Хромосомная теория наследственности

В 1902 г. У. Сэттон и биолог Т. Бовери высказали мне­ние, что хромосомы являются носителями менделевских фак­торов и сформулировали теорию наследственности.

В 1906 г. В. Бетсон и Р. Пеннет открыли явление сцеп­ления генов, но не смогли правильно оценить полученные результаты. Правильное объяснение этому явлению дал аме­риканский исследователь Т. Морган, подтвердивший откры­тия Менделя и блестяще дополнивший их, создав хромо­сомную теорию. Было установлено, что гены не всегда на­следуются независимо друг от друга, иногда они передаются целыми группами.

Эксперименты Т. Моргана стали основными доказатель­ствами хромосомной теории наследственности, сформули­рованной в 1911—1926 гг.. В создании этой теории принима­ли участие знаменитые отечественные ученые Н.К. Коль­цов и А.С. Серебровский.

Основные положения теории Т. Моргана:

1) Гены располагаются в хромосомах, разные хромосомы содержат неодинаковое количество генов, то набор ге­нов является строго специфичным для каждой хромо­сомы.

2) Гены расположены вдоль хромосомы линейно, один за другим, но каждый ген находится в своем, четко опреде­ленном месте (локусе).

3) Гены, расположенные на одной хромосоме, могут пере­даваться потомкам сцепленно и образуют группу сцеп­ления.

4) Во время мейоза между гомологичными хромосомами происходит обмен генами.

У человека 24 группы сцеплений: 22 пары аутосом, X и Y-хромосомы.

Сцепленные гены

Знаменитый ученик Т. Моргана — Альфред Стертевант впервые обнаружил, что, чем ближе друг к другу располо­жены гены на хромосоме, тем с большей вероятностью они будут передаваться потомкам совместно, т.е. сцепленно. Сцепление генов наблюдается в тех случаях, когда два раз­ных гена находятся в одной и той же хромосоме, и совмест­но передаются по наследству. Сцепление генов является след­ствием физической целостности в структуре хромосомы, несущей гены.

Если гены одной группы сцепления находятся друг от друга далеко, то они наследуются независимо — 3-й закон Менделя.

Морган высказал мнение, что кроссинговер, т.е. обмен аллелями хроматид между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза, является причиной такого независимого распределения в потомстве генов, расположен­ных на одной хромосоме. Кроссинговер вероятен между ге­нами, расположенными на хромосоме далеко друг от друга. Обмен генетическим материалом в мейозе происходит по­чти между всеми гомологичными структурами. Аллели, входящие в группу сцепления у родителей, разделяются и образуют новые сочетания, которые попадают в гаметы. Этот процесс называется генетической рекомбинацией.

Кроссинговер представляет собой важный источник ге­нетической изменчивости, обеспечивает независимое распре­деление в потомстве генов, расположенных далеко друг от друга, не нарушая порядка генов на хромосомах. Таким об­разом, каждый потомок получает совершенно новую

Рис. 5.1. Схема распределения генов при кроссинговере

комби­нацию наследственных признаков (рис. 5.1). В генотипе лю­бого живого существа, имеющего половое размножение, при­сутствуют гены всех четырех прародителей (у человека — дедушки и бабушки как по отцу, так и по матери).

Хромосомные карты человека

До конца 60-х гг. у человека были известны лишь три аутосомные и Х-хромосомная группы сцепления. После по­явления новых методов, таких как генетический анализ со­матических гибридных клеток, морфологические варианты и аномалии хромосом, гибридизация нуклеиновых кислот и другие, позволили описать все 25 групп сцепления у челове­ка. Открытия Т. Моргана создали основу для определения мест расположения генов и оценки расстояния между ними. Расстояние между генами измеряется частотой кроссинговера, выраженной в процентах, т.е. отношением количества особей, которые унаследовали только один ген, к числу тех, у кого были представлены совместно оба гена. Единицей та­кого расстояния является 1 % кроссинговера, который в честь Т. Моргана получил название 1 сантиморганида (сМ).

Если частота рекомбинаций между генами равна 3 % крос­синговера (3 сантиморганиды), то они обычно передаются потомкам сцепленно. Если эта цифра равна 40% кроссинго­вера, то это означает, что гены наследуются независимо друг от друга. Хромосомные карты строятся путем оценки рас­стояния между генами (рис. 5.2).

Синдром кошачих глаз Синдром Ди Георге Недостаточность N-АГА Хроническая миелоидная лейкемия Тромбофлибия из-за недостаточности кофактора II гепарина

Нейроэпителима Саркома Юинта

. Аденилсукциназы недостаточность Слуховая неврома Менингнома

Глюкозы/галактозы дефект поглощения Недостаточность транскобаламина II Меттемоглобинемия энзимопатическая Метахроматическая лейкодистрофия

Рис. 5.2. Карта 22-й хромосомы человека

На генетической карте хромосомы, отрезке прямой, ука­зывается порядок расположения генов относительно друг друга и расстояние между ними в сантиморганидах. Для построения генетической карты сначала устанавливают груп­пы сцепления генов по анализу распределения признаков в семьях. Для составления карты можно взять любой при­знак — цвет глаз или размер фрагментов ДНК. Затем груп­пы сцепления генов соотносят с определенными участками на хромосомах.

Общая длина генома человека составляет 3 300 сМ. При сопоставлении этой величины с общей длиной гаплоидного набора молекулы ДНК можно установить, что 1 сМ пример­но равна 1 000 000 пар нуклеиновых оснований.

К настоящему времени определено расположение около 6 000 локусов генома человека, которые могут наследовать­ся в соответствии с законами Менделя, из них 1 000 — это гены, определяющие заболевания, 11 000 генов отнесены к группам сцепления (рис. 5.3).

GMI-ганглиозидоз Синдром Моркио, тип В

I Пузырчатый дистрофический эпидермолиз Карцинома клеток печени

Синдром фон Хиппеля-Ландау Резистентность к тироидному гормону Мелкоклеточная карцинома легких Псевдосиндром Целльвегера

Недостаточность белка S Гемолитическая анемия в результате недостаточности глутатионпероксидазы Болезнь Rh-ноль

Оротикацидурия

Пропионацидемия, рссВ-тип Атрансферринемия

Блефарофимоз, обратный эпикант и птоз

Рис. 5.3. Карта 3-й хромосомы человека

[Гипоцерулоплазминемия, наследственная] Пигментный ретинит-5 Постанестезическое апноэ Непереносимость сахарозы

В 1990 г. была разработана международная программа «Геном человека». В 2001 г. появились сообщения, что изу­чен нуклеотидный состав генома одного человека. Работы в этом направлении еще продолжаются. В настоящее время обсуждается проблема «генетической паспортизации», т.е. ус­тановления наследственной предрасположенности к заболе­ваниям у конкретного человека.

Исследование генома человека открывает путь молеку­лярной медицине, которая обеспечит диагностику, лечение и профилактику наследственных и ненаследственных болез­ней с помощью генов. Основой такой медицины являются индивидуальность каждого человека, обусловленная уникаль­ностью его генома, профилактическая направленность всех программ на раннее предупреждение заболевания.

Понятие о полигенном наследовании

Многие признаки организма представляют собой резуль­тат совместного действия многих различных генов. Эти гены образуют особый генный комплекс, называемый полигенной системой. Несмотря на то, что вклад каждого гена, входя­щего в эту систему очень мал, чтобы оказать влияние на фенотип, бесконечное разнообразие, создаваемое совместным действием этих генов составляет генетическую основу не­прерывной изменчивости.

Для основной части как нормальных, так и патологичес­ких признаков человека типично большое количество воз­можных вариантов фенотипа. При этом очень трудно зафик­сировать отдельный вариант фенотипа. Обычно эти призна­ки имеют количественные характеристики. К ним относят­ся, например, цвет кожи, рост, масса тела и т.д.

Если влияние каждого гена из такой группы на признак является примерно одинаковым, то говорят об их аддитив­ном действии. В такой ситуации распределение фенотипи-ческих особенностей среди представителей одной популяции обычно соответствует «нормальному», т.е. унимодальному, в отличие от бимодального для менделирующих генов. Обыч­но степень фенотипической выраженности признака зависит от числа доминантных аллелей в этой группе генов. Чем их больше, тем ярче фенотипическое проявление.

Например, окраска кожи контролируется совокупностью из 3 или 4 пар генов, каждая из которых имеет примерно одинаковое влия­ние на цвет. Чем больше доминантных аллелей среди этих генов, тем темнее кожа человека. Если все аллели являются доминантными (А1А1, А2А2, АЗАЗ), то окраска может ока­заться черной. В то же время сочетание в организме только рецессивных аллелей (alal, a2a2, аЗаЗ) определяет очень свет­лую кожу человека. Большинство людей имеют промежу­точную окраску кожи, так как являются гетерозиготами по этим аллелям.

Достаточно часто отдельные гены могут иметь большее значения для формирования полигенного признака, чем дру­гие из этой же группы. Такие «главные гены» передаются как менделирующие признаки, но проявляют свое действие совместно с другими генами. Вероятность наследования полигенного признака обычно зависит от степени родства между людьми. Так, ребенок, получая от отца половину его генетического материала, имеет больше возможности уна­следовать от него специфическое сочетание генов, опреде­ляющих полигенный признак, чем внук — от своего деда.

Важнейшей особенностью полигенных признаков явля­ется зависимость их проявления от действия факторов внеш­ней среды, которые могут значительно изменять их фенотипические характеристики.

Дата добавления: 2015-10-02