Законы наследования

Диплоидный хромосомный набор состоит из пар гомологичных хро­мосом. Одна хромосома из каждой пары унаследована от материн­ского организма, другая — от отцовского. В результате каждый ген на гомологичной хромосоме имеет соответствующий ген, локализо­ванный в том же месте на другой гомологичной хромосоме. Такие парные гены называются аллельными,или аллелями.Аллели могут быть абсолютно идентичными, но возможны и вариации в их стро­ении. Когда известно множество аллелей, представляющих собой аль­тернативные варианты гена, локализованного в определенном участ­ке хромосомы, говорят о множественном аллелизме. В любом случае у нормального диплоидного организма могут присутствовать только два аллеля, поскольку имеются только пары гомологичных хромосом.

Законы наследования 11

Первый закон Менделя

Рассмотрим ситуацию, при которой скрещиваются организмы, раз­личающиеся по одной паре признаков (моногибридное скрещива­ние). Пусть таким признаком будет цвет глаз. На рис. 1.2 изображе­ны пары аллелей на гомологичных хромосомах у родителей. У одно­го родителя это аллели А, соответственно его генотип для этих алле­лей — АА. При данном генотипе цвет глаз карий. У другого родителя на обеих хромосомах находится аллель а (генотип аа), цвет глаз го­лубой. При образовании половых клеток гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки. Поскольку у родителей оба аллеля оди­наковы, то они образуют только один сорт половых клеток (гамет). У одного родителя гаметы содержат только аллель А, у другого толь­ко аллель а. Такие организмы называются гомозиготными по данной паре генов.

В первом поколении (F1) у потомства будет одинаковый гено­тип Аа и одинаковый фенотип — карие глаза. Явление, при котором в фенотипе проявляется только один признак из альтернативной пары, называется доминированием, а ген, контролирующий данный признак, — доминантным. Аллель а в фенотипе не проявляется, при­сутствуя в генотипе в «скрытом» виде. Такие аллели получили на­звание рецессивных. В данном случае выполняется правило едино­образия гибридов первого поколения:у всех гибридов одинаковый генотип и фенотип.

Рис. 1.2

Наследование аллелей при моногибридном скрещива-нии. Правило единообразия гибридов первого поколения

 

12 Глава 1. Введение в генетику человека

Рис. 1.3

Наследование

аллелей при

моногибридном

скрещивании во

втором поколении

(первый закон

Менделя)

 

 

На рис. 1.3 показано, каким образом будет происходить наследо­вание во втором поколении в случае скрещивания гибридов первого поколения. Каждый родитель будет с равной долей вероятности об­разовывать половые клетки двух сортов: либо с аллелем А, либо с ал-лелем а. Такие организмы называются гетерозиготными по данной паре аллелей. Половые клетки в процессе оплодотворения образуют гибриды второго поколения: гомозиготы АА, гетерозиготы Аа и го­мозиготы аа. Долю вероятности образования тех или иных геноти­пов удобно вычислять с помощью так называемой решетки Пенета (рис. 1.4). Вероятность образования гамет А или а одинакова для

 

 

Рис. 1.4

Сочетание гамет при моногибридном скрещивании во втором поколении. Подсчет вероятностей появления гомо- и гетерозигот (первый закон

Менделя)

Законы наследования 13

каждого родителя и составляет 0,5. Вероятность слияния двух га­мет А равна произведению их вероятностей, т. е. 0,25, то же самое верно для генотипа аа. В результате во втором поколении наблюда­ется расщепление по генотипу в соотношении

1АА:2Аа:1аа.

Если принимать во внимание фенотип, то расщепление будет в соотношении 3:1, т. е. примерно у 3/4потомков будут карие глаза (до­минантный признак), и у 1/4 — голубые (рецессивный признак). Ре­цессивный признак проявляется только при условии, что рецессив­ный аллель оказывается в гомозиготном состоянии (аа).

Первый закон Менделякак раз и определяет, что у гибридов вто­рого поколения в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу доминантных и рецессивных признаков в соотношении 3:1. Законы наследования, сформулированные Менделем, имеют статистический характер, и их точное выполнение наблюдается только при достаточ­но больших размерах выборки.

Наследование доминантного признака можно четко проследить, используя родословные. Например, существует мутация, приводя­щая к брахидактилии (короткопалости), при которой у больных уко­рочены фаланги пальцев рук и ног, уменьшено число фаланг (не 3, а 2), отмечается низкий рост. Такая аномалия была в свое время от­мечена у графа Шрусбери (род. в 1390 г.) и прослежена в 14 после­дующих поколениях. Если родитель поражен брахидактилией, то примерно половина его детей также поражена. Соответствующая решетка Пенета представлена на рис. 1.5. Предположим, что в брак вступил мужчина, пораженный брахидактилией, и здоровая женщи­на. Мутантный аллель обозначен А, так как он доминантный, нор­мальный аллель — а. Вероятность рождения ребенка с брахидакти­лией равна как раз 0,5, что и наблюдается в действительности. У тех детей, которые оказались здоровыми, в потомстве брахидактилия уже не появляется. Таким образом, брахидактилия наследуется как доминантный признак.

Рис.1.5

Наследование аллеля брахидактилии в браке здоровой женщины и мужчины с брахидактилией (пример так называемого анализирующего скрещивания)

14 Глава 1. Введение в генетику человека

Явление полного доминирования наблюдается далеко не всегда. Иногда наблюдается промежуточный характер наследования или не­полное доминирование, когда в фенотипе проявляются оба признака. Очень часто каждому генотипу соответствует свой фенотип, отлич­ный от остальных. Это явление получило название кодоминирования.

Характерной чертой некоторых доминантных генов является не­полная пенетрантность.Под пенетрантностью понимается доля инди­видов с определенным генотипом, у которых проявляется соответст­вующий этому генотипу фенотип. Лучше всего пояснить это понятие на примере доминантных генов. При неполной пенетрантности до­минантный признак проявляется не у всех носителей данного гена. Например, существует наследственная форма подагры (заболевание, связанное с нарушением обмена мочевой кислоты), определя-емая доминантным аутосомным геном. Его пенетрантность составляет по­рядка 80% у мужчин и 12% у женщин.

Законы наследования 15

Еще одна характерная особенность действия генов — это разная степень выраженности, или варьирующая экспрессивность.Допу­стим, имеются гетерозиготы по какому-нибудь признаку. В случае варьирования экспрессивности признак будет выражен у всех осо­бей, но в разной степени.