетках данного организма. В специализированных клетках работают гены, характерные для функций данных клеток, а все остальные – до 95% - заблокированы. Каждая эмбриональная клетка потенциально может стать любой клеткой организма, т.е. специализироваться в любую сторону – полипотентные клетки. Каждая клетка организма способна дифференцироваться только по одному пути. Направление специализации определяется внешней средой (химическим окружением хромосом – цитоплазмой). На самых ранних этапах эмбриогенеза, генотип уже взаимодействует со средой. Взаимодействие удобно просматривать на примере глобиновых генов. До и после рождения эти гены работают неодинаково. В раннем эмбриогенезе включается ген, отвечающий за альфа-цепь гемоглобина (он активен на протяжении всей жизни), а ген, отвечающий за синтез бета-цепи, неактивен. Зато есть ген, отвечающий за синтез гамма-цепи. После рождения ген бета-цепи начинает работать, а гамма - блокируется. Эти изменения связаны с особенностями дыхания. Фетальный гемоглобин легко доносит воздух до зародыша.
Фенотипическое проявление генотипа в зависимости Ио среды изменяется в пределах нормы реакции. От родителей потомки получают специфические типы химических реакций на разные условия среды. Совокупность всех химических реакций определят метаболизм – обмен веществ. Интенсивность обмена веществ варьирует в широких пределах. У каждого человека свои особенности обмена веществ, которые передается от поколения к поколению, и подчиняются законам Менделя. Различия в обмене веществ реализуются в конкретных условиях среды на уровне синтеза белка.
Дифференцированная реакция растений примулы в разных условиях окружающей среды. При обычной температуре 20-25 градусов и нормальном давлении – красные цветы, при повышенной температуре или давлении – белые цветы. Семена обладают теми же свойствами.
Муха – дрозофила имеет ген, формирующий замыкание крыльев на спину. Если мух с мутантным генов выводить при температуре22-25 градусов, крылья загнуты. При более низкой температуре – нормальные крылья и лишь у некоторых – загнуты. Ген обуславливает синтез термочувствительного белка. Поэтому, обсыхая после выхода из куколки, при повышенной температуре происходит деформация крыльев.
Никакие признаки не наследуются . Признаки развиваются на основе взаимодействия генотипа и среды. Наследуется только генотип, т.е. комплекс генов, который определяет норму биологической реакции организма, изменяющую проявление и выраженность признаков в разных условиях среды. Таким образом, организм реагирует на свойства внешней среды. Иногда один и тот же ген в зависимости от генотипа и от условий внешней среды по-разному проявляет признак или меняет полноту выраженности.
Степень проявления фенотипа – экспрессивност ь. Образно ее можно сравнить со степенью тяжести болезни в клинической практике. Экспрессивность подчиняется законам распределения Гаусса (некоторые в малом или среднем количестве). В основе изменчивости экспрессивности лежат и генетические факторы, и факторы внешней среды. Экспрессивность – очень важный показатель фенотипического проявления гена. Количественно ее степень определяют, используя статистический показатель.
Генетический признак может даже не проявляться в некоторых случаях. Если ген есть в генотипе, но он вовсе не проявляется – он пенетрирован. (русский ученый Тимофеев-Рисовский 1927 год). Пенетрантность – количество особей (%), проявляющих в фенотипе данный ген, по отношению к количеству особей, у которых этот признак мог бы проявиться. Пенетрантность свойственна проявлению многих генов. Важен принцип – «все или ничего» - либо проявляется, любо нет.
Наследственный панкреатит – 80%
Вывих бедра – 25%
Пороки развития глаз
Ретинобластома – 80%
Отосклероз – 40%
Колотокома – 10%
Хорея Гентингтона проявляется в непроизвольном подергивании головы. Конечностей, постепенно прогрессирует и приводит к смерти. Может проявиться в раннем постэмбриональном периоде, в зрелом возрасте или не проявиться вообще. И экспрессивность, и пенетрантность поддерживаются естественным отбором, т.е. гены, контролирующие патологические признаки могут иметь разную экспрессивность и пенетрантность: заболевают не все носители гена, а у заболевших степень проявления будет различна. Проявление или неполное проявление признака, а так же его отсутствие зависит от среды и от модифицирующего действия других генов.
1919 год Бриджес ввел термин ген-модификатор . Теоретически любой ген может взаимодействовать с другими генами, а значит, и проявлять модифицирующее действие, но некоторые гены – модификаторы в большей степени. Они часто не имеют собственного признака, но способны усиливать или ослаблять проявление признака, контролируемого другим геном. В формировании признака кроме основных генов проявляют свое действие и модифицирующие гены.
Брахидактилия – может быть резкая или незначительная. Помимо основного гена, есть еще модификатор, который усиливает эффект.
Окраска млекопитающих – белая, черная + модификаторы.
Ген может действовать плейотропно (множественно), т.е. опосредовано влиять на течение разных реакций и развитие многих признаков. Гены могут оказывать влияние на другие признаки на разных стадиях онтогенеза. Если ген включается в позднем онтогенезе, то оказывается незначительное действие. Если на ранних стадиях – изменения более значительны.
Фенилкетанурия. У больных есть мутация, которая выключает фермент – фенилаланин – гидролазу. Поэтому фенилаланин не превращается в тирозин. В результате в крови количество фенилаланина повышается. Если выявить эту патологию рано (до 1 месяца) и перевести ребенка на другое питание, развитие идет нормально, если позднее – понижен размер головного мозга, умственная отсталость, не развиваются нормально, отсутствует пигментация, умственные способности минимальны.
Плейотропность отражает интеграцию генов и признаков.
У человека есть патологический ген, приводящий к синдрому Фанкони (порок развития или отсутствие большого пальца, порок или отсутствие лучевой кости, недоразвитие почки, коричневые пигментные пятна, нехватка кровяных телец).
Есть ген, связанный с Х-хромосомой. Невосприимчивость к инфекциям и нехватка кровяных телец.
Доминантный ген, сцепленный с Х-хромосомой – пилонефрит, лабиринтная тугоухость.
Синдром Марфани – паучьи пальцы, вывих хрусталика глаза, пороки развития сердца.
Полимерия . Если гены располагаются, каждый в своем отдельном локусе, но их взаимодействие проявляется в одном и том же направлении – это полигены. Один ген проявляет признак незначительно. Полигены дополняют друг друга и оказывают мощное действие – возникает полигенная система – т.е. система является результатом действия одинаково направленных генов. Гены подвергаются значительному влиянию главных генов, которых более 50. полигенных систем известно множество.
При сахарном диабете наблюдается умственная отсталость.
Рост, уровень интеллекта - определяются полигенными системами
Комплементарность – явление, при котором 2 неаллельных гена. Находясь в генотипе, одновременно приводят к формированию нового признака. Если присутствует один из пары – проявляется он.
Примером служат группы крови у человека.
Комплементарность может быть доминантная и рецессивная.
Для того чтобы человек имел нормальный слух, необходимо чтобы работали, согласовано многие гены, и доминантные и рецессивные. Если, хотя бы по одному гену он будет гомозиготен по рецессиву – слух будет ослаблен.
Эпистаз – такое взаимодействие генов, когда ген одной аллельной пары маскируется действием другой аллельной пары. Это обусловлено тем, что ферменты катализируют разные процессы клетки, Когда на одном метаболическом пути действуют несколько генов. Действие их должно быть согласовано во времени.
Механизм: если В выключится, он замаскирует действие С
В – эпистатический ген
С – гипостатический ген
Макьюсик :
Соотношение между генотипом и фенотипом такое, как между характером человека и его репутацией: генотип (и характер) – внутренняя суть индивидуума, фенотип (и репутация) – это то, каким он выглядит или представляется окружающим».
Б) ДНК неравномерно распределяется между дочерними ядрами.
В) репликация ДНК не всегда происходит. Г) закономерно идут процессы редупликации ДНК
Д) образуются дочерние клетки с одинаковыми наследственными признаками
Е) не обеспечивают равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.
7. Установите последовательность этапов митотического цикла, начиная с митоза:
А) Удвоение ДНК Б) Удвоение хромосом
В) Происходит накопление питательных веществ, энергии, синтез АТФ
Г) образование и восстановление необходимого числа органоидов
Д) образование материнской звезды, неполное обособление сестринских хроматид друг от друга Е) конденсация хроматина, и образование хромосом
Ж) деконденсация хромосом, формирование ядерной оболочки, цитотомия
8. Установите последовательность соотношения хромосом и ДНК в митозе:
А) 2п2с Б) 4п4с В) 2п4с
9. Установите последовательность уровней структурной организации хромосом, начиная с наименьшей:
А) конденсированный участок хромосомы
Б) серии петельных доменов
В) двойная спираль ДНК
Г) метафазная хроматида (хромосома)
Д) нуклеосомная нить
Ж) хроматиновая фибрилла
10. Установите соответствие между правилом хромосом и его характеристикой:
11.Установите соответствие между тканями и их характеристикой:
12. Установите соответствие между типом клеток и их митотической активностью
Эталоны ответов:
Часть 1
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
|
| 0 | б | г | г | б | в | а | в | в | в |
|
| 1 | а | в | в | а | б | в | а | б | а | г |
| 2 | б | в | б | а | г | в | б | б | в | в |
| 3 | а | б | г | б | а | в | в | б | а | в |
| 4 | а | в | а | а | г | б | б | в | в | б |
| 5 | а | б | г | в | г | б | г | г | а | д |
| 6 | г | г | б | г | в | в | а | а | а |
Часть 2
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
|
| 0 | АБГ | БГД | АБД | АГД | БГД | БВЕ | ЕДБЖГАВ | ВБА | ВДБАЖГ |
|
| 1 | БАГВ | ВБА | АБВБВ |
Дата _________________
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Тема: Аллельные гены, их взаимодействие. Множественные аллели.
Цель занятия:
установить характер и тип наследования признаков у человека, их моно – или полигенность, влияния факторов среды на их проявление.
знать наследование наследственных заболеваний у человека
изучить основные генетические понятия и закономерности наследования признаков при моногибридном скрещивании;
решать задачи на разные типы взаимодействия аллельных генов
Генетика - раздел общей биологии, предметом изучения которого являются фундаментальные свойства живого – наследственность и изменчивость. Основоположником генетики является
Г.Мендель, который сформулировал основные закономерности наследования. Функциональной единицей наследственного материала является ген. Большинство признаков контролируется совместным действием многих генов. Система взаимодействующих генов образует генотип особи, реализация которого зависит от конкретных условий окружающей среды. Различают взаимодействие аллельных и неаллельных генов. Аллельные гены - это гены, которые занимают одинаковые локусы (место) в гомологичных хромосомах.
Тесты контроля итогового уровня знаний (ответить на вопросы, предложенные преподавателем).
ВАРИАНТ №
1 _______ 6 _______
2 _______ 7 _______
3 _______ 8 _______
4 _______ 9 ________
5 _______ 10_______ Количество баллов: _______
Вопросы для самоподготовки:
1. Аллельные гены, виды взаимодействия аллельных генов. Гибридологический анализ взаимодействия аллельных генов.
2. Формирование признаков и фенотипический эффект в 1 и 2 поколениях в случаях: доминирования, неполного доминирования, сверхдоминирования, рецессивного наследования. Приведите примеры наследования признаков у человека.
3. Множественный аллелизм. Наследование групп крови по системе АВО.
4. Явление кодоминирования. Наследование IV группы крови по системе АВО и группы крови L M L N по аллелям М и N.
5. Аллельные исключения.
6. Межаллельная комплементация. Формирование нового признака у гетерозигот. Фенотипический эффект.
7. Особенности плейотропного действия, привести примеры наследования плеотропных признаков у человека.
8. Пенетрантность и экспрессивность в проявлении признаков.
Литература:
Биология под ред. проф. В.Н.Ярыгина, Москва «Высшая школа», 1984г стр.66-83, 87-99, 103.
Биология под ред. проф. В.Н.Ярыгина, Москва «Высшая школа»,1987г. стр.184-188.
Биология под ред. проф. В.Н.Ярыгина, Москва «Высшая школа», 1997г. стр.90, 163-171, 222, 223, 240, 241, 246-253, 367, том№1
Биология, А.А. Слюсарев, С.В.Жукова, Киев,1987г стр.75-79.
Аллель _________________________________________________________________________
Аллельное исключение _________________________________________________________
Аллельные гены _______________________________________________________________
Альтернативные (контрастные) признаки__________________________________________
Ген __________________________________________________________________________
Геном________________________________________________________________________
Генотип _____________________________________________________________________
Гетерозиготы__________________________________________________________________
Гибриды_____________________________________________________________________
Гипотеза чистоты гамет ________________________________________________________
Гомозиготы___________________________________________________________________
Закон доминирования _________________________________________________________
Закон расщепления ____________________________________________________________
Кодоминантные аллели_________________________________________________________
Кодоминирование _____________________________________________________________
Локус ________________________________________________________________________
Межаллельная комплементация __________________________________________________
Множественный аллелизм ______________________________________________________
Наследование _________________________________________________________________
Наследственность______________________________________________________________
Неполное доминирование _______________________________________________________
Пенетрантность _______________________________________________________________
Плейотропия__________________________________________________________________
Полное доминирование _________________________________________________________
Сверхдоминирование __________________________________________________________
Фенотип _____________________________________________________________________
Чистые линии_________________________________________________________________
Экспрессивность _____________________________________________________________
Ход работы:
Решение задач на разные типы взаимодействия аллельных генов.
Задание №1. Полное доминирование.
Полное доминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором фенотипическое проявление доминантного гена не зависит от другого аллельного гена. Полное доминирование наблюдается в том случае, когда доминантный аллель полностью подавляет рецессивный.
Поэтому гомозиготы АА и гетерозиготы Аа имеют одинаковый доминантный признак в фенотипе. В данном случае развитие признака не зависит от количества т.е. дозы доминантных генов в зиготе, достаточного одного доминантного гена из пары аллелей А_ в генотипе для реализации доминантного признака. При полном доминировании в F 1 все особи единообразны с доминантным признаком. В F 2 в моногибридном скрещивании при явлении полного доминирования происходит расщепление по фенотипу в отношении 3:1 на два фенотипических класса.
У человека по типу полного доминирования наследуются признаки: праворукость, полидактилия, синдактилия, брахидактилия, положительный резус-фактор , рахит.
Пример : шестипалость (полидактилия) наследуется как аутосомный доминантный признак. Какова вероятность проявления этого признака у детей от отца гетерозиготного по данному гену и матери не имеющей этой аномалии
Ответ : вероятность проявления полидактилии у детей равна 50%.
Решение:
Р: ♂ Аа х ♀ аа
F 1: Аа, аа
1. Миоплегия
(периодические параличи) наследуется доминантно. В семье, где жена здорова, а муж болен миоплегией, родился здоровый ребенок. Какова вероятность рождения следующего здорового ребенка.
2. Аниридия
(отсутствие радужки) наследуется как аутосомный доминантрый признак. Какова вероятность рождения здоровых детей в семье, где один из родителей страдает аниридией, а другой нормален, если известно, что у больного родителя эту аномалию имел только отец.
3. Альбинизм
наследуется у человека как аутосомный рецессивный признак. В семье, где один из супругов альбинос, а другой нормален, родились двуяйцовые близнецы, один из которых нормален, а другой альбинос. Какова вероятность рождения следующего ребенка – альбиноса.
4. Ахондроплазия (карликовость) передается как доминантный аутосомный признак. В семье, где оба супруга страдают ахондроплазией, родился нормальный ребенок. Какова вероятность того, что следующий ребенок тоже будет нормальным.
Задание №2. Явление доминирования не исключает все случаи взаимодействия аллельных генов. Существуют взаимодействия по типу: неполного доминирования, кодоминирования, сверхдоминирования, аллельные исключения.
Неполное доминирование.
Неполное доминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором у гетерозигот – Аа признак проявляется в промежуточном значении. Развитие признака зависит от дозы соответствующего аллеля (действие гена дозировано). Доминантный аллель (А ) присутствует в организме гетерозигот (Аа ) в одном экземпляре, он обеспечивает развитие соответствующего признака до известного количественного предела. Увеличение «доз» доминантного аллеля – (А ) в гомозиготном состоянии (АА ) даёт нарастание количества фенотипического проявления признака. Гомозиготы - АА имеют доминантный признак. В F 1 все особи гетерозиготы « Аа» единообразны по фенотипу, имеют в фенотипе промежуточный признак. При неполном доминировании во втором поколении моногибридного скрещивания наблюдается одинаковое расщепление по генотипу и фенотипу в соотношении 1:2:1 на три генетических и фенотипических класса (АА:2Аа:аа).
Могут существовать и другие механизмы неполного доминирования.
Рассмотрим это на примере серповидно-клеточной анемии
. Это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Причиной заболевания служит патологический ген «а», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация , происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина. Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок приобретает серповидную форму. Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии. Гомозиготные особи (аа) умирают обычно до полового созревания, гетерозиготные (Аа) жизнеспособны, анемия у них чаше всего проявляется субклинически в лёгкой форме, АА - здоровы.
Гибридологический анализ:
| ген | генотип | признак |
| А | Аллель,определяющий развитие нормального гемоглобина HbA |
|
| а | Аллель определяющий развитие аномального белка HbS |
|
| АА | Здоровы, форма гемоглобина HbA, эритроциты нормальной формы |
|
| Аа | Лёгкая форма анемии, имеются две формы гемоглобина HbA / HbS |
|
| аа | Больные тяжёлой формой серповидноклеточной анемии, форма гемоглобина HbS, эритроциты деформированы в форме серпа |
Гетерозиготные (Аа) носители гена гемоглобина S (HbA / HbS) на уровне моря имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование гена А над а). Но, на больших высотах (более 2,5-3 тыс. м), в холодное время года, при повышенной нагрузке, а также при полетах на самолете, в условиях гипоксии снижение кислорода у них появляются боли в суставах, сердце, брюшной полости, в области селезенки. У гетерозигот в изменяющихся условиях понижается концентрация нормального гемоглобина - HbA (но все же его содержание намного выше, чем у больных серповидноклеточной анемией - аа). Появляются аномальные эритроциты серповидной формы, наблюдается клиническое проявление анемии.
Этот пример показывает, что доминантность или неполное доминирование может зависеть не только от дозы доминантного гена в зиготе, но и от условий, в которых происходит реализация наследственного признака.
Пример : Определить вероятность рождения детей с разными фенотипами у гетерозиготных родителей, носителей гена серповидноклеточной анемии.
Решение: Р: ♂ Аа х ♀ Аа
G : А, а А, а
Ответ:
вероятность рождения абсолютно здоровых детей – 25%, проявления заболевании в экстремальных условиях у взрослого потомства – 50%, летальная форма у 25% детей.
Решите задачи, используя пример.
3. Одна из форм цистинурии
наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гетерозигот наблюдается лишь повышение содержания цистеина в моче, а у гомозигот – образование цистиновых камней в почках. Определите возможные проявления цистинурии у детей в семье, где один супруг страдал этим заболеванием, а другой лишь повышенное содержание цистина в моче.
4. Семейная гиперхолестеринемия
наследуется доминантно через аутосомы. У гетерозигот – высокое содержание холестерина в крови. У гомозигот, кроме того, развиваются доброкачественные опухоли кожи и сухожилий, атеросклероз. Определите возможную степень заболевания у детей в семье, где оба родителя имеют только высокое содержание холестерина в крови.
Задание 3.
Множественный аллелизм. Кодоминирование.
Множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно более двух аллелей одного гена. Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей. Но некоторые гены существуют в виде большего числа аллелей. Тогда в популяции имеется не два аллельных гена, а больше три, четыре до нескольких десятков. Такое явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются множественные аллели одной буквой с указанием номера: А, а 1 , а 2 , а 3 , а 4. Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинаций попарно. Они дают намного больше генотипов (Аа 1 , Аа 2 , Аа 3 , а 1 а 2 , а 1 а 3 , а 2 а 3 , а 3 а 3), чем двухаллельные гены, дающие только три генотипа (АА, Аа, аа). У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии множественных аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множественных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: НbA, HbS, HbC.
Кодоминирование – взаимодействие аллельных генов, при котором разные аллели одного гена в генотипе особи не подавляют друг друга (отсутствуют типичные доминантно-рецессивные отношения), оба аллеля в равной степени проявляют своё действие при одновременном их присутствии в генотипе. Каждый из аллелей кодирует определённый белок. У кодоминантного организма синтезируются оба белка, и в результате в фенотипе формируется новый признак , отличный (непохожий) на признаки контролируемых в отдельности каждым из аллельных генов самостоятельно.
Так у человека кодоминантно наследуется четвёртая группа крови группа крови по системе АВО в результате кодоминирования генов I A и I B (в генотипе присутствуют аллели второй и третьей группы, а в фенотипе формируется четвёртая группа IУ - I A I B) и группа крови MN по аллелям L M и L N .
Наблюдается кодоминантность у гетерозигот Аа по серповидно-клеточной анемии и других форм гемоглобинопатий (талассемии, С, G – формах). Феномен HbA/HbS у гетерозигот Аа проявляется только на уровне синтеза двух полипептидных цепей гемоглобина HbA и HbS.
Гибридологический анализ. Рассмотрим на примере наследования групп крови по системе АВ0. У человека групповая принадлежность крови по системе АВО определяется тремя генами: I O , I A , I B (множественными аллелями). Гены I A и I B доминантны по отношению к гену I O и кодоминантны по отношению друг к другу. Пример наследования групп крови по системе АВО иллюстрирует также и проявление множественного аллелизма
| Ген | Генотип | Признак |
| I O | I O I O | I группа |
| I A | I A I A – гомозиготы, I A I O – гетерозиготы | II группа |
| I B | I B I B – гомозиготы, I B I O – гетерозиготы | III группа |
| I A , I B | I A I B – кодоминанты | IV группа |
Пример : определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей: отец с 1 группой крови, а мать с 4 группой.
Решение:
Р: ♂ I O I O х ♀ I A I B
G: I O I A , I B
F 1: I A I O , I B I O
Ответ : вероятность рождения ребёнка с 1 группой крови и с 4 группой крови равна нулю.
Используя пример, решите задачи.
1. Определите вероятность рождения ребенка с группой крови такой же, как у родителей, если родители гетерозиготны по III группе крови
2. Пара супругов имеют II и III группы крови, другая пара – III и IV группы крови. Ребенок имеет группу крови I. Какой паре принадлежит ребенок?
3. В суд поступило заявление о взыскании алиментов в пользу детей со II и III группами крови. Мать имеет IV группу, а предполагаемый отец – I. Какое заключение даст судебная экспертиза.
4. У человека антигены MN- группы крови определяются кодоминатными аллелями - LM и LN. Сколько различных фенотипов групп крови существует у людей, если учитывать со-четания антигенов M, N?
5. Генотип матери L M L M , отца L M L N . Какие сочетания антигенов возможны у их детей?
Задание 4. Плейотропия
Плейотропия – явление, при котором один ген обуславливает развитие нескольких признаков.
Пенетрантность и экспрессивность.
Пенетрантность и экспрессивность - показатели, характеризующие проявление генотипа в фенотип. Они обусловлены системой взаимодействующих генов генотипа (дозой гена, системой полимерных генов, эпистазом, модифицирующим действием со стороны неаллельных генов модификаторов – интенсификаторов и супрессоров), половой принадлежностью и факторами среды.
Пенетрантность – показатель частоты проявления гена (аллелей) в признак. Отражает частоту фенотипического проявления наследственной информации, имеющейся в генотипе.
Пенетрантность рассчитывается по формуле K (П) = 
х 100%, где К (П)– пенетрантность, n – количество потомков, у которых проявился признак, N – общее количество потомков.
Экспрессивность – это степень фенотипического проявления признака, контролируемого данным геном. Например, интенсивность пигментации кожи у человека.
Рассмотрим генетические закономерности наследования признаков.
Плейотропия.
Пример : Синдром дефекта ногтей и коленной чашечки определяется полностью доминантным аутосомным геном. Определите вероятность проявления признака у детей в семье, где один родитель гетерозиготен по данному гену, а второй нормален в отношении исследуемых признаков.
Дано:
Ответ
: вероятность проявления синдрома дефекта ногтей и коленной чашечки у детей равна 50% (Аа)
Пенетрантность.
Пример : Подагра наследуется по аутосомно – доминантному типу. Пенетрантность гена подагры у мужчин составляет – 20 %, а у женщин равна 0%.
Какова вероятность заболевания подагрой в семье, где родители гетерозиготны в отношении данного признака.
Дано:
| Решение : Р: ♂ Аа х ♀ Аа G: А, а А, а F 1: АА, Аа, Аа, аа |
Вероятность того, что в семье появятся дети, несущие ген подагры, равна ¾.
Но не у всех этот ген проявится. Он будет проявляться лишь у мужчин.
Вероятность рождения мальчиков равна ½.
Следовательно, ген проявит себя равно 3/4 х 1/2 = 3/8.
Ген подагры проявится лишь 20% - 1/5 несущих его мужчин.
Окончательный результат 3/8 х 1/5 = 3/40 или 7,5% или (0,75х 0,5 х 0,2 х 100% = 7,5%).
Ответ : вероятность заболевания подагрой в семье гетерозиготных родителей равна 7,5%.
Используя пример, решите следующие задачи.
1. Некоторые формы шизофрении
наследуются как доминантные аутосомные признаки. При этом, у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20%. Определить вероятность заболевания детей в семье от брака гетерозиготных родителей.
2. Арахнодактилия, или синдром Марфана
, характеризуется сочетанием различных скелетных, глазных и висцеральных аномалий: длинные и тонкие пальцы , подвывих хрусталика – близорукость, аневризм аорты (расширение), астеническая конституция наследуется как плейотропный доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Определить проявление арахнодактилии у детей в семье, где оба родителя гетерозиготны?
3.Синдром Ван дер Хеви наследуется как доминантный плейотропный аутосомный ген, определяющий голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков изменчива. По голубой склере она составляет 100%, хрупкости костей 63%, глухоте – 60%. В брак вступают два гетерозиготных носителя голубой склеры, нормальные в отношении других признаков синдрома. Определить вероятность появления у детей глухоты и хрупкости костей одновременно?
Задание 5. Сверхдоминирование.
Сверхдоминирование - более сильное проявление признака у гетерозигот (Аа), чем у гомозигот (АА, аа). Сверхдоминирование можно определить также как гетерозис (гибридная сила) у растений и животных, возникающий при скрещивании.
Генетическая сверхдоминантность, лучшая приспособленность и более высокая селективная ценность (отборное преимущество) гетерозигот (Аа) от моногибридов с обоими типами гомозигот (АА и аа).
Например: сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот (Аа) с формами гемоглобина НbA\НbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы (АА) с формами гемоглобина НbА\НbА подвержены малярии в большей степени. В тропической Африке и других районах, где распространена малярия, в популяциях человека постоянно присутствуют все три генотипа - АА, Аа и аа (20-40% населения гетерозиготы - Аа). Оказалось, что сохранение в популяциях человека летальной (смертельной) аллели (а) обусловлено тем, что гетерозиготы (Аа) более устойчивы к малярии и анемия на имеет клинического проявления, чем гомозиготы по нормальному гену их генотип – АА, форма гемоглобина – HbA / HbA - восприимчивы к малярии (тяжёлое заболевание часто заканчивается смертельным исходом), и, следовательно, обладают отборным преимуществом. Особи имеющие HbS/HbS гемоглобин и генотип аа (летальны – тяжёлая форма анемии). Таким образом, получают приоритет особи имеющие эритроциты HbА /HbS – генотип Аа:
HbА/HbА А
/HbS >
HbS/HbS .
Задание 6.
Аллельные исключения.
У гетерозиготного организма Аа наблюдается аллельное исключение в части клеток организма, за счёт факультативного гетерохроматина. Фенотипически проявляются разные аллели: в одних клетках активен доминантный ген, определяющий синтез «тяжёлого » белка, в других – рецессивный, определяющий синтез «легкого» белка. Аллельное исключение увеличивает разнообразие признаков многоклеточного организма при идентичности генотипов соматических клеток (Аа). Например: инактивация одного из аллелей в составе Х-хромосомы способствует тому, что в разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели.
Приведите пример аллельного исключения.
Задание 7. Межаллельная комплементация.
В этом случае возможно формирование нормального признака В у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям гена В(В 1 В 2) В 1 – мутантный аллель – аномальный пептид – 1, В 2 – мутантный аллель – аномальный пептид – 2, аллель В контролирует нормальный белок. У гетерозигот В 1 В 2 при формировании структурной организации белка компенсируются аномальные изменения белков,обеспечивая образование белка с нормальными свойствами. В результате межаллельной комплементации формируется нормальный признак. Приведите пример межаллельной комплементации.
Таким образом, даже процесс формирования элементарного признака зависит от взаимодействия, по меньшей мере, двух аллельных генов , и конечный результат определяется конкретным сочетанием их в генотипе.
ВЫВОДЫ:
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Домашнее задание:
подготовить следующую тему (написать термины, разобрать вопросы для самоподготовки).
Подпись преподавателя_____________________
Тесты контроля итогового уровня знаний:
В заданиях выберите один верный ответ
