ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.08.2024
Просмотров: 17
Скачиваний: 0
При аллельном исключении в разных клетках особи активны разные аллельные гены. Например, у женщин в разных клетках активна или отцовская или материнская Х-хромосома, что защищает женщин от проявления гемофилии (плохой свертываемости крови).
Законы Менделя
Выдающийся вклад в науку монаха Грегора (в миру - Иоганн Мендель) состоит в экспериментальном доказательстве наличия единиц наследственности (генов) и описания их важнейших свойств. В частности, Мендель установил 3 основные закономерности, которые описывают правила наследования.
Прежде чем перейти к современной формулировке законов Менделя, необходимо уточнить понятие "признак", как отдельное свойство или качество, по которому одну особь можно отличить от другой. Так, цвет глаз - это признак, который может проявляется в альтернативных вариантах: зеленый, голубой, серый, карий и т.д.; форма кожуры – это признак, а варианты его проявления: гладкая и морщинистая.
I. Закон единообразия гибридов первого поколения: при скрещивании гомозиготных доминантных и гомозиготных рецессивных особей (чистых линий), все гибриды первого поколения единообразны по генотипу и фенотипу.
Пример: при скрещивании чистых линий желтого и зеленого гороха, Мендель получил гибриды первого поколения только желтого цвета. В данном случае желтая окраска семян является доминирующей над зеленой.
II. Закон расщепления альтернативных вариантов признака у гибридов второго поколения: при скрещивании гибридов первого поколения, полученных от чистых родительских линий, у гибридов второго поколения происходит расщепление (проявление в фенотипе) доминантных и рецессивных вариантов признака в соотношении 3:1.
Пример: после того как Мендель скрестил гибридные горошины первого поколения друг с другом, он обнаружил во втором поколении 152824 желтых горошин и 50576 зеленых (отношение 3,004:0,996 или, приблизительно, 3:1).
Прежде чем сформулировать 3 закон Менделя необходимо объяснить, что скрещивание, которое легло в основание 1 и 2 законов Менделя, оценивали по одному признаку – цвету семян. Такое скрещивание называют моногибридным. При формулировке 3 закона Менделя в результатах скрещивания учитывали 2, 3, 4 и более признаков: цвет семян, форму кожуры, длину стебля, форму листьев и т. д. Такое скрещивание называют дигибридным, тригибридным, тетрагибридным и т.д., а обобщенно полигибридным.
III. Закон независимого комбинирования признаков родителей у потомков: при полигибридном скрещивании гибридов первого поколения, полученных от чистых родительских линий, у гибридов второго поколения наблюдается независимое комбинирование (сочетание) признаков.
Пример. Проводя дигибридное скрещивание, т.е. оценивая 2 признака – окраску и форму кожуры гороха, Мендель установил, что эти признаки (окраска и форма) не зависят друг от друга. Все гибриды первого поколения от желтых и гладких (доминантный вариант) и зеленых и морщинистых (рецессивный вариант) были гладкие и желтые. У гибридов второго поколения расщепление по фенотипу было 9:3:3:1 (9-желтые гладкие, 3-желтые морщинистые, 3-зеленые гладкие, 1-зеленые морщинистые). Если сосчитать все желтые и зеленые горошины (независимо от формы семян) то их соотношение окажется 12:4 или 3:1. Если сосчитать все гладкие и морщинистые горошины (независимо от цвета) их соотношение окажется 12:4 или 3:1. В этом и заключается независимость комбинирования.
Открытие Менделя (1865 г.) прошло почти незаметно, но после возрождения менделизма Де Фризом, Корренсом и Чермаком (1900 г.) все осознали, что если существуют отдельные единицы наследственности, то основные известные тогда методы получения новых сортов растений и пород животных принципиально неверны. Считалось, что при гибридизации признаки смешиваются как кофе с молоком или как акварельные краски. Если признаки не смешиваются и не разбавляются, комбинируют независимо и случайно, а приобретенные в течение жизни особенности не наследуются, то селективная работа требует глубокого пересмотра. Многим ученым-селекционерам это не нравилось.
Основным доказательством несостоятельности открытых законов считали неменделирующие признаки. Вот два примера: от брака белой женщины и негра рождаются мулаты с промежуточной пигментацией кожи; цвет тела и длина крыльев мушки-дрозофилы не расщепляются во втором поколении в соотношении 3:1. С другой стороны, даже у такого сложного создания, как человек описано более 2000 менделирующих (т.е. подчиняющихся законам Менделя) признаков: размер глаз, толщина кожи, ямочки на щеках, группы крови и т.д.
Дело в том, что хотя результаты опытов Менделя свидетельствуют о передаче в ряду поколений единиц наследственности, они ничего не говорят о материальных носителях наследственности. Что "это" и где "это" расположено в клетках живых существ? Как объяснить неменделирующее наследование?
Следующий шаг сделал Август Вейсман, связав наследственность с хромосомами. Был замечен параллелизм наследования признаков и поведения хромосом клеточного ядра половых клеток. После мейотического деления число хромосом в одной клетке уменьшается в 2 раза; при расхождении к полюсам негомологичные хромосомы перемещаются независимо друг от друга и комбинируются в дочерних клетках случайным образом, как и признаки при полигибридном скрещивании; в результате оплодотворения хромосомы яйцеклетки и сперматозоида объединяются в удвоенном наборе зиготы.
Из этих наблюдений сделали выводы: 1 – развитие альтернативных вариантов признака объясняется локализацией их материальных носителей в гомологичных хромосомах, 2 – половые клетки, имея только одну гомологичную хромосому, несут один материальный носитель признака (гипотеза чистоты гамет), 3 – материальные носители наследуемых менделирующих признаков размещены в разных т.е. негомологичных хромосомах.
Эти выводы убеждают в хромосомной локализации материальных носителей наследственных признаков – генов (термин "ген" ввел Иогансен в 1909 г.).
Блок дополнительной информации.
Генеалогический метод. Основой метода является составление родословной и ее последующий анализ. Генеалогический анализ позволяет установить: характер признака (наследуемый или ненаследуемый); тип наследования (доминантный, рецессивный, аутосомный, сцепленный с полом); зиготность пробанда – лица, по отношению которого составляется родословная (гомо- или гетерозигота по данному признаку); степень пенетрантности (проявляемости) и экспрессивности (выраженности) данного гена. Метод анализа родословных занимает ведущее положение в генетических исследованиях человека. Он используется для диагностики наследственных болезней и медико-генетического консультирования, позволяет осуществлять генетическую профилактику (предупреждение рождения больного ребенка), а также раннюю профилактику клинических проявлений наследственных болезней.
Близнецовый метод используется для оценки соотносительной роли наследственности и среды в развитии признака. При этом сопоставляется состояние признака в парах монозиготных близнецов, дизиготных близнецов, в парах близнецов и остальной популяции. Монозиготными называются близнецы, образовавшиеся из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны и, естественно, всегда одного пола. Дизиготные близнецы возникают путем оплодотворения двух разных яйцеклеток двумя разными сперматозоидами и развиваются в матке одновременно. С генетической точки зрения они сходны между собой не более, чем обычные братья и сестры, так как имеют в среднем 50% идентичных генов. Однако от последних их отличает большая общность условий внутриутробного и постнатального развития, что также учитывается в генетических исследованиях. Для суждения о роли генотипа или условий развития сравнивают конкордантности (степени сходства) или дискордантности (степени несходства) партнеров по качественным признакам или величины дисперсии количественных признаков. Пара близнецов является конкордантной, если исследуемый признак обнаруживается у обоих партнеров и дискордантной, если признак присутствует лишь у одного из близнецов. Чем выше конкордантность, тем большую роль в развитии признака играет наследственность. Совпадение значений конкордантности парах моно- и дизиготных близнецов свидетельствует о преобладающем значении факторов среды в развитии признака.
Метод приемных детей заключается в анализе признаков приемных детей. Этот метод исключает наследственность обнаруженных у приемных детей сходных признаков и доказывает роль среды воспитания.
Цитогенетический метод заключается в изучении хромосом при помощи микроскопа. Чаще объектом микроскопирования служат митотические (метафазные), реже мейотические (профазные и метафазные) хромосомы. Применяемые гистологические методы дают сплошную или дифференциальную окраску вещества хромосом, что позволяет провести их групповую или индивидуальную идентификацию. Цитогенетический метод позволяет: 1) изучить кариотип организма; 2) уточнить число хромосомных наборов, количество и морфологию отдельных хромосом для диагностики хромосомных болезней; 3) составлять генетические карты хромосом; 4) изучить геномные и хромосомные мутации. Цитогенетический метод позволяет определять половой хроматин. В клетках мужского организма Х-хромосома всегда выполняет активную функцию, у женщин одна Х-хромосома играет важную роль и определяет развитие женского пола, а вторая находится в неактивном, спирализованном состоянии (тельце Бара). Это маленькая, хорошо окрашиваемая структура на внутренней поверхности ядерной мембраны соматических клеток. При любом количестве Х-хромосом в активном состоянии будет только одна, другие будут образовывать тельце Бара. Следовательно, половой хроматин в норме выявляется только у женщин и отсутствует у мужчин. Определение Х-полового хроматина у плода помогает своевременно определить его пол, что важно при диагностике наследственных заболеваний, связанных с анеуплоидиями по половым хромосомам.
Популяционно-статистический метод. Изучение генетической структуры популяции является необходимым компонентом для понимания многих проблем биологии человека. В основе популяционно-статистического метода лежит закон Харди-Вайнберга, или закон генетической стабильности популяций. Суть закона заключается в том, что при определенных условиях соотношения частот доминантных и рецессивных аллелей, гомо- и гетерозигот, сложившиеся в генофонде панмиксической популяции, сохраняются неизменным в ряду поколений. Данный метод может применяться при исследованиях частот встречаемости интересующих генов в популяции, в том числе наследственных патологий, для выяснения роли средовых и наследственных факторов в возникновении болезней и фенотипического полиморфизма.
Биохимический метод. Многие патологические состояния человека обусловлены различными нарушениями нормального хода обмена веществ, что устанавливается соответствующими биохимическими методами. Ярким примером может служить сахарный диабет, возникающий при недостаточной выработке инсулина. Фенилкетонурия связана с отсутствием фермента, превращающего фенилаланин в тирозин. В крови резко повышается содержание фенилаланина, который превращается в фенилпировиноградную кислоту. Развивается слабоумие, как следствие поражения ЦНС. Биохимические методы позволяют диагностировать гетерозиготное носительство нежелательного аллеля. Это возможно в тех случаях, когда интересующий врача-генетика аллель проявляет свойства кодоминантности или же имеет место дозовый эффект и выраженность признака доминантной гомозиготы и гетерозиготы различна. Так, при электрофоретическом анализе гемоглобина гетерозигот HbA/HbS обнаруживается как нормальный, так и аномальный белок. Гетерозиготные носители рецессивного аллеля фенилкетонурии реагируют на введение фенилаланина более сильным повышением концентрации аминокислоты в плазме крови, чем нормальные гомозиготы. Биохимические методы широко используются в медико-генетическом консультировании для определения вероятности рождения ребенка с наследственным заболеванием.
Возможности и ограничения методов генетики связаны с особенностями человека, как объекта генетических исследований, который имеет как преимущества, так и недостатки. Так в человеческом обществе невозможны целенаправленный подбор родительских пар и экспериментальные браки. В настоящее время большинство семей имеет не более 2 – 3 детей, что недостаточно для корректного статистического анализа распределения признаков в потомстве. Продолжительность репродуктивной жизни одного поколения людей 25 – 30 лет, а минимальный период до наступления половой зрелости – 13 – 15 лет. Таким образом, генетик не может наблюдать непосредственно более 1 – 2 поколений. У человека сложный кариотип, много групп сцепления. Если допустить, что каждая пара гомологичных хромосом содержит всего по паре аллелей, то и тогда благодаря независимому комбинированию хромосом в мейозе гетерозиготные особи могут дать 8388608 разных типов гамет. Однако количество локусов только в Х-хромосоме составляет 92. Суммарное число генов в геноме человека составляет 104 – 105. Генетическое разнообразие и значительная вариабельность экологических и социальных условий жизни приводят к большой фенотипической изменчивости людей.
Преимущество человека как объекта исследования перед другими живыми организмами заключается в высоком уровне изученности его фенотипа ‑ анатомических, физиологических, биохимических, иммунологических, поведенческих и прочих признаков.
Успехи в изучении генетики человека позволяют качественно проводить медико-генетическое консультирование, основной целью которого является предупреждение рождения ребенка с тяжелыми наследственными заболеваниями, а также консультирование по проблемам планирования семьи.
Дополнительная литература.
-
Биология / под ред. В.Н. Ярыгина. – М.: Медицина, 1985. – 560 с
-
Приходченко, Н.Н. Основы генетики человека / Н.Н. Приходченко, Т.П. Шкурат – Ростов н/Д.: Феникс, 1997. – 368 с.