Koncept ekspresivnosti i penetracije gena. Vrijednost jedinstva vanjskog i unutrašnjeg okruženja u razvoju organizma. prodornost i ekspresivnost. Šta? Fenotipski parametri ispoljavanja ekspresivnosti i penetracije genotipa

Mnogi genetske bolesti jasno definisani u porodici; one. abnormalni fenotip se lako razlikuje od normalnog. Iz kliničkog iskustva, međutim, poznato je da se neke bolesti mogu i ne manifestirati, iako osoba ima isti genotip koji uzrokuje bolest kod ostalih članova porodice. U drugim slučajevima, ista bolest može imati izuzetno varijabilnu prezentaciju u smislu kliničke težine, raspona simptoma ili starosti početka.

Fenotipska ekspresija abnormalni genotip mogu biti modificirani efektima starenja, drugih genetskih lokusa ili faktora okoline. Razlike u izražavanju često mogu dovesti do poteškoća u tumačenju dijagnoze i pedigrea. Postoje dva različita mehanizma koji mogu objasniti razlike u ekspresiji: smanjena penetracija i varijabilna ekspresivnost.

Penetrance- vjerovatnoća da će gen imati bilo kakve fenotipske manifestacije. Ako je učestalost ekspresije fenotipa manja od 100%, tj. postoje osobe koje imaju odgovarajući genotip bez ikakvih njegovih manifestacija, kažu da gen ima nepotpunu penetraciju. Penetracija je koncept sve ili ništa. Ovo je postotak ljudi s patološkim genotipom i njegovim manifestacijama, barem donekle.

ekspresivnost- ozbiljnost ekspresije fenotipa kod osoba sa jednim patološkim genotipom. Kada se težina bolesti razlikuje između osoba koje imaju isti genotip, kaže se da fenotip ima promjenjivu ekspresivnost. Čak i unutar istog pedigrea, dvije osobe koje nose iste mutantne gene mogu imati neke od istih znakova i simptoma, a druge manifestacije bolesti mogu se razlikovati ovisno o zahvaćenim tkivima i organima.

Neki teškoće u razumijevanju nasljeđivanja fenotipa bolesti, koji proizilazi iz starosne penetracije i varijabilne ekspresivnosti, može se razmotriti na primjeru autosomno dominantne neurofibromatoze NF1. Neurofibromatoza tip 1 je čest poremećaj nervnog sistema, očiju i kože, koji se javlja kod otprilike 1 od 3.500 porođaja. Nema značajnih razlika u učestalosti bolesti među etničkim grupama.

Primjer nasljeđivanja neurofibromatoze tipa 1 - NF1

Neurofibromatoza tip 1(NF1) karakterizira rast u koži brojnih benignih volumetrijskih tumora, neurofibroma; prisustvo brojnih, ravnih, nepravilnih pigmentiranih mrlja na koži poznatih kao mrlje od kafe ili mrlje od kafea; rast malih benignih tumora (hamartoma) u šarenici oka (Lish čvorovi); ponekad mentalna retardacija, tumori CNS-a, diseminirani pleksiformni neurofibromi i razvoj malignih tumora nervnog sistema ili mišića. Dakle, bolest ima pleiotropni fenotip.

1. tip(NF1) prvi je u potpunosti opisao liječnik von Recklinghausen 1882. godine, ali je bolest vjerovatno poznata od davnina. Iako odrasli heterozigoti gotovo uvijek imaju neki oblik bolesti (tj. 100% penetrantnost odraslih), neki mogu imati samo mrlje od kafe, aksilarne pjege i Lischove čvorove, dok drugi mogu imati po život opasne benigne tumore koji zahvaćaju kičmenu moždinu ili maligne sarkome ekstremiteti.

Dakle, postoji promenljiva ekspresivnost; čak i unutar istog pedigrea, neki pacijenti su ozbiljno pogođeni, a drugi samo blago. Dijagnoza je teža kod djece jer se simptomi postepeno razvijaju s godinama. Na primjer, u neonatalnom periodu manje od polovine oboljelih ima barem najblaži znak bolesti, mrlje od "kafe". Penetracija stoga zavisi od starosti.

AT NF1 gen pronađene su mnoge različite mutacije koje uzrokuju smanjenje funkcije genskog proizvoda, neurofibromina. Otprilike polovina slučajeva NF1 uzrokovana je novom, a ne nasljednom mutacijom.

Glavni genetski problem u savjetodavne porodice pacijenata sa NF1- potreba izbora između dvije podjednako vjerovatne mogućnosti: probandova bolest je sporadična, tj. nova mutacija, ili je pacijent naslijedio klinički značajan oblik bolesti od roditelja kod kojeg je gen prisutan, ali slabo ispoljen. Ako je proband naslijedio defekt, rizik da će neko od njegove ili njene braće i sestara također naslijediti bolest je 50%; ali ako proband ima novu mutaciju, postoji vrlo mali rizik za braću i sestre.

Važno je da u oba slučaja postoji rizik da će pacijent prenijeti gen potomstvo, iznosi 50%. S obzirom na ovu neizvjesnost, porodice pacijenata sa NF1 moraju biti svjesne da se bolest može otkriti presimptomatski, pa čak i prenatalno korištenjem molekularne genetske analize. Nažalost, molekularna dijagnostika obično može odgovoriti samo na pitanje hoće li se bolest razviti, ali ne može odrediti njenu težinu. Sa izuzetkom povezanosti potpune delecije gena sa dismorfijama, mentalnom retardacijom i velikim brojem neurofibroma u ranoj dobi, nije pronađena korelacija između težine fenotipa i specifičnih mutacija u genu NF1.

Još jedan primjer autosomno dominantne malformacije s nepotpunom penetracijom je ektrodaktilijski poremećaj podjele ruke. Malformacija se javlja u šestoj ili sedmoj nedelji razvoja, kada se formiraju šake i stopala. Bolest pokazuje lokusnu heterogenost. Identificirano je najmanje pet lokusa, iako je odgovorni gen zapravo potvrđen u samo nekoliko njih. Nepotpuna penetracija u pedigreima sa malformacijama šake može dovesti do preskočenih generacija, a to otežava genetsko savjetovanje jer osoba s normalnim rukama ipak može prenijeti gen bolesti i tako imati oboljelu djecu.

Iako općenito pravila nasljeđivanja monogene bolesti može se lako klasificirati kao autozomno ili X-vezano i dominantno ili recesivno, nasljeđe u individualnom pedigreu može biti prikriveno mnogim drugim faktorima koji otežavaju tumačenje načina nasljeđivanja.

Dijagnostičke poteškoće mogu biti uzrokovane nepotpunim prodornost ili varijabilna izraženost bolesti; na ekspresiju gena mogu uticati drugi geni i faktori okoline; neki genotipovi ne prežive do rođenja; možda nema tačnih informacija o prisutnosti bolesti u rođacima ili porodičnim odnosima; dominantne i X-vezane bolesti mogu uzrokovati nove mutacije; i konačno, sa malom veličinom porodice koja je danas tipična za većinu razvijenih zemalja, pacijent može slučajno biti jedini pacijent u porodici, kada je vrlo teško odlučiti se o vrsti nasljeđivanja.

genetska bolest može se pojaviti u bilo kom trenutku tokom života osobe, od ranog razvoja fetusa do starosti. Neki mogu biti smrtonosni in utero, drugi mogu ometati normalan razvoj fetusa i biti otkriveni prenatalno (npr. ultrazvukom), ali su kompatibilni sa živorođenim; drugi se mogu identifikovati tek nakon rođenja. (Genetske i kongenitalne bolesti se često brkaju.

K (P) = x 100%, gdje je K (P) penetracija, n je broj potomaka u kojima se osobina manifestirala, N je ukupan broj potomaka.

ekspresivnost je stepen fenotipske manifestacije osobine koju kontroliše dati gen. Na primjer, intenzitet pigmentacije kože kod ljudi, koji se povećava s povećanjem broja dominantnih alela (A 1, A 2, A 3, A 4) u polimernom genskom sistemu: dominantni aleli koji određuju razvoj crne kože - A 1, A 2, A 3, A 4, recesivni aleli bijele kože - a 1, a 2, a 3, a 4 Bijela - a 1 a 1 a 2 a 2, A 1 a 1 a 2 a 2 - svijetloputi mulat, A 1 A 1 a 2 a 2 - mulat tamnoputi,

A 1 A 1 A 2 a 2 je tamni mulat, A 1 A 1 A 2 A 2 je crni crnac.

Uticaj faktora okoline izražava se povećanjem stepena pigmentacije kože kod osobe sa jednim genotipom - A 1 a 1 a 2 a 2 pod uticajem ultraljubičastih zraka.

Doza gena odražava razvoj šizofrenije - kod homozigota je penetrantnost 100%, a kod heterozigota 20%. Tijek, razvoj patoloških stanja može se promatrati u obliku blagih i teških manifestacija - hipertenzije, dijabetes melitusa i drugih znakova.

anemija srpastih ćelija- Ovo je nasledna hemoglobinopatija, nasleđena autosomno recesivno. Uzrok bolesti je patološki gen "s", koji formira abnormalni hemoglobin (HbS), u čijoj molekuli se, umjesto glutaminske kiseline, nalazi valin na 6. poziciji ß-lanca. Genetski defekt je tačkasta genska mutacija koja se javlja u strukturnom DNK genu koji kodira ß-lance hemoglobina. Patološki hemoglobin je dobio ime S - hemoglobin od riječi "sicsle" - srp, jer eritrocit koji nosi ovaj abnormalni protein poprima oblik polumjeseca.

Pod mikroskopom, defektne krvne ćelije imaju oblik skraćenog kruga ili polumjeseca, za razliku od normalnih okruglih stanica. Za koji se ovaj oblik hemoglobinopatije naziva anemija srpastih ćelija. Srpasti eritrociti uzrokuju povećanje viskoznosti krvi, stvaraju mehaničku barijeru u malim arteriolama i kapilarama. Nisu u stanju da se savijaju i prolaze kroz sićušne uske žile, zbog čega neka tkiva i organi ne primaju potrebne tvari i kisik. Osim toga, eritrociti u obliku srpa su manje otporni na mehanički stres, što dovodi do njihove hemolize. Masivno uništavanje ćelija aktivira sistem zgrušavanja krvi. Povećana tromboza. Tromboza u raznim organima, uklj. u slezeni, koja postepeno atrofira nakon hipertrofije.

Postoji više od 26 supstitucijskih varijanti u alfa lancu i 31 varijanta u beta lancu. Zamjena najmanje jedne aminokiseline mijenja primarnu strukturu proteina, prostorni raspored njegovih dijelova i, shodno tome, funkciju hemoglobina. Polimorfizam hemoglobina očigledno ima adaptivnu vrijednost.

Interakcija alela koji određuju nastanak hemoglobinopatija određena je različitim oblicima interakcije alelnih gena (nepotpuna dominacija, overdominacija i kodominacija).

Po vrsti nepotpune dominacije manifestiraju se heterozigotni Ss nosioci hemoglobinskog HbS gena (HbANbS).

a) Kada se spoljni uslovi sredine promene na nivou mora, heterozigoti imaju normalan oblik eritrocita i normalnu koncentraciju hemoglobina u krvi (potpuna dominacija S nad s).

b) Na velikim nadmorskim visinama (više od 2,5-3 hiljade m), kod heterozigota, koncentracija hemoglobina je snižena, pojavljuju se eritrociti u obliku polumjeseca (nepotpuna dominacija S nad s), uočava se klinička manifestacija anemije. Ovaj primjer pokazuje da dominacija može zavisiti ne samo od genotipa, već i od uslova okoline.

prevladavanje opažene su kod Ss heterozigota sa HbANbS hemoglobinskim oblicima, manje su podložni malariji i karakteriše ih otpornost na malariju, homozigoti sa HbANbA hemoglobinskim oblicima su osetljiviji na malariju. U tropskoj Africi i drugim područjima gdje je malarija uobičajena, sva tri genotipa - SS, Ss i ss (20-40% heterozigotne populacije - Ss) su stalno prisutna u ljudskim populacijama. Pokazalo se da je očuvanje smrtonosnog (smrtonosnog) alela(a) u ljudskoj populaciji zbog činjenice da su heterozigoti (Ss) otporniji na malariju i anemija nema kliničke manifestacije od homozigota za normalan gen, njihov genotip. je SS, oblik hemoglobina je HbA/HbA - osjetljivi su na malariju (teška bolest je često smrtonosna), te stoga imaju selektivnu prednost. Osobe sa HbS/HbS hemoglobinom i ss genotipom (smrtonosno - teški oblik anemije). Dakle, osobe sa eritrocitnim HbA / HbS - Ss genotipom imaju prioritet:

HbA/HbA < HbА /HbS > HbS/HbS.

Konačno, u eritrocitima nosača HbAHbS, obje varijante beta-globinskih lanaca prisutne su u jednakim količinama - normalni A i mutant S, tj. kodiranje.

Talasemija- Ovo je takođe nasledni poremećaj krvi, odnosi se na autosomno recesivnu mutaciju. Osoba s talasemijom ne može proizvesti dovoljno hemoglobina, koji se nalazi u crvenim krvnim zrncima da prenosi kisik cijelim tijelom. Ako nema dovoljno hemoglobina u crvenim krvnim zrncima, kiseonik ne stiže do svih delova tela. Organima počinje nedostajati kisik i ne mogu normalno funkcionirati. Postoje dvije vrste talasemije, alfa i beta, nazvane po dva proteinska lanca koji čine normalni hemoglobin. I alfa i beta talasemije imaju akutne i neakutne oblike. Recesivni homozigoti za talasemiju su smrtonosni, dok su heterozigoti održivi. Liječi kao anemiju srpastih stanica do hemoglobinopatija

NEALELNI geni su geni locirani na različitim lokusima (lokacijama) homolognih i nehomolognih hromozoma. Nealelni geni su označeni različitim slovima (A, B, C).

PENETRACIJA PENETRACIJA

(od latinskog penetrans, genus case penetrantis - prodoran, dosezanje), učestalost ispoljavanja alela određenog gena kod različitih jedinki srodne grupe organizama. Izraz "P." koju je 1927. predložio N. V. Timofejev-Resovski. Postoje potpuni P. (alel se pojavljuje kod svih pojedinaca) i nepotpuni P. (alel se ne pojavljuje kod nekih osoba). Kvantitativno, P. je izražen u % jedinki, kod kojih se ovaj alel manifestuje (100% - kompletan P.). Nepotpuna P. je karakteristična za ispoljavanje mnogih. geni. Na primjer, kod osobe P. kongenitalna dislokacija kuka 25%, P. defekt oka - kolobom - cca. pedeset%. Nepotpuna P. može biti zasnovana i na genetskoj. uzroci i uticaj spoljašnjih. uslovima. Poznavanje mehanizama P. i prirode P. određenih alela je važno u medicinskoj genetici. konsultacije i određivanje mogućeg genotipa "zdravih" ljudi, rođaci koji su imali nasljedstva, bolesti. Manifestacija gena koji kontroliraju spolno ograničene osobine (npr. boju perja, proizvodnju jaja, sadržaj mliječne masti), kao i spolno zavisne osobine, mogu se smatrati posebnim slučajevima nepotpune P.. Na primjer, alel gena koji uzrokuje ćelavost kod muškaraca heterozigotnih za ovaj alel ne pojavljuje se kod heterozigotnih žena. U homozigotnom stanju, ovaj alel uzrokuje ćelavost kod muškaraca i stanjivanje kose kod žena. (vidi IZRAŽAVANJE).

.(Izvor: "Biološki enciklopedijski rečnik." Glavni urednik M. S. Giljarov; Uredništvo: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin i drugi - 2. izd., ispravljeno. - M.: Sov. enciklopedija, 1986.)

Pogledajte šta je "PENETRACIJA" u drugim rječnicima:

- (populacijska genetika) indikator fenotipske manifestacije alela u populaciji. Definiše se kao omjer (obično kao postotak) broja individua kod kojih su uočene fenotipske manifestacije prisustva alela, prema ukupnom broju jedinki, u ... ... Wikipedia

- (od lat. penetrans genus n. penetrantis prodoran), učestalost ispoljavanja gena, određena brojem jedinki (unutar srodne grupe organizama) koje ispoljavaju osobinu koju kontroliše ovaj gen... Veliki enciklopedijski rječnik

Penetrance. Vidi ekspresiju gena. (Izvor: "Engleski ruski eksplanatorni rečnik genetskih pojmova". Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskva: Izdavačka kuća VNIRO, 1995.) ... Molekularna biologija i genetika. Rječnik.

PENETRACIJA- (od latinskog penetro prodirem, dostižem), učestalost kojom se dominantni ili recesivni gen u homozigotnom stanju manifestuje fenotipski. Termin je uveo N. V. Timofejev Resovski (1927). Ekološki enciklopedijski rječnik. Kišinjev: Početna… … Ekološki rječnik

prodornost- i dobro. penetracija f. Biol. sl. 377 ... Istorijski rečnik galicizama ruskog jezika

prodornost- manifestacija gena Učestalost ispoljavanja određenog alela u grupi srodnih organizama (u ovom slučaju stepen njegove manifestacije kod pojedinca naziva se ekspresivnost); kod potpunog P., manifestacija alela se odvija kod svih individua uzorka, većina ... ... Priručnik tehničkog prevodioca

Penetrance- * penetrantnost * učestalost penetracije ili vjerovatnoća ispoljavanja gena (alela) u grupi srodnih organizama u odgovarajućim uslovima sredine. P. je određen udjelom jedinki (u%) nosilaca proučavanog gena (alela) u kojima je ... ... Genetika. enciklopedijski rječnik

PENETRACIJA- (ponavljanje) učestalost kojom dato svojstvo kontroliše određeni gen. Potpuna penetracija se opaža kada je ova osobina prisutna kod svih pojedinaca u čijem tijelu je prisutan ovaj ili onaj gen. Ako… … Eksplanatorni medicinski rječnik

- (od lat. penetrans, rod n. penetrantis prodoran), učestalost ispoljavanja gena, određena brojem jedinki (unutar srodne grupe organizama) kod kojih se manifestuje osobina koju kontroliše ovaj gen. * * * PENETRACIJA… … enciklopedijski rječnik

- (od latinskog penetro prodirem, dostižem) kvantitativni pokazatelj fenotipske varijabilnosti ekspresije gena. Mjeri se (obično u %) omjerom broja individua u kojima se dati gen manifestirao u fenotipu prema ukupnom broju individua u genotipu ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Predavanje na temu "Nasljeđivanje osobina kod monohibridnih, dihibridnih i polihibridnih ukrštanja. Interakcija između gena. Penetracija i ekspresivnost gena", za specijalnost Opšta medicina, EP. 05 LJUDSKA GENETIKA SA OSNOVAMA MEDICINSKOG GENETIKA

Skinuti:

Pregled:

PREDAVANJE

TEMA: Nasljeđivanje osobina kod monohibridnih, dihibridnih i polihibridnih ukrštanja. Interakcija između gena. Penetracija i ekspresivnost gena.

PLAN.

1. Genotip i fenotip.
2. Interakcija alelnih i nealelnih gena: potpuna i nepotpuna dominacija, kodominacija, epistaza, komplementarnost, polimerizam, pleiotropija.

1. Suština zakona nasljeđivanja osobina kod ljudi.

Glavne obrasce nasljeđivanja osobina u generacijama otkrio je češki istraživač G. Mendel, koji je 1866.

Prije G. Mendela, teorija takozvanog "stopljenog" nasljeđa bila je općenito prihvaćena. Njegova suština je bila da su se tokom oplodnje muški i ženski "početci" pomiješali "kao boje u čaši vode", čime je nastao novi organizam.

G. Mendel je postavio temelje idejama o diskretnoj prirodi nasljedne supstance io njenoj distribuciji tokom formiranja zametnih ćelija kod hibrida.

U svakom eksperimentu fokusirao se na jednu osobinu, a ne na biljku u cjelini, odabirao je one osobine po kojima su se biljke jasno razlikovale.

Prije nego što je ukrstio biljke jedne s drugima, uvjerio se da pripadajučiste linije. Da bi to učinio, G. Mendel je dvije godine uzgajao različite sorte graška kako bi odabrao one linije u kojima se ta osobina uvijek reprodukovala u potomstvu iz generacije u generaciju (boja kotiledona, raspored cvjetova, dužina biljke itd.).

Prvo G. Mendelovi eksperimenti uzeli su u obzir samo jedan par znakova. Ovaj prelaz se zove monohibrid.

Monohibrid naziva ukrštanje, koje uzima u obzir obrasce nasljeđivanja jednog para kontrastnih, alternativnih osobina.

sign - bilo koje svojstvo organizma, odnosno bilo koji njegov pojedinačni kvalitet ili svojstvo, po kojem se mogu razlikovati dvije jedinke. Kod biljaka to su oblik vjenčića (npr. simetrično-asimetričan) ili njegova boja (ljubičasto-bijela), brzina sazrijevanja biljke (rano-kasno sazrijevanje), otpornost ili podložnost bolestima itd.

• U početku su se osobine nazivale aleli. Kasnije su se riječi "alel" i "gen" počele koristiti kao sinonimi. Alelni geni (geni koji određuju istu osobinu) nalaze se u istom lokusu homolognih hromozoma. Jedan diploidni organizam ne može imati više od dva alela istog gena. Podsjetimo da je od svakog roditelja primljen po jedan gen.

Slika 16 Alelni geni.

monohibridnog ukrštanja.

Ukrštanjem biljaka sa žutim sjemenom sa biljkama sa zelenim sjemenkama u prvoj generaciji hibrida, dobivene su biljke samo sa žutim sjemenom.

U potomstvu nije bilo prelaznih oblika.

Oni su, zauzvrat, ukršteni jedni s drugima, dali su potomstvo koje se sastojalo od biljaka, i sa žutim i zelenim sjemenkama. Omjer žutih i zelenih sjemenki bio je 3:1.

Sumirajući niz eksperimenata na različitim karakteristikama graška, formulisani su osnovni Mendelovi zakoni.

1. Zakon dominacije ili Zakon uniformnostiprve generacije hibrida.

Ukrštanjem jedinki koje se međusobno razlikuju po jednom svojstvu, u prvoj generaciji hibrida dobijaju se ujednačeni potomci koji su slični samo jednom od roditelja.

Odgovarajuća karakteristika drugog roditelja nije prikazana.

Osobina koja se pojavila u prvoj generaciji hibrida se zove dominantan i nemanifestovan - recesivno svojstvo.

Kod ljudi tipičan primjer dominantne osobine je brahidaktilija (ujednačeno skraćivanje prstiju), a recesivna je odsustvo enzima fenilalanin hidroksilaze, što dovodi do razvoja teške bolesti - fenilketonurije.

1. zakon cijepanjau drugoj generaciji hibrida pojavljuju se jedinke sa dominantnim i recesivnim osobinama u omjeru 3:1.

G. Mendel je uveo simbole: A – za dominantnu i a – za recesivnu osobinu, implicirajući da su same osobine određene diskretnim faktorima nasljednosti – sklonostima (kasnije su nazvane geni).

Polne ćelije svakog roditelja nose jedan od ovih gena.

U eksperimentima s graškom, u gametama jednog od roditelja nalazi se gen koji određuje žutu boju sjemena, a drugi - zelenu boju sjemena. Takvi odgovarajući geni se nazivaju alelni geni.

• Alel (od grčkog a11e1op - drugi, različiti) - jedan od dva ili više alternativnih oblika gena koji ima specifičnu lokalizaciju na hromozomu i jedinstvenu sekvencu nukleotida.

Uobičajeno je označavanje abecednim znakovima:

1. roditeljski organizmi - P,
2. prva generacija hibrida - F1i druga generacija - F2dobiveno ukrštanjem jedinki prve generacije međusobno.

Roditeljske biljke koje pripadaju čistim linijama imaju ili dva dominantna (AA) ili dva recesivna (aa) alela i formiraju samo jedan tip gameta (A ili a, respektivno).

Takvi organizmi se nazivaju homozigot.

Svi njihovi potomci F1nosiće i gen za dominantno i gen za recesivno svojstvo, tj. to će heterozigot.

Na doslovnoj slici to izgleda ovako:

Ako uzmemo u obzir boju sjemena graška, onda će roditeljske žute sjemenke biti homozigoti, dok će žute sjemenke nastale ukrštanjem biti heterozigoti, tj. oni će imati različite genotipove (Aa).

Kod ljudi, primjer monohibridnog ukrštanja je većina brakova između heterozigotnih nosilaca recesivnih patoloških alela odgovornih za različite oblike metaboličkih poremećaja (galaktozemiju, fenilketonuriju itd.)

Sve gore opisano odnosi se na nasljeđivanje alternativnih manifestacija jedne osobine.

Dihibridno ukrštanje.

1. Zakon nezavisnog nasljeđivanja osobina: kod di- i polihibridaU ukrštanju hibrida, svaki par osobina se nasljeđuje nezavisno jedno od drugog, dijeleći se u omjeru 3:1, i može se nezavisno kombinovati sa drugim osobinama.

U jednom od eksperimenata, G. Mendel je ukrštao biljke sa okruglim žutim (dominantnim) sjemenkama sa biljkama čije je sjeme zeleno i naborano (recesivno).

Geni odgovorni za okrugli oblik sjemena i njihovu žutu boju (označimo ih slovima K i G, redom) dominiraju njihovim alelima koji određuju naborani oblik (k) i zelenu boju (g).

Odnos četiri vrste semena u drugoj generaciji F2 hibrida bio je sledeći: 315 okruglo žuto, 108 okruglo zeleno, 101 naborano žuto i 32 naborano zeleno, respektivno. Ovaj rezultat se dobro slagao sa očekivanom distribucijom od 9:3:3:1 zasnovanom na hipotezi nezavisnog prenosa osobina, budući da je odnos 3:1 dobro uočen za svaku pojedinačnu osobinu.

Sličan primjer ukrštanja dva heterozigota kod ljudi je brak dvije kratkovidne individue s normalnom pigmentacijom, budući da kod ljudi gen za miopiju (A) dominira nad normalnom m vid (a), a gen koji određuje normalnu pigmentaciju (B) dominira nad albinizmom (c). U takvom braku oba roditelja će imati genotip AaBv i formirati četiri tipa gameta: AB, AB, aB, av. Podjela prema fenotipu kod djece će biti sljedeća: 9 - kratkovidni, sa normalnom pigmentacijom; 3 - kratkovidni, albino; 3 - normalan vid, normalna pigmentacija; 1 - normalan vid, albino. Ali ako uzmemo u obzir sve potomke samo za jedan par osobina, onda se ispostavi da se svaka osobina dijeli u omjeru 3:1, tj. karakteristike se ponašaju nezavisno.

1. Genotip i fenotip.

Genotip je totalitet geni karakteriše ovaj organizam.

Fenotip - totalitet znakovi , koji se manifestuje kao rezultat akcije geni u određenim uslovima okruženje. Ovaj termin se takođe može koristiti u vezi sajedna od alternativa.

1. Interakcija alelnih i nealelnih gena:

potpuna i nepotpuna dominacija,

kodiranje, epistaza,

komplementarnost,

polimerizam, pleiotropija.

Interakcija alelnih gena

Takav oblik interakcije alelnih gena kao što su dominacija i recesivnost je primjer alelnih interakcija.

Međutim, ubrzo nakon drugog otkrića Mendelovih zakona, otkrivene su činjenice koje ukazuju na postojanje drugih oblika međugenskih odnosa u sistemu genotipova.

Tako se pokazalo da je dominacija nekih osobina nad drugima raširena, ali ne i univerzalna pojava.

U nekim slučajevima postojinepotpuna dominacija: F1 hibrid karakteriše srednja osobina između roditeljskih. Takav primjer je pojava ružičastih cvjetova zmajeva kada se ukrste crveni i bijeli cvjetovi. U ovom slučaju, razlike u boji su posljedica para alelnih gena u kojima nema dominacije.

Mnogi, možda svi, geni u različitim organizmima postoje u više od dva alelna oblika, iako jedan diploidni organizam ne može nositi više od dva alela. Ovaj fenomenvišestruki alelizam.

T. Morgan i njegovi saradnici po prvi put su otkrili više alela u bijelom lokusu u Drosophili. Posebnost alelnih odnosa je u tome što se aleli mogu poredati u nizu u opadajućem redosledu stepena dominacije.

Dakle, gen crvenih očiju - divlji (najčešći u prirodi) tip - će dominirati nad svim ostalim alelima. Ukupno ih ima oko 15. Svaki sljedeći član serije alela će dominirati svim ostalim članovima osim prethodnog. Postojanjeviše alelasamo po sebi ukazuje na relativnu prirodu dominacije, kao i na činjenicu da se ona manifestuje u specifičnim uslovima sredine.

Postoje slučajevi kada odnos dominacije i recesivnosti izostaje i oba alela se pojavljuju u fenotipu. Ovdje govorimo oko-dominacija.

Na primjer, ako jedan od roditelja ima krvnu grupu A, a drugi - B, tada u krvi njihove djece postoje antigeni karakteristični i za grupu A i za grupu B. Takvi geni se nazivaju kodominantnim geni. Oni su predstavljeni sa dva ili više alela.

Interakcija nealelnih gena:komplementarnost, epistaza i polimerizam.

Primjer komplementarne interakcije gena kod ljudi je formiranje specifičnog proteina interferona u imunokompetentnim stanicama tijela, povezano s interakcijom dva nealelna gena smještena na različitim kromosomima.

epistaza - potiskivanje jednog gena drugim, nealelnim genom.

Gen supresor - supresor, djeluje na supresirani gen po principu bliskom dominaciji - recesivnosti. Razlika je u tome što nisu alelni, tj. zauzimaju različite lokuse na homolognim i nehomolognim X hromozomima.

Primjer ljudske epistaze je takozvani "Bombajski fenotip". Poznato je da je nasljeđivanje ABO krvnih grupa kod ljudi pod kontrolom jednog gena (I), u kojem se razlikuju 3 alela - 1 a , I b , I o . Za implementaciju informacija svakog alela neophodno je prisustvo dominantnog alela H drugog genskog lokusa.

Ako je jedinka homozigotna za H-sistem (tj. hh), tada je alel I b ABO sistem ne može pokazati svoj efekat. Osoba sa genetskom konstitucijom BB i BO mora imati III krvnu grupu. Ako je i homozigot hh, tada se u reakciji aglutinacije kod njega neće pojaviti alel B, a osoba će biti prepoznata kao prva krvna grupa.

Polimerizam.

Za polimerizam kažu u slučaju prisustva više gena koji podjednako utiču na jednu osobinu.

Njihovo djelovanje je često kumulativno.

Manifestacija. takva akcija će zavisiti od broja dominantnih alela.

Dakle, uz aditivno djelovanje, fenotip će biti izraženiji kod AABB genotipa nego kod AaBv. Na primjer, pigmentacija ljudske kože varira od bijele do crne. Iz brakova između crnaca i bijelaca rađaju se djeca srednje boje kože, takozvani mulati. U slučaju brakova između mulata, potomci mogu imati bilo koju boju kože - od crne do bijele. Pretpostavlja se da je razlika u pigmentaciji kože između bijelaca i crnaca posljedica djelovanja tri ili četiri nealelna gena, od kojih svaki kvantitativno utječe na boju kože na približno isti način.

Pleiotropno djelovanje genanezavisno ili autonomno delovanje gena u različitim organima i tkivima, drugim rečima, uticaj jednog gena na formiranje više osobina.

Primarna pleiotropijazbog biohemijskih mehanizama djelovanja mutantnog proteina ili enzima - primarnih proizvoda mutantnih alela. Navedimo primjere koji će ilustrirati ovu tezu.

Mutantni aleli različitih gena koji kontroliraju sintezu kolagena i fibrilina dovode do narušavanja svojstava vezivnog tkiva.

Budući da je vezivno tkivo osnova svih organa i tkiva, višestruki utjecaj ovih mutacija na kliničku sliku (fenotip) kod takvih nasljednih bolesti vezivnog tkiva kao što su npr. Ehlers-Danlosov sindrom i Marfanov sindrom, koji se manifestuje, posebno , po karakterističnim promenama na skeletnom sistemu, razumljivo., prolaps mitralnog zaliska srca, proširenje luka aorte, subluksacija sočiva (zbog slabosti cinovog ligamenta).

Drugi primjer je višestruko oštećenje organizma kod neurofibromatoze, kada je rezultat primarnog pleiotropnog djelovanja mutantnog gena oštećenje nervnog i koštanog sistema, kože i organa vida i drugi simptomi.

Još jedan primjer primarnog pleiotropnog učinka gena može se smatrati karakterističnim simptomima takvog nasljednog sindroma kao što je Barde-Biedl sindrom, koji se manifestira kombinacijom pretilosti, šestoprstijih ruku i/ili stopala, nerazvijenosti genitalnih organa. , mentalna retardacija i karakteristična lezija organa vida kod bolesnih osoba.

Sekundarna pleiotropija -oštećenje tijela može biti posljedica komplikacija primarnih patoloških procesa, između kojih se može pratiti odnos.

Na primjer, kod jedne od monogenih, autosomno recesivno naslijeđenih bolesti - cistične fibroze - postoji greška u sintezi transmembranskog proteina koji osigurava transport jona u stanicama.egzokrine žlezde.

Kršenje transporta jona Na i Cl dovodi do stvaranja guste sluzi u bronhima, egzokrinom dijelu pankreasa i/ili drugih egzokrinih žlijezda (seksualnih i znojnih), što povlači sekundarne upalne procese, začepljenje izvodnih kanala, poremećenu probavu. hrane i razvoj sekundarnih upalnih procesa.

1. Penetracija i ekspresivnost ljudskih gena.

Penetracija je vjerovatnoća ekspresije gena u njegovim ozloglašenim nosiocima. Ako se fenotipska ekspresija uoči kod svih nosača, govori se o potpunoj, 100% penetraciji. Međutim, kod mnogih bolesti to se ne događa, a uočava se nepotpuna penetracija. U tim slučajevima govore o predispoziciji (dijabetes, šizofrenija, kardiovaskularne bolesti itd.); čak i nosilac odgovarajućeg gena može biti zdrav. Moderne dijagnostičke metode u mnogim slučajevima omogućavaju identifikaciju nositelja defektnih gena.

Koncept ekspresivnosti odražava stepen izraženosti osobine.

Ekspresivnost gena karakteriše različitu težinu bolesti kod istog genotipa, a ekspresivnost gena različitu težinu bolesti kod istog genotipa.

Tako, na primjer, kod jednog od autosomno dominantnih sindroma - Holt-Oram sindroma (sindrom "ruka-srce") - karakteristična lezija skeletnog sistema može varirati od blago nerazvijenog radijusa do njegovog odsustva uz formiranje radijalne šake.

Primjer različite izraženosti bolesti su i razlike u težini tako česte nasljedne autosomno dominantne bolesti kao što je neurofibromatoza. Vrlo često, čak iu istoj porodici, ima pacijenata sa blagim tokom (prisustvo staračkih pega, mali broj neurofibroma, „pegice“ u naborima kože) i teškim tokom bolesti (sa tumorima centralni nervni sistem, malignitet neurofibroma i drugi strašni simptomi).

Praktična lekcija

Rješavanje problema simulacije monohibridnog, dihibridnog, polihibridnog ukrštanja

Oba termina uvedena su 1926. O. Vogt da opiše varijacije u mutantnim fenotipovima.

ekspresivnost- ovo je stepen ispoljavanja mutantna osobina u fenotipu. Na primjer, mutacija bez očiju kod Drosophile izaziva smanjenje oka, čiji stepen nije isti kod različitih pojedinaca.

penetracija - ovo je frekvencija, ili vjerovatnoća manifestacije mutantni fenotip među svim individuama koje nose datu mutaciju. Na primjer, 100% penetrantnost recesivne mutacije znači da se kod svih homozigotnih pojedinaca pojavljuje u fenotipu. Ako se fenotipski nađe samo kod polovine jedinki, onda je penetrantnost mutacije 50%.

Uslovne mutacije

Ove mutacije se pojavljuju samo kada su ispunjeni određeni uslovi.

Mutacije osjetljive na temperaturu. Mutanti ovog tipa žive i normalno se razvijaju pod jednim ( permisivan) temperature i detektovati odstupanja na drugom ( restriktivni). Na primjer, kod Drosophile, osjetljive na hladnoću (na 18 ° C) ts - mutacije (osetljive na temperaturu) i osetljive na toplotu (na 29°C) ts -mutacije. Na 25°C održava se normalan fenotip.

Mutacije osjetljivosti na stres. U ovom slučaju, mutanti se razvijaju i spolja izgledaju normalno ako nisu podvrgnuti bilo kakvim stresnim utjecajima. Da, mutanti. sesB (osetljiva na stres) Drosophila u normalnim uslovima ne pokazuje nikakve abnormalnosti.

Međutim, ako se epruveta naglo protrese, muhe će se grčiti i postati nesposobne da se kreću.

Auksotrofne mutacije u bakterijama. Prežive samo na potpunom mediju ili na minimalnom, ali uz dodatak jedne ili druge supstance (aminokiselina, nukleotid itd.).

Metode obračuna mutacija

Osobitosti metoda obračuna mutacija. Metode za otkrivanje mutacija trebale bi biti različite u zavisnosti od načina reprodukcije organizma. Vidljive morfološke promjene se lako uzimaju u obzir; teže je odrediti fiziološke i biohemijske promjene kod višećelijskih organizama. Najlakše je pronaći vidljiva dominantna mutacije koje mogu biti heterozigotne u prvoj generaciji teže je analizirati recesivne mutacije, neophodni su homozigot.

Za genetski dobro proučene objekte (drozofila, kukuruz, niz mikroorganizama) prilično je lako proučiti novu mutaciju. Na primjer, za Drosophila, razvijene su posebne metode koje uzimaju u obzir učestalost mutacija.

Metoda SlV. Möller stvorio liniju voćnih mušica SlV (c el b) koji ima jedan od X- hromozomi označeni dominantnim genom bar (B) i inverzija, zvao OD . Ova inverzija sprečava ukrštanje i ima recesivnu smrtonosni efekat – l. Zbog toga je linija imenovana SlV .

Ženke ovoga linija analizatora ukrštali sa mužjacima iz uzorka istraživanja. Ako se uzmu mužjaci prirodno stanovništvo, tada možemo procijeniti učestalost letova u njemu. Ili uzmite mužjake tretiran mutagenom. U ovom slučaju se procjenjuje učestalost smrtonosnih mutacija uzrokovanih ovim mutagenom.

AT F1 birajte ženke SlV/+, heterozigot za mutaciju bar, i križ individualno (svaka ženka u posebnoj epruveti sa mužjakom divljeg tipa). Ako je u testiranom hromozomu nema mutacije, tada će potomci imati dvije klase ženki i jednu klasu mužjaka ( B+), jer mužjaci SlV umrijeti zbog prisustva smrtonosnog l , tj. ukupna rodna podjela će biti 2:1 (vidi sliku).

Ako je u eksperimentalnom hromozomu imaju smrtonosnu mutaciju lm , zatim unutra F 2 će biti samo ženke, budući da će mužjaci oba razreda uginuti - u jednom slučaju zbog prisustva uletanja X-hromozom SlV, u drugom - zbog prisustva letenja lm u eksperimentalnom X-hromozom (vidi sliku). Određivanje omjera broja X-hromozomi (epruvete sa pojedinačnim ukrštanjima) u kojima je nastao smrtonosni ishod, prema ukupnom broju proučavanih X-hromozomi (epruvete), broje učestalost smrtonosnih mutacija u određenoj grupi.

Møller je više puta modificirao svoju metodu za otkrivanje smrtonosnih slučajeva X- Drosophila hromozom, što rezultira takvim linije - analizatori, kako Mu-5 , i kasnije linije - balanseri Basc, Binsn i sl.

Metoda Cy L/Pm . Da bi se objasnile smrtonosne mutacije u autozomi voćne mušice koriste linije balansirani smrtonosni. Za ispoljavanje recesivne smrtonosne mutacije u autozomu, potrebno je i da ona bude u homozigotnom stanju. Da biste to učinili, potrebno je staviti dva krsta i voditi evidenciju o potomcima F3. Za otkrivanje smrtonosnih sekunda hromozom koristi liniju Cy L/Pm (SIL PEM) (vidi sliku).

Muve ove linije drugi hromozom dvije dominantne mutacije Cy (Curly - zakrivljena krila ) i L (lob - male lobularne oči ) , od kojih svaki u homozigotnom stanju izaziva smrtonosni učinak. Mutacije su proširene inverzije na različitim kracima hromozoma. Oboje " zaključati» prelazak. Homologni hromozom takođe ima dominantnu mutaciju - inverziju pm (Šljiva - Smeđe oči). Analizirani mužjak se ukršta sa ženkom iz linije CyL/Pm (nisu sve klase potomaka prikazane na slici).

AT F1 odaberite mužjake CyL/Pm+ i individualno ukrstite ih sa ženkama originalne linije Cy L/Pm . AT F2 odaberite muškarce i ženke Cy L u kojoj je homologni hromozom test. Kao rezultat njihovog međusobnog ukrštanja, dobivaju se tri klase potomaka. Jedan od njih umire zbog homozigotnosti za mutacije Cy i L , druga klasa potomaka su heterozigoti CyL/Pm+, kao i klasa homozigota za testirani hromozom. Krajnji rezultat su muhe. Cy L i Cy+L+ u vezi sa 2:1 .

Ako testni hromozom ima smrtonosna mutacija, u potomstvu od posljednjeg ukrštanja će biti samo muhe Cy L . Koristeći ovu metodu, moguće je uzeti u obzir učestalost recesivnih smrtonosnih mutacija na drugom hromozomu Drosophile.

Obračun mutacija u drugim objektima. Slične metode detekcije mutacija razvijene su i za druge objekte. Oni se zasnivaju na istim principima:

1) otkriti recesivan mutacija se može prevesti u homo- ili hemizigot stanje,

2) moguće je precizno uzeti u obzir učestalost pojavljivanja mutacija samo pod uslovom nedostatak crossovera kod heterozigotnih osoba.

Za sisari(miš, zec, pas, svinja, itd.) razvijena je metoda koja uzima u obzir učestalost pojavljivanja dominantna smrtonosna mutacije. Učestalost mutacija se procjenjuje po razlici između broja žuto tijelo u jajniku i razvoju embriona kod otvorene trudnice.

Obračunavanje učestalosti mutacija kod ljudi veoma teško, međutim genealošku analizu , tj. analiza pedigrea, omogućava vam da ustanovite pojavu novih mutacija. Ako neka osobina nije pronađena u rodovniku supružnika nekoliko generacija, a pojavila se u jednom od djece i počela se prenositi na sljedeće generacije, tada je mutacija nastala u gameti jednog od ovih supružnika.

Obračun mutacija u mikroorganizmima. Vrlo je zgodno proučavati mutacije u mikroorganizmima, budući da su svi njihovi geni u jednini i pojavljuju se mutacije u prvoj generaciji.

Mutante je lako uočiti metod otiska, ili replike, koju su predložili supružnici E. i J. Lederbergs.

Da bi se identificirale mutacije otpornosti u E. coli na bakteriofag T1, bakterije su postavljene na nutritivni agar da formiraju pojedinačne kolonije. Ove kolonije se zatim ponovo štampaju korišćenjem baršunaste replike na ploče obložene suspenzijom T1 fagnih čestica. Većina ćelija originalne osjetljive ( Tone ) kulture neće formirati kolonije, jer ih lizira bakteriofag. Samo će pojedinačne kolonije mutanta rasti ( TonR ) su otporni na fag. Prebrojavanjem broja kolonija u kontrolnoj i eksperimentalnoj (na primjer, nakon ozračivanja ultraljubičastim svjetlom) varijanti, lako je odrediti učestalost induciranih mutacija.