Летальные гены факторы внешней среды обуславливающие летальность. Доминантные и рецессивные гены. Влияние рецессивных летальных мутаций на расщепление

Гены Моцарта О детстве Моцарта не так много точных сведений, куда больше – предположений. Как все происходило у этого маленького гения? Сестра Наннерль, старше его на пять лет, захотела узнать побольше о своем младшем брате. Какой он был на самом деле в раннем детстве? В

ГЕНиальные гены А теперь совсем другой вопрос: почему это так интересно? Что можно такого узнать, исследовав череп Моцарта? Ну, допустим, его взвесили и измерили. По результатам анализа костей можно выяснить, что ел владелец этого черепа. И это тоже уже сделали. Этот череп

Новые гены? Активность генов может меняться в ходе эволюции не только путем изменений сайтов связывания ТФ, работы самих ТФ или регуляторных РНК, но и в результате дупликации генов. При прочих равных два одинаковых гена произведут больше продукта (то есть информационной

Гены и поведение Факты, добытые нейробиологами, говорят о материальной, нейрологической природе психики. Но для того, чтобы душа во всех ее проявлениях могла эволюционировать, этого, строго говоря, еще недостаточно. Эволюционировать могут не все признаки, а только

Гены старения Возраст - мерзкая вещь, и с каждым годом она становится все хуже. Диана Купер Люди не хотят жить вечно. Люди просто не хотят умирать. Станислав Лем - Бессмертные клетки существуют - Запрограммированная гибель - Часовой механизм старения - Болезни

Доминантные женщины рожают сыновей? Мы - человекообразные обезьяны. Из пяти видов человекообразных три - социальны. Причем, у двух из них (у шимпанзе и горилл) самки покидают свой выводок, а самцы остаются там, где родились. У шимпанзе из Национального парка Гомбе-Стрим в

Изменение расщепления по фенотипу в отношении 3:1 во втором поколении моногибридного скрещивания бывает связано с разной жизнеспособностью зигот Ф2. Разная жизнеспособность зигот мэжет быть обусловлена наличием летальных генов. Летальным называется ген, вызывающий нарушения в развитии организма, что приводит его к гибели или уродству.

Изучение врожденных аномалий показало, что при разных летальных генах гибель особей бывает различной и может проис­ходить на разных стадиях развития.

По классификации, предложенной Розенбауэром (1969), гены, вызывающие гибель 100 % особей до достижения ими пЪловой зрелости, называются летальными, более 50 % -субле­тальными (полулетальными) и менее 50 % - субви­тальными. Однако следует отметить, что разделение это до некоторой степени условно и иногда не имеет четких границ. Примером может служить сцепленная с полом голость у кур. Почти половина голых цыплят гибнет в последние 2-3 дня инкубации. Из числа вылупившихся около половины цыплят гибнет до 6-недельного возраста, если их выращивают при тем­пературе 32-35 "С. Но если температура в брудерах будет по­вышена на 5,5 °С, то погибнет значительно меньше голых цып­лят. В 4-5 мес у голых цыплят вырастает редкое оперение и они уже в состоянии переносить довольно низкие температуры. В естественных условиях эта мутация, по-видимому, будет леталь­ной и приведет к 100%-ной гибели птиц. Приведенный пример показывает, что характер проявления полулетального гена в зна­чительной мере может зависеть от условий среды.

Летальные гены могут быть доминантными и рецессивными. В числе первых летальных факторов был открыт аллель, обуслов­ливающий желтую окраску мышей. Ген желтой окраски является доминантным (Y ). Его рецессивный аллель (у) в гомозиготном состоянии обусловливает появление черной окраски. Скрещива­ние желтых мышей между собой давало в потомстве две части особей желтых и одну часть черных, т. е. получалось расщепле­ние 2:1, а не 3:1, как следовало из правила Менделя. Оказалось, что все взрослые мыши гетерозиготны (Yy ). При скрещивании между собой они должны были дать одну часть гомозиготного потомства по желтой окраске (IT), но оно погибает еще в эмб­риональном периоде, две части гетерозигот (Yy ) будут желтыми и одна часть гомозигот по рецессивному признаку (уу) будет чер­ной. Схема скрещивания выглядит так:

Таким же образом наследуется серая окраска шерсти у кара­кульских овец (сокольских, малич и др.), платиновая окраска у лисиц, распределение чешуи у линейных карпов и т. д.

Летальные гены в большинстве случаев рецессивны и поэтому долгое время могут находиться в скрытом состоянии. Совершен­но здоровое и нормальное по фенотипу животное может быть носителем летального гена, действие которого обнаруживается только при переходе в гомозиготное состояние. В гомозиготное состояние летальные гены чаще всего переходят при родствен­ном спаривании. В практике животноводства при разведении лошадей был случай гибели 25 жеребят на 2-4-й день после рождения от уродства прямой кишки - отсутствия заднепроход­ного отверстия (Atresia ani). Оказалось, что все жеребцы и кобы­лы, от которых рождались такие ненормальные жеребята, проис­ходили от одного жеребца. Он был гетерозиготен по летальному гену (LI ). Вначале этот жеребец при скрещивании с нормальны­ми кобылами (LL ) дал потомство, по фенотипу нормальное, но по генотипу половина потомков была благополучной (LL ), a половина - гетерозиготной (LI ), несущей рецессивный задаток (0 летального гена. При родственном спаривании гетерозиготных животных (Ы х Ы) появилась часть жеребят, гомозиготных по летальному гену (II ), с уродством прямой кишки. Они все погиб­ли. (Более подробно об аномалиях при летальных генах будет сказано в соответствующей главе.)

ГЕНЫ

Обозначения в тексте: А - доминантный ген ; а - рецессивный ген

Рецессивные гены

РЕЦЕССИВНЫЙ ГЕН (т.е. признак им определяемый) МОЖЕТ НЕ ПРОЯВЛЯТЬСЯ У ОДНОГО ИЛИ МНОГИХ ПОКОЛЕНИЙ пока не встретятся два идентичных рецессивных гена от каждого из родителей (внезапное проявление такого признака у потомков не следует путать с мутацией);
Собаки, имеющие лишь ОДИН РЕЦЕССИВНЫЙ ГЕН - определитель какого-либо признака, не проявят этот признак, так как действие рецессивного гена будет замаскировано проявлением влияния парного ему ДОМИНАНТНОГО ГЕНА. Такие собаки (носители рецессивного гена) могут быть опасны для породы, если этот ген определяет появление нежелательного признака, потому что будут ПЕРЕДАВАТЬ ЕГО СВОИМ ПОТОМКАМ, а те далее, и он, таким образом, сохранится в породе. Если случайно или необдуманно свести в пару ДВУХ НОСИТЕЛЕЙ ТАКОГО ГЕНА они дадут часть потомства с нежелательными признаками.

Доминантные гены

Присутствие доминантного гена всегда явно и внешне проявляется соответствующим признаком. Поэтому доминантные гены, несущие нежелательный признак, представляют для селекционера значительно меньшую опасность, чем рецессивные, так как их присутствие всегда проявляется, даже если доминантный ген "работает" без партнера (т.е. Аа).

Но, видимо, для того чтобы усложнить дело, не все гены являются абсолютно доминантными или рецессивными. Другими словами, некоторые более доминантны, чем другие, и наоборот. Например, некоторые факторы, определяющие окрас шерсти, могут быть доминантными, но все же внешне не проявляться, если их не поддержат другие гены, иногда даже рецессивные.

Спаривания не всегда дают соотношения в точном соответствии с ожидаемыми средними результатами, и для получения достоверного результата от данного спаривания нужно произвести большой помет или большее число потомков в нескольких пометах.

Некоторые внешние признаки могут быть "доминантными" в одних породах и "рецессивными" в других. Другие признаки могут быть обусловлены множественными генами или полугенами, не являющимися простыми доминантами или рецессивами по Менделю. В результате генетика становится слишком сложной, чтобы быть понятой средним собаковедам!

Мутации

Мутация - внезапное изменение гена. Она проявляется в первом же поколении потомков, если мутантный ген будет доминантным. Но рецессивный ген-мутант может скрытно наследоваться в течение нескольких поколении до тех пор, пока в родительскую пару не подберутся два носителя такого гена. Только тогда появится потомок, проявляющий результат мутации этого гена.

Многие экстерьерные изменения вызваны мутациями. Классическим примером этого являются породы с квадратной мордой, такие, как ранние мастифы сотни лет тому назад, и все породы с укороченной мордой, например пекинесы, мопсы, бульдоги. Такие породы, как бассеты, пекинесы и таксы, страдают от наследственно закрепленной мутации, вызывающей деформацию, известную под названием ахондроплазия (неправильное развитие трубчатых костей конечностей до рождения, выражающееся а уменьшении их длины).

Мутации бывают естественными, но могут вызываться также и искусственно, например ионизирующим излучением (радиацией). Медикаменты и яды могут быть другой причиной и вызывают обычно вредные мутации. Влияние окружающей среды также может сказаться на частоте мутаций. Интересно, что мутации наследуются, т.е. всегда воспроизводятся, так что новые характеристики или признаки могут появляться постоянно.

Летальные гены

Это гены, вызывающие гибель организма до достижения им половой зрелости. Летальные гены являются рецессивными. Вот несколько примеров проявления их влияния: "заячья губа" и "волчья пасть" - дефект развития верхней челюсти, гемофилия - отсутствие у крови способности свертываться, "рассасывание плодов" у внешне благополучной суки и т.д.

Полулетальные гены, например гены, определяющие двусторонний крипторхизм, в конечном счете, становятся летальными для породы в результате ее вымирания. Щенки с "волчьей пастью", если их не оперировали, не могут сосать и поэтому погибают. Серо-голубой с черным крапом окрас связан с полулетальным геном, и если он унаследован потомком от обоих родителей, то этот потомок может стать слепым, глухим или бесплодным. По этой причине двух собак такого окраса никогда не спаривают. Практически было бы лучше всего считать этот окрас дисквалифицирующим во всех породах.

© Х.Хармар "Собаки и их разведение"

До сих пор мы рассматривали генетику человека по типам наследования, теперь мы обратимся к одной очень важной категории генов, а именно к летальным и сублетальным генам. Летальные и сублетальные гены представляют собой класс мутаций с заметно выраженным отрицательным влиянием на развитие. Как мы увидим дальше, мутации в очень многих случаях отягощают и разрушают наследственность человека. Это

отягощение мутациями особенно ярко проявляется под действием летальных генов.

Летальные и сублетальные аллели могут быть доминантными и рецессивными. В случае доминантного леталя ребенок погибает во внутриутробном периоде или в раннем младенческом возрасте. Вполне понятно, что такие гены не могут передаваться по наследству. Их наличие говорит о появлении мутаций. Суммарная частота таких доминантных леталей не так мала. Особенно их количество велико при действии радиации. В генетике мышей и дрозофилы при анализе зависимости частоты мутаций от дозы и при анализе других особенностей мутагенных воздействий широко используются доминантные летали. При наличии сублеталей, иначе называемых полулетальными генами, ребенок умирает в раннем детстве или несколько позднее, но, как правило, до достижения половой зрелости. Примером доминантной сублетальной мутации может служить эпилойя - заболевание, характеризующееся действием целого синдрома отрицательных признаков. Дети, больные эпилойей, имеют патологические разрастания кожи, им свойственна умственная отсталость, эпилепсия, опухоли сердца, почек и других органов. В редких случаях больные эпилойей выживают и вступают в брак со здоровым супругом. Половина детей от такого брака оказывается больными врожденной эпилойей (рис. 131).

Другим ярким примером сублетальной доминантной мутации может послужить заболевание ретинобластома. Этот

доминантный ген вызывает раковую опухоль в глазу, что почти всегда ведет к смерти ребенка в раннем возрасте.

Однако основная масса врожденных уродов падает на рецессивные летали и сублетали. В этом случае рецессивные вредные гены скрываются в генотипе внешне здоровых родителей, однако, когда две таких гетерозиготы вступают в брак, среди их детей около 25% оказываются больными.

На рисунке 132 представлены основные типы скрещиваний в популяциях людей, которые осуществляются при наследовании рецессивных летальных и сублетальных генов. В квадрате 1 представлен тип браков между генетически нормальными людьми. У обоих родителей и у всех их потомков все аллели представлены нормальными генами (аллель +). В квадрате 2 изображен брак между генетически здоровым человеком и гетерозиготой (символ а). В этом случае отрицательный аллель передается половине потомства, оставаясь, однако, при этом в скрытом виде. В квадрате 3 генетически здоровый человек вступил в брак с больным (символ аа), все дети внешне здоровы, но в гетерозиготном состоянии несут сублетальную мутацию а. В квадрате 4 гетерозигота вступает в брак с больным; половина их детей внешне здорова, но несет сублетальную мутацию, другая половина больные. Наконец, квадрат 5 при браке двух больных (символы аа) все потомство будет больным. В качестве врожденных болезней, вызываемых действием рецессивных летальных и сублетальных генов, можно назвать детскую амавротическую идиотию, при которой мозговая ткань дегенерирует, наступает слепота и ребенок гибнет; врожденную патологию кожи с наличием

глубоких кровоточащих трещин - ихтиоз (рис. 133); врожденный детский паралич и целый ряд других врожденных заболеваний.

Многие ранние самопроизвольные выкидыши вызываются выщепляющимися летальными генотипами.

Известны доминантные мутации, в гетерозиготах определяющие какой-либо более или менее нейтральный признак, которые, однако, в гомозиготном состоянии оказывают летальное действие. Так, например, аллель пигментации ксеродермы в гетерозиготном состоянии вызывает сильную веснушчатость. Однако у гомозигот развивается пигментная ксеродерма. Это сублетальное заболевание (рис. 134), при котором действие света вызывает поражение кожи, приводящее затем к злокачественному росту.

Один из аллелей у человека в гетерозиготном состоянии вызывает избыточное содержание холестерина в крови. Однако дети, гомозиготные по этому аллелю, заболевают тяжелой сублетальной аномалией.

Во всех этих случаях мы имеем классическую картину наследования доминантов с рецессивным летальным эффектом, ранее установленную в опытах с дрозофилой, мышами и другими организмами. Например, у мыши хорошо известен аллель A Y , который у гетерозигот вызывает желтую окраску шкурки. Однако все попытки получить чистую расу желтых мышей остались безуспешными. При скрещивании двух желтых мышей в среднем всегда на две желтые мыши рождается одна другой окраски, например черная. Природа этого явления нашла свое объяснение в том, что ген доминантной желтой окраски оказался

рецессивным леталем. Все гомозиготы ( A Y A Y ) погибали. Желтая мышь всегда гетерозиготна, наряду с аллелем A Y она содержит другой аллель, например а (черной окраски). Ход наследования при скрещивании гетерозигот A Y a и расщепления по формуле 2: 1 изображены на рисунке 135.

— Источник—

Дубинин, Н.П. Горизонты генетики/ Н.П. Дубинин. – М.: Просвещение, 1970.- 560 с.

Post Views: 121

Почему один ген является доминантным, а другой рецессивным? Мутантная ДНК, не кодирующая никакой белок или кодирующая белок, лишенный активности, не будет эксп-рессироваться, т.е. представляет собой рецессивный ген. У гетерозиготных индивидуумов нормальный ген направляет синтез нормального белка, а рецессивный ген никакого вклада в синтез функционального белка не вносит. Такой индивидуум имеет нормальный фенотип; нормальный ген в этом случае доминирует. У индивидуума, гомозиготного по данному рецессивному гену, соответствующий белок не образуется, а поэтому нормальная экспрессия данного признака невозможна. Рецессивный фенотип - это отсутствие нормального признака. Так, карликовость - результат «отсутствия ростовых веществ».

Если белок, о котором идет речь, необходим для жизни данного организма, то организм, неспособный образовать активную форму этого белка, обречен на гибель, и дефектный ген называется в этом случае летальным геном. Доминантные летальные гены существуют, но в большинстве случаев они быстро элиминируются, потому что вызывают гибель несущего их организма. Рецессивные же летальные гены могут и не причинять вреда гетерозиготному индивидууму, поэтому они могут передаваться следующим поколениям и распространяться в популяции весьма широко. Подсчитано, что в среднем человек гетерозиготен приблизительно по 30 летальным рецессивным генам. Это больше, чем у многих других организмов, и отчасти именно этим объясняется тот факт, что у людей среди потомков от браков между близкими родственниками процент летальных наследственных признаков выше, нежели при близкородственных скрещиваниях у большинства других видов.

Если одна копия «нормального» гена не обеспечивает образования его белкового продукта в количестве, достаточном для нормального функционирования организма, то по данному гену наблюдается неполное доминирование. В таких случаях гетерозигота отличается по фенотипу от обеих гомозигот. У человека, например, имеется летальный ген, обусловливающий в гетерозиготном состоянии брахидактилию, т.е. укорочение средней фаланги пальцев; палец при этом выглядит так, как будто в нем не три, а две фаланги. У гомозигот этот ген является причиной аномального развития скелета. Дети, гомозиготные по этому гену, рождаются без пальцев и с другими нарушениями в развитии скелета, приводящими к смерти в раннем возрасте.

В тех случаях, когда брахидактилией страдают оба родителя, можно ожидать, что из каждых четырех детей один будет гомозиготен по этому летальному гену и умрет в раннем детстве, два будут гетерозиготны, т.е. будут страдать брахи-дактилией, и один будет нормальным.

Широко известный ген человека, который в гомозиготном состоянии часто оказывается летальным, ответствен за серповидноклеточную анемию. Соответствующий нормальный ген кодирует одну из полипептидных цепей (бета-цепь) гемоглобина-белка, функция которого заключается в переносе кислорода; этот.белок находится в эритроцитах и обусловливает их красный цвет. У мутантного гена один из нуклеотидов, присутствующих в нормальной ДНК, заменен другим, в результате чего и в бета-цепи гемоглобина одна из аминокислот заменена другой.

Это изменение, казалось бы столь ничтожное, влечет за собой роковые последствия. При аномально низком содержании кислорода молекулы гемоглобина в эритроцитах, содержащих гемоглобин S, агрегируют, образуя волокна. Вследствие этого эритроциты деформируются, приобретая серповидную форму. Такие эритроциты застревают в мелких кровеносных сосудах, и кровоснабжение участков, обслуживаемых этими сосудами, нарушается. Нарушение кровоснабжения вызывает разнообразные симптомы: чувство усталости, судороги, раздражительность.

Ген серповидноклеточности и соответствующий нормальный ген кодоминантны, так что у гетерозиготных индивидуумов синтезируются и нормальные и мутантные бета-цепи. Эритроциты таких людей приобретают серповидную форму лишь при крайне низком содержании кислорода, например, на больших высотах. Без специальных тестов такие гетерозиготные индивидуумы могут и не знать о том, что они являются носителями гена серповидноклеточности. Гомозиготные индивидуумы страдают гораздо сильнее, потому что у них дефектны все бета-цепи.

Индивидуумов, гетерозиготных по тому или иному генетическому нарушению, называют носителями, а гомозиготных- больными. Про людей, гетерозиготных по гену серповидноклеточности, иногда говорят, что они больны серповидноклеточной анемией. Это неверно, ибо это предполагает, что носитель данного гена менее жизнеспособен, нежели нормальный гомозиготный индивидуум. Между тем в действительности это обычно не так.

Около 90% индивидуумов, гомозиготных по гену серповиднооклеточности, умирает в раннем возрасте. Можно было бы ожидать, что такой летальный ген будет быстро элиминироваться естественным отбором, поскольку гомозиготы по этому гену умирают слишком рано и не могут передать его потомству. Однако в тропической Африке на весьма обширных пространствах от 20 до 40% людей гетерозиготны по этому гену. В пятидесятых годах исследователи обратили внимание на один примечательный факт: оказалось, что эти люди живут в местах где распространена особо вирулентная форма малярии.

Болезнь Тея-Сакса, проявляющаяся в нарушении развития головного мозга и приводящая к смерти в возрасте около четырех лет, обусловлена наличием рецессивного летального гена У индивидуумов, гомозиготных по этому гену, отсутствует фермент; ответственный за метаболические превращения определенного липида в клетках мозга. Без этого фермента липид накапливается, и клетки утрачивают способность нормально функционировать. Лечить эту болезнь пока не умеют. Известно, что среди еврейского населения Восточной Европы из каждых 30 человек один гетерозиготен по данному гену. Однако в США приблизительно одна треть всех случаев болезни Тея-Сакса приходится на долю детей из нееврейских семей.

Среди белого населения США чаще всего встречается летальный ген, обусловливающий кистозный фиброз - болезнь, при которой бронхиолы, атакже протоки поджелудочной железы и печени заполняются густой слизью. Жертвы кистозного фиброза умирают обычно от инфекционных респираторных заболеваний в детском и юношеском возрасте, не доживая до 20 лет. Предполагают, что ген, ответственный за кистозный фиброз, кодирует один из ферментов цепи переноса электронов.