Признака и летальными генами. Летальные гены, и типы их наследования Летальные гены факторы внешней среды обуславливающие летальность

10. Факторы, сопутствующие психологической подоплёке дедовщиныЕсть ещё ряд факторов, которые сопутствуют стадно-стайной инстинктивной алгоритмике коллективного поведения недоделанных людей в дедовщине.Прежде всего в вооружённых силах в мирное время состав срочной

Неодинаковая жизнеспособность зигот разного генотипа может быть связана с доминантными или рецессивными летальными мутациями, возникающими в гаметах родительских особей. Они могут реализовываться на разных стадиях эмбриогенеза или в постэмбриональном периоде. Естественно, что гибель части зигот влияет на характер расщепления.

Влияние на расщепление доминантных генов с рецессивным летальным действием

Доминантные гены с рецессивным летальным действием обладают плейотропным эффектом; с одной стороны, они определяют доминантный характер проявления какого-либо признака в гете-розиготе, с другой - вызывают гибель особей в гомозиготе, т. е. проявляют свое летальное действие как рецессив. Такие гены известны у многих животных - желтая окраска мышей, корот-коногость у кур, линейная чешуйчатость у карпов, платиновая окраска у лис, окраска ширази у овец и многие другие. Они вызывают отклонение от расщепления 3:1, превращая его в расщепление 2:1. Анализ расщеплений с участием доминантных генов с рецессивным летальным действием осложняется тем, что на сравнительно небольших выборках расщепление 3:1 и 2:1 не всегда возможно различить , а статистический метод проверки по критерию χ 2 не позволяет делать выбора из гипотез. Например, если при скрещивании желтых мышей между собой получится расщепление 65 желтых: 32 черных, по методу %2 не отвергаются две гипотезы: 1 - расщепление в опыте соответствует расщеплению 3:1, χ 2 = 3,29, p>0,05; 2 - расщепление в опыте соответствует расщеплению 2:1, χ 2 = 0,17, p>0,05.

Только на больших выборках расщепление 2:1 отличимо от расщепления 3:1 . При суммировании данных по наследованию желтой окраски у мышей, полученных разными исследователями, расщепление при скрещивании желтых мышей между собой было 2386 желтых: 1235 черных - ∑ = 3621, χ 2 = 0,96 при Н 0 - 2:1 (при Н 0 - 3:1 в этом случае χ 2 = 160!).

Очевидно, что разные способы генетической проверки, например постановка анализирующего и возвратного скрещиваний, могут способствовать правильному решению вопроса о наследовании. В рассмотренном выше примере это скрещивания: желтые из F 1 × черные; желтые из F 1 × желтые Р. В первом случае должно быть расщепление 1:1, во втором - снова 2:1.

Сложнее выяснить, что отклонение есть и оно обусловлено разной жизнеспособностью зигот в том случае, когда гибель части зигот осуществляется на постэмбриональной стадии. В связи с этим необходимо вести контроль плодовитости и отхода в потомстве, если есть предположение о наличии летальности. Основанием для предположения о летальности является невозможность получения единообразного потомства при разведении в себе особей определенного фенотипа. Примеры анализа даны в задачах № III.2 и III.3.

Задача № III.2

В потомстве от скрещивания серебристо-соболиных норок между собой в F 1 всегда наблюдается расщепление: появляются серебристо-соболиные и коричневые особи.

В одном опыте в нескольких пометах от скрещивания серебристо-соболиных особей было получено 93 серебристо-соболиных и 43 коричневых щенка при средней величине помета 3,66 щенка. От скрещивания серебристо-соболиных с коричневыми норками получили 39 коричневых и 41 серебристо-соболиных. В скрещиваниях коричневых норок между собой получали только коричневых I потомков. Величина помета в двух последних скрещиваниях составляла 4,9-5,2 щенка.

Объяснить расщепление, определить генотипы серебристо-соболиных и коричневых норок.

Анализ

Поскольку серебристо-соболиные норки при скрещивании между собой и с коричневыми всегда дают расщепление, они очевидно гетерозиготны. Для определения числа генов рассмотрим расщепления в опыте:

H 0 - различия по одному гену, расщепление 3:1, χ 2 = 3,2, p>0,05. Отклонение случайно, гипотеза не отвергается.

Соотношение хорошо соответствует расщеплению по одному гену 1:1, χ 2 = 0,05, p>0,80. Отклонение случайно, гипотеза не отвергается.

Сопоставление данных о плодовитости норок в разных скрещиваниях говорит о частичной гибели зигот при скрещивании серебристо-соболиных норок. Можно предполагать гибель доминантных гомозигот. Тогда генотип серебристо-соболиных норок - Аа, коричневых - аа и расщепление в скрещивании не 3:1, а 2:1 (χ 2 = 0,17, p>0,05). Для окончательного утверждения этой гипотезы необходимо поставить дополнительное скрещивание между серебристо-соболиными особями для увеличения выборки и статистической проверки гипотезы 2:1. В некоторых случаях приходится проводить более сложный анализ.

Задача № III.3

В скрещиваниях платиновых, беломордых и грузинских белых лис с серебристо-черными было установлено, что платиновая, беломордая и грузинская белая окраски, вызывающие общее ослабление пигментации и появление различной пегости, не сцеплены с полом. При скрещивании каждого из этих мутантов с серебристо-черными получали расщепление 2:1, причем серебристо-черная окраска была рецессивной. Следовательно, каждая из них контролируется одним доминантным геном с рецессивным летальным действием. О гибели части мутантов свидетельствуют данные о величине помета: серебристо-черные имеют 4,5 щенка на помет, беломордые 3,5, платиновые и грузинские белые - меньше 3,5.

Для того чтобы установить, затрагивают ли эти мутации один ген или разные, были поставлены скрещивания, результаты которых приведены ниже. Тест на аллелизм в данном случае неприменим, так как мутации доминантные:

Объяснить расщепления, определить генотип всех форм.

Анализ

1. Расщепления в скрещиваниях 1 и 2 соответствуют соотношению 1:1:1:1 (χ 2 = 5,83, p>0,10 для скрещивания 1, χ 2 = 0,55, p>0,90 для скрещивания 2). Они могут быть следствием нескольких причин.

1. Поскольку в скрещиваниях 1 и 2 в расщеплении 4 класса и соотношение 1:1:1:1, можно предположить, что исследуемые формы различаются по двум независимо наследуемым доминантным генам с рецессивным летальным действием, взаимодействующим по типу комплементарности. При этом один из генов представлен двумя разными доминантными аллелями.

2. Расщепление 1:1:1:1 может быть следствием тесного сцепления этих двух генов при отсутствии кроссинговера между ними:

(В решетках Пеннета даны фенотипические радикалы - гены, проявляющие свое действие в фенотипе.)

3. Различия в окраске обусловлены тремя независимо наследуемыми доминантными генами с рецессивным летальным действием. В первом (а) и втором (б) скрещиваниях расщепление происходит по двум разным генам.

4. Расщепление 1:1:1:1 может быть следствием тесного сцепления трех взаимодействующих генов при отсутствии кроссинговера.

* (Порядок расположения генов может быть иным, он дан произвольно. )

5. Расщепление в соотношении 1:1:1:1 может быть результатом различий по одному гену, представленному серией из четырех аллелей, три из которых - доминантные с рецессивным летальным действием, а четвертый - рецессивный:

Для того, чтобы сделать выбор между этими гипотезами, было поставлено скрещивание - белых с серебристо-черными.

Если бы признак контролировался двумя или тремя генами, то при их независимом наследовании можно ожидать появления четырех фенотипических классов:

Аналогичный результат должен быть в скрещиваниях белых, полученных от платиновой или грузинской белой лис, с серебристо-черными, однако вместо беломордой при этом должны были появиться платиновые, в чем легко можно убедиться, написав соответствующие скрещивания.

Полученное в проверочном скрещивании расщепление - появление беломордых и грузинских белых лис - можно объяснить либо взаимодействием двух (или трех) тесно сцепленных генов, либо взаимодействием трех аллелей при моногенном различии между исходными формами.

Резкое снижение жизнеспособности белых лис, отмеченное в опыте, говорит в пользу действия аллельных мутаций, так как в этом случае белые лисы по генотипу являются компаундами по двум доминантным мутациям одного гена, причем обе - с рецессивным летальным действием. Трудно ожидать снижения жизнеспособности при взаимодействии двух разных генов (комплементарность). Поэтому сделали вывод, что белая, беломордая, грузинская белая, платиновая и серебристо-черная окраски у лис контролируются серией аллелей одного гена, три из которых - доминантные с рецессивным летальным действием. Генотипы лис: белая A 1 / A 2 , A 1 / A 3 , A 2 / A 3 ; беломордая A 1 / а; платиновая A 3 / а; грузинская белая A 2 / а; серебристо-черная а / а (по Беляеву и др., 1973).

Следует подчеркнуть, что при множественном аллелизме в случае гетерозиготности исходных форм максимальное число фенотипических классов в расщеплении может быть не 3, а 4, как в случае, описанном выше. В популяции же число возможных генотипов при множественном аллелизме многократно возрастает; оно может быть определено по формуле: 1 / 2n (n+1), где n - число аллелей. Например, если имеется 7 аллелей какого-либо локуса, число возможных генотипов в популяции будет равно 28: 1 / 2 ×7×8 = 28.

Влияние рецессивных летальных мутаций на расщепление

Рецессивные аутосомные и сцепленные с полом летали, вызывая гибель гомозигот в скрещиваниях гетерозигот по летали, могут влиять на расщепление по генам, сцепленным с леталькк При этом соотношение потомков в расщеплении зависит от расстояния между изучаемым геном и леталью, а также от типа гетерозиготы - в цис- или транс-положении гены вводятся в гетерозиготу. Для выявления летали обычно ставятся разные проверочные скрещивания. Примером анализа летали служит задача № III.4.

Задача № III.4

В линии дрозофилы из линии № 100, содержащей инверсии, половина самок имели серую, половина - желтую окраску тела, причем желтые самки оказались стерильными. Все самцы этой линии имели желтую окраску. Соотношение самок и самцов отличалось от нормального, оно больше похоже на расщепление 2♀♀:1♂♂. Было высказано предположение, что недостаток самцов в линии № 100, вероятно, связан с наличием летали в Х-хромосоме серых самок, которые, очевидно, гетерозиготны - в линии происходит расщепление на серых и желтых самок. Для установления генетической структуры этой линии и проверки предположения о наличии летали в Х-хромосоме самок были поставлены скрещивания, результаты которых представлены ниже.

Реципрокные скрещивания

Серые самки из F 1 были индивидуально скрещены с желтыми самцами из линии № 100.

Анализ

На основании проведенного анализа запишем схемы всех скрещиваний.

Предложенные гипотезы достаточно хорошо объясняют все результаты. Однако остается невыясненным вопрос о причине стерильности желтых самок в линии № 100. Предлагаем читателю обдумать этот вопрос и предложить какую-либо гипотезу для его объяснения.

У растений многие рецессивные мутации связаны с недостатком или отсутствием хлорофилла, что приводит либо к снижению жизнеспособности растений, либо к их гибели на разных этапах развития. Это служит причиной отклонений в расщеплении, а также вызывает необходимость учета расщеплений не только на проростках, но и на более поздних стадиях развития для определения доли гибели растений и характера наследования признака. Так, у кукурузы гомозиготы по гену wd (white deficiency) имеют белые проростки (расщепление на проростках 3 / 4 зеленых: 1 / 4 белых). Однако спустя 1-3 недели происходит отмирание всех белых растений после использования запасов питательных веществ семени и в наиболее поздних стадиях развития растений расщепление исчезает - 3 зеленых: 0 белых. Аналогичные мутации известны у гороха, ячменя, ржи, пшеницы и др.

Другие мутации вызывают гибель лишь части особей на определенном этапе развития, что приводит к уменьшению доли рецессивов в расщеплении и изменению соотношения фенотипов - 4:1, 5:1 и т. п. Эти соотношения варьируют, поскольку, как правило, жизнеспособность таких мутантов в значительной степени зависит от условий.

У человека пониженная жизнеспособность и летальность вследствие действия рецессивных мутаций проявляется в разные периоды эмбриогенеза и на разных этапах развития. Причины снижения жизнеспособности и летального эффекта могут быть связаны как с генными мутациями, так и с хромосомными аномалиями. Цитогенетический анализ абортивных зародышей позволяет установить причину гибели многих из них. В среднем из-за аберраций хромосом на всех сроках беременности происходит более 42% спонтанных абортов: значительная часть новорожденных с хромосомными аберрациями погибает в течение первого и последующих лет жизни.

Среди генных летальных мутаций, приводящих к внутриутробной гибели или смерти в младенческом возрасте, можно назвать рецессивные мутации, вызывающие талассемию, серповидноклеточную анемию, муковисцедоз, врожденный ихтиоз, анэнцефалию (отсутствие мозга), фенилкетонурию и др.

Для изучения летальных или понижающих жизнеспособность мутаций у человека широко используются цитогенетический и биохимический методы анализа, изучение структуры и активности ферментов в норме и при патологии, а также у гетерозиготных носителей; хроматография, разные типы электрофореза.

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