Pojęcie ekspresji i penetracji genów. Wartość jedności środowiska zewnętrznego i wewnętrznego w rozwoju organizmu. penetracja i ekspresja. Co? Fenotypowe parametry przejawów ekspresji i penetracji genotypu

Wiele choroby genetyczne jasno określone w rodzinie; tych. nieprawidłowy fenotyp można łatwo odróżnić od normalnego. Z doświadczenia klinicznego wiadomo jednak, że niektóre choroby mogą się nie ujawnić, chociaż dana osoba ma ten sam genotyp, który powoduje chorobę u innych członków rodziny. W innych przypadkach ta sama choroba może mieć niezwykle zmienny obraz pod względem nasilenia klinicznego, zakresu objawów lub wieku zachorowania.

Ekspresja fenotypowa nieprawidłowy genotyp mogą być modyfikowane przez efekty starzenia, inne loci genetyczne lub czynniki środowiskowe. Różnice w wyrazie mogą często prowadzić do trudności w interpretacji diagnozy i rodowodu. Istnieją dwa różne mechanizmy, które mogą wyjaśniać różnice w ekspresji: zmniejszona penetracja i zmienna ekspresja.

Penetracja- prawdopodobieństwo, że gen będzie miał jakiekolwiek objawy fenotypowe. Jeśli częstotliwość ekspresji fenotypu jest mniejsza niż 100%, tj. są osoby, które mają odpowiedni genotyp bez żadnych jego przejawów, mówią, że gen ma niepełną penetrację. Penetrance to koncepcja typu „wszystko albo nic”. Jest to odsetek osób z patologicznym genotypem i jego przejawami, przynajmniej w pewnym stopniu.

wyrazistość- nasilenie ekspresji fenotypu wśród osobników z jednym patologicznym genotypem. Gdy ciężkość choroby różni się między osobnikami o tym samym genotypie, mówi się, że fenotyp ma zmienną ekspresję. Nawet w obrębie tego samego rodowodu dwie osoby niosące te same zmutowane geny mogą mieć niektóre z tych samych oznak i objawów, a inne objawy choroby mogą się różnić w zależności od dotkniętych tkanek i narządów.

Niektóre trudności W zrozumieniu dziedziczenia fenotypu choroby wynikającego z zależnej od wieku penetracji i zmiennej ekspresji można rozważyć przykład autosomalnej dominującej nerwiakowłókniakowatości NF1. Nerwiakowłókniakowatość typu 1 jest częstym schorzeniem układu nerwowego, oczu i skóry, występującym w około 1 na 3500 urodzeń. Nie ma znaczących różnic w zapadalności na tę chorobę między grupami etnicznymi.

Przykład dziedziczenia neurofibromatozy typu 1 – NF1

Nerwiakowłókniakowatość typu 1(NF1) charakteryzuje się wzrostem w skórze licznych łagodnych guzów objętościowych, nerwiakowłókniaków; obecność licznych, płaskich, nieregularnych, pigmentowanych plam na skórze zwanych plamami „kawowymi” lub „kawiarnianymi”; wzrost małych łagodnych guzów (hamartoma) w tęczówce oka (guzki Lish); czasami upośledzenie umysłowe, nowotwory OUN, rozsiane nerwiakowłókniaki splotowate oraz rozwój złośliwych nowotworów układu nerwowego lub mięśni. Tak więc choroba ma fenotyp plejotropowy.

1. typ(NF1) został po raz pierwszy w pełni opisany przez lekarza von Recklinghausena w 1882 roku, ale choroba jest prawdopodobnie znana od czasów starożytnych. Chociaż dorosłe heterozygoty prawie zawsze mają jakąś formę choroby (tj. 100% penetrację dorosłych), niektóre mogą mieć tylko plamki kawowe, piegi pod pachami i guzki Lischa, podczas gdy inne mogą mieć zagrażające życiu łagodne guzy, atakujące rdzeń kręgowy lub złośliwe mięsaki kończyny.

Tak więc istnieje zmienna ekspresja; nawet w ramach tego samego rodowodu niektórzy pacjenci są poważnie dotknięci, a inni tylko nieznacznie. Diagnoza jest trudniejsza u dzieci, ponieważ objawy rozwijają się stopniowo wraz z wiekiem. Na przykład w okresie noworodkowym mniej niż połowa wszystkich dotkniętych chorobą ma co najmniej najłagodniejszy objaw choroby, plamy „kawowe”. Penetrancja jest zatem zależna od wieku.

W Gen NF1 Stwierdzono wiele różnych mutacji, które powodują zmniejszenie funkcji produktu genu, neurofibrominy. Około połowa przypadków NF1 jest spowodowana nową, a nie odziedziczoną mutacją.

Główny problem genetyczny w poradnictwo rodzinom pacjentów z NF1- konieczność wyboru między dwoma równie prawdopodobnymi możliwościami: choroba probanta jest sporadyczna, tj. nowa mutacja lub pacjent odziedziczył klinicznie istotną postać choroby od rodzica, u którego gen jest obecny, ale słabo manifestowany. Jeśli probant odziedziczył wadę, ryzyko, że którekolwiek z jego rodzeństwa odziedziczy tę chorobę, wynosi 50%; ale jeśli probant ma nową mutację, ryzyko dla rodzeństwa jest bardzo małe.

Co ważne, w obu przypadkach ryzyko przekazania genu przez pacjenta potomstwo, wynosi 50%. Biorąc pod uwagę tę niepewność, rodziny pacjentów z NF1 muszą mieć świadomość, że chorobę można wykryć przedobjawowo, a nawet prenatalnie za pomocą molekularnej analizy genetycznej. Niestety diagnostyka molekularna zazwyczaj może tylko odpowiedzieć na pytanie, czy choroba się rozwinie, ale nie może określić jej ciężkości. Z wyjątkiem związku całkowitej delecji genu z dysmorfią, upośledzeniem umysłowym i dużą liczbą nerwiakowłókniaków w młodym wieku, nie stwierdzono korelacji między nasileniem fenotypu a specyficznymi mutacjami w genie NF1.

Innym przykładem autosomalnej dominującej malformacji z niepełną penetracją jest ektrodaktylia zaburzenie podziału ręki. Wada rozwojowa pojawia się w szóstym lub siódmym tygodniu rozwoju, kiedy tworzą się dłonie i stopy. Choroba wykazuje niejednorodność locus. Zidentyfikowano co najmniej pięć loci, chociaż odpowiedzialny gen został faktycznie potwierdzony tylko w kilku z nich. Niepełna penetracja rodowodów z wadami rozwojowymi rąk może prowadzić do pomijania pokoleń, a to komplikuje poradnictwo genetyczne, ponieważ osoba z normalnymi rękami może nadal przekazywać gen choroby, a tym samym mieć dotknięte chorobą dzieci.

Chociaż ogólnie zasady dziedziczenia choroby monogenowe można łatwo sklasyfikować jako autosomalne lub sprzężone z chromosomem X i dominujące lub recesywne, dziedziczenie w indywidualnym rodowodzie może być przesłonięte przez wiele innych czynników, które utrudniają interpretację sposobu dziedziczenia.

Trudności diagnostyczne mogą wynikać z niekompletności penetracja lub zmienna ekspresja choroby; na ekspresję genów mogą wpływać inne geny i czynniki środowiskowe; niektóre genotypy nie przeżywają do urodzenia; może nie być dokładnych informacji o obecności choroby u krewnych lub relacji rodzinnych; choroby dominujące i sprzężone z chromosomem X mogą powodować nowe mutacje; i wreszcie, przy małej liczebności rodziny, która jest typowa dzisiaj w większości krajów rozwiniętych, pacjent może przypadkowo być jedynym pacjentem w rodzinie, gdy bardzo trudno jest zdecydować o rodzaju dziedziczenia.

Choroba genetyczna mogą pojawić się w dowolnym momencie życia człowieka, od wczesnego rozwoju płodowego po starość. Niektóre mogą być śmiertelne in utero, inne mogą zakłócać prawidłowy rozwój płodu i być wykrywane prenatalnie (np. za pomocą ultrasonografii), ale są zgodne z żywym urodzeniem; jeszcze inne można zidentyfikować dopiero po urodzeniu. (Choroby genetyczne i wrodzone są często mylone.

K (P) \u003d x 100%, gdzie K (P) to penetracja, n to liczba potomstwa, u którego przejawia się cecha, N to całkowita liczba potomstwa.

wyrazistość to stopień fenotypowej manifestacji cechy kontrolowanej przez dany gen. Na przykład intensywność pigmentacji skóry u ludzi, która wzrasta wraz ze wzrostem liczby alleli dominujących (A 1, A 2, A 3, A 4) w polimerowym układzie genów: allele dominujące, które determinują rozwój czarnej skóry - A 1, A 2, A 3, A 4, recesywne allele białej skóry - a 1, a 2, a 3, a 4 Biały - a 1 a 1 a 2 a 2, A 1 a 1 a 2 a 2 - jasnoskóry mulat, A 1 A 1 a 2 a 2 - mulat śniady,

A 1 A 1 A 2 a 2 to ciemny mulat, A 1 A 1 A 2 A 2 to czarny Murzyn.

Wpływ czynników środowiskowych wyraża się wzrostem stopnia pigmentacji skóry u osoby o jednym genotypie - A 1 a 1 a 2 a 2 pod wpływem promieni ultrafioletowych.

Dawka genu odzwierciedla rozwój schizofrenii – u homozygot jest to 100% penetracja, a u heterozygot 20%. Przebieg rozwoju stanów patologicznych można zaobserwować w postaci łagodnych i ciężkich objawów - nadciśnienie, cukrzyca i inne objawy.

anemia sierpowata- Jest to dziedziczna hemoglobinopatia, dziedziczona w sposób autosomalny recesywny. Przyczyną choroby jest patologiczny gen „s”, który tworzy nieprawidłową hemoglobinę (HbS), w cząsteczce której zamiast kwasu glutaminowego w 6 pozycji łańcucha ß znajduje się walina. Defekt genetyczny to punktowa mutacja genu, która występuje w genie strukturalnym DNA kodującym łańcuchy beta hemoglobiny. Hemoglobina patologiczna ma swoją nazwę S - hemoglobina od słowa "sicle" - sierp, ponieważ erytrocyt niosący to nieprawidłowe białko przybiera kształt półksiężyca.

Pod mikroskopem wadliwe komórki krwi mają kształt ściętego koła lub półksiężyca, w przeciwieństwie do normalnych okrągłych komórek. Dla których ta forma hemoglobinopatii nazywana jest anemią sierpowatą. Erytrocyty sierpowate powodują wzrost lepkości krwi, tworzą mechaniczną barierę w małych tętniczkach i naczyniach włosowatych. Nie są w stanie zginać się i przechodzić przez maleńkie, wąskie naczynia, dlatego niektóre tkanki i narządy nie otrzymują niezbędnych substancji i tlenu. Ponadto erytrocyty w kształcie sierpa są mniej odporne na stres mechaniczny, co prowadzi do ich hemolizy. Masowe niszczenie komórek aktywuje układ krzepnięcia krwi. Zwiększona zakrzepica. Zakrzepica w różnych narządach, m.in. w śledzionie, która po przeroście stopniowo zanika.

Istnieje ponad 26 wariantów podstawienia w łańcuchu alfa i 31 wariantów w łańcuchu beta. Zastąpienie co najmniej jednego aminokwasu zmienia pierwotną strukturę białka, przestrzenne rozmieszczenie jego części i odpowiednio funkcję hemoglobiny. Polimorfizm hemoglobiny najwyraźniej ma wartość adaptacyjną.

Interakcja alleli determinujących rozwój hemoglobinopatii jest determinowana różnymi formami interakcji genów allelicznych (niepełna dominacja, naddominacja i kodominacja).

Według rodzaju niepełnej dominacji manifestują się heterozygotyczni nosiciele Ss genu hemoglobiny HbS (HbANbS).

a) Kiedy zewnętrzne warunki środowiskowe zmieniają się na poziomie morza, heterozygoty mają normalną postać erytrocytów i normalne stężenie hemoglobiny we krwi (całkowita dominacja S nad s).

b) Na dużych wysokościach (powyżej 2,5-3 tys. M) u heterozygot stężenie hemoglobiny jest obniżone, pojawiają się erytrocyty w kształcie półksiężyca (niepełna dominacja S nad s), obserwuje się kliniczną manifestację niedokrwistości. Ten przykład pokazuje, że dominacja może zależeć nie tylko od genotypu, ale także od warunków środowiskowych.

przewaga są obserwowane u heterozygot Ss z formami hemoglobiny HbANbS, są mniej podatne na malarię i charakteryzują się opornością na malarię, homozygoty z formami hemoglobiny HbANbA są bardziej podatne na malarię. W tropikalnej Afryce i innych obszarach, gdzie malaria jest powszechna, wszystkie trzy genotypy - SS, Ss i ss (20-40% populacji heterozygotycznej - Ss) są stale obecne w populacjach ludzkich. Okazało się, że zachowanie letalnego (śmiertelnego) allelu (s) w populacjach ludzkich wynika z faktu, że heterozygoty (Ss) są bardziej odporne na malarię, a anemia nie ma objawów klinicznych niż homozygoty dla normalnego genu, ich genotypu to SS, forma hemoglobiny to HbA/HbA - są podatne na malarię (ciężka choroba często kończy się śmiercią), a zatem mają przewagę selektywną. Osoby z genotypem HbS/HbS hemoglobiny i ss (śmiertelna – ciężka postać anemii). Zatem osoby z genotypem erytrocytów HbA / HbS - Ss otrzymują pierwszeństwo:

HbA/HbA < HbА /HbS > HbS/HbS.

Wreszcie w erytrocytach nosicieli HbAHbS oba warianty łańcuchów beta-globiny są obecne w równych ilościach – normalny A i zmutowany S, czyli kodowanie.

Talasemia- To również jest dziedziczna choroba krwi, odnosi się do autosomalnej mutacji recesywnej. Osoba z talasemią nie może wytworzyć wystarczającej ilości hemoglobiny, która znajduje się w czerwonych krwinkach, aby przenosić tlen w całym ciele. Jeśli w czerwonych krwinkach nie ma wystarczającej ilości hemoglobiny, tlen nie dociera do wszystkich części ciała. Organom zaczyna brakować tlenu i nie mogą normalnie funkcjonować. Istnieją dwa rodzaje talasemii, alfa i beta, nazwane na cześć dwóch łańcuchów białkowych, które tworzą normalną hemoglobinę. Zarówno talasemia alfa, jak i beta mają formy ostre i nieostre. Recesywne homozygoty dla talasemii są śmiertelne, podczas gdy heterozygoty są żywotne. Leczy jak anemia sierpowata na hemoglobinopatie

GENY NIEALLELICZNE to geny zlokalizowane w różnych loci (lokalizacji) chromosomy homologiczne i niehomologiczne. Geny niealleliczne są oznaczone różnymi literami (A, B, C).

PENETRACJA PENETRACJA

(od łacińskiego penetrans, rodzaj case penetrantis - penetrujący, sięgający), częstotliwość manifestacji allelu określonego genu u różnych osobników pokrewnej grupy organizmów. Termin „P”. zaproponowany w 1927 r. przez N. V. Timofiejewa-Resowskiego. Istnieją kompletne P. (allel występuje u wszystkich osobników) i niepełne P. (allel nie występuje u niektórych osobników). Ilościowo P. wyraża się w% osobników, u których manifestuje się ten allel (100% - kompletne P.). Niekompletny P. jest charakterystyczny dla manifestacji wielu. geny. Np. u osoby P. wrodzone zwichnięcie stawu biodrowego 25%, P. wada oka - coloboma - ok. pięćdziesiąt%. Niekompletna P. może być oparta na obu genetyce. przyczyny i wpływ czynników zewnętrznych. warunki. Znajomość mechanizmów P. i natury niektórych alleli P. jest ważna w genetyce medycznej. konsultacja i określenie możliwego genotypu „zdrowych” ludzi, krewni do-rykh mieli spadki, choroby. Za szczególne przypadki niepełnego P. można uznać manifestację genów kontrolujących cechy ograniczone płci (np. kolor upierzenia, produkcję jaj, zawartość tłuszczu mlecznego), a także cechy zależne od płci. Na przykład allel genu powodującego łysienie u mężczyzn heterozygotycznych pod względem tego allelu nie pojawia się u heterozygotycznych kobiet. W stanie homozygotycznym allel ten powoduje łysienie u mężczyzn i przerzedzenie włosów u kobiet. (patrz WYRAŹNE).

.(Źródło: „Biological Encyclopedic Dictionary”. Redaktor naczelny M. S. Gilyarov; Redakcja: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin i inni - wyd. 2, poprawione. - M .: Sov. Encyclopedia, 1986.)

Zobacz, co „PENETRACJA” znajduje się w innych słownikach:

- (genetyka populacji) wskaźnik fenotypowej manifestacji allelu w populacji. Definiuje się go jako stosunek (zwykle jako procent) liczby osobników, u których obserwuje się fenotypowe przejawy obecności allelu, do całkowitej liczby osobników w ... ... Wikipedii

- (od łac. penetrans rodzaj n. penetrantis penetrating), częstotliwość manifestacji genu, określona przez liczbę osobników (w pokrewnej grupie organizmów), które wykazują cechę kontrolowaną przez ten gen ... Wielki słownik encyklopedyczny

Penetracja. Zobacz ekspresję genów. (Źródło: „Angielsko rosyjski słownik wyjaśniający terminy genetyczne”. Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskwa: VNIRO Publishing House, 1995) ... Biologia molekularna i genetyka. Słownik.

PENETRACJA- (z łac. penetro penetruję, dochodzę), częstotliwość, z jaką gen dominujący lub recesywny w stanie homozygotycznym manifestuje się fenotypowo. Termin został wprowadzony przez N. V. Timofiejewa Resowskiego (1927). Ekologiczny słownik encyklopedyczny. Kiszyniów: Dom… … Słownik ekologiczny

penetracja- i cóż. penetracja fa. Biol. śl. 377... Słownik historyczny galicyzmów języka rosyjskiego

penetracja- manifestacja genu Częstotliwość manifestacji określonego allelu w grupie organizmów pokrewnych (w tym przypadku stopień jego manifestacji u osobnika nazywa się ekspresją); przy całkowitym P. manifestacja allelu ma miejsce u wszystkich osobników próbki, większość ... ... Podręcznik tłumacza technicznego

Penetracja- * penetracja * częstotliwość penetracji lub prawdopodobieństwo manifestacji genu (allelu) w grupie organizmów spokrewnionych w odpowiednich warunkach środowiskowych. P. zależy od odsetka osobników (w%) nosicieli badanego genu (allelu), w którym ... ... Genetyka. słownik encyklopedyczny

PENETRACJA- (repetrance) częstotliwość, z jaką dana cecha jest kontrolowana przez określony gen. Pełną penetrację obserwuje się, gdy cecha ta występuje u wszystkich osobników, w których ciele występuje ten lub inny gen. Jeśli… … Objaśniający słownik medycyny

- (od łac. penetrans, rodzaj n. penetrantis penetrating), częstotliwość manifestacji genu, określona przez liczbę osobników (w pokrewnej grupie organizmów), u których manifestuje się cecha kontrolowana przez ten gen. * * * PENETRACJA… … słownik encyklopedyczny

- (z łac. penetro penetruję, dochodzę) ilościowy wskaźnik zmienności fenotypowej ekspresji genu. Mierzy się ją (zwykle w%) stosunkiem liczby osobników, w których dany Gen przejawiał się w Fenotypie do całkowitej liczby osobników w Genotypie... ... Wielka radziecka encyklopedia

Wykład na temat „Dziedziczenie cech w krzyżówkach monohybrydowych, dihybrydowych i polihybrydowych. Interakcje między genami. Penetrancja i ekspresja genów”, dla specjalności Medycyna Ogólna, EP. 05 GENETYKA CZŁOWIEKA Z PODSTAWAMI GENETYKI MEDYCZNEJ

Ściągnij:

Zapowiedź:

WYKŁAD

TEMAT: Dziedziczenie cech w krzyżówkach monohybrydowych, dihybrydowych i polihybrydowych. Interakcja między genami. Penetracja i ekspresja genów.

PLAN.

Genotyp i fenotyp.
Oddziaływanie genów allelicznych i nieallelicznych: dominacja całkowita i niepełna, kodominacja, epistaza, komplementarność, polimeryzacja, plejotropia.

Istota praw dziedziczenia cech u ludzi.

Główne wzorce dziedziczenia cech w pokoleniach odkrył czeski badacz G. Mendel, który opublikował w 1866 r.

Przed G. Mendlem powszechnie akceptowano teorię tak zwanego „stopionego” dziedziczenia. Jego istotą było to, że podczas zapłodnienia „początki” męskie i żeńskie mieszały się „jak farby w szklance wody”, dając początek nowemu organizmowi.

G. Mendel położył podwaliny pod idee dotyczące dyskretnej natury substancji dziedzicznej i jej dystrybucji podczas formowania się komórek rozrodczych w hybrydach.

W każdym eksperymencie skupiał się na jednej cesze, a nie na roślinie jako całości, wybierał te cechy, którymi rośliny wyraźnie się różniły.

Przed skrzyżowaniem ze sobą roślin upewnił się, że pasują czyste linie. W tym celu G. Mendel przez dwa lata hodował różne odmiany grochu, aby wyselekcjonować te linie, których cecha była zawsze odtwarzana u potomstwa z pokolenia na pokolenie (kolor liścieni, układ kwiatów, długość roślin itp.).

Pierwszy Eksperymenty G. Mendla uwzględniły tylko jedną parę znaków. Ta przeprawa nazywa się monohybrydowy.

Monohybrydowy zwane krzyżowaniem, które uwzględnia wzorce dziedziczenia jednej pary kontrastujących, alternatywnych cech.

podpisać - dowolna cecha organizmu, tj. dowolna jego indywidualna cecha lub właściwość, dzięki której można rozróżnić dwie osoby. U roślin są to kształt korony (np. symetryczno-asymetryczny) lub jej kolor (fioletowo-biały), tempo dojrzewania rośliny (wczesno-późne dojrzewanie), odporność lub podatność na choroby itp.

Początkowo cechy nazywano allelami. Później słowa „allel” i „gen” zaczęły być używane jako synonimy. Geny alleliczne (geny określające tę samą cechę) znajdują się w tym samym locus chromosomów homologicznych. Jeden organizm diploidalny może mieć nie więcej niż dwa allele tego samego genu. Przypomnijmy, że od każdego rodzica otrzymuje się jeden gen.

Rycina 16 Geny alleliczne.

krzyż monohybrydowy.

Krzyżując rośliny mające żółte nasiona z roślinami mającymi zielone nasiona w pierwszym pokoleniu mieszańców, uzyskano rośliny tylko z żółtymi nasionami.

U potomstwa nie było form przejściowych.

Te z kolei, krzyżowane ze sobą, dawały potomstwo składające się z roślin, zarówno z żółtymi, jak i zielonymi nasionami. Stosunek nasion żółtych do nasion zielonych wynosił 3:1.

Podsumowując szereg eksperymentów dotyczących różnych cech grochu, sformułowano podstawowe prawa Mendla.

Prawo dominacji lub prawo jednolitościhybrydy pierwszej generacji.

Krzyżując osobniki różniące się od siebie jedną cechą, w pierwszym pokoleniu mieszańców uzyskuje się jednorodnych potomków, podobnych tylko do jednego z rodziców.

Odpowiednia cecha drugiego rodzica nie jest pokazana.

Cecha, która pojawiła się w pierwszej generacji mieszańców, nazywa się dominujący i niezamanifestowane - cecha recesywna.

U ludzi typowym przykładem cechy dominującej jest brachydaktylia (jednolite skrócenie palców), a recesywnym brak enzymu hydroksylazy fenyloalaniny, prowadzący do rozwoju poważnej choroby - fenyloketonurii.

prawo dzieleniaw drugim pokoleniu mieszańców osobniki o cechach dominujących i recesywnych pojawiają się w stosunku 3:1.

G. Mendel wprowadził symbole: A – dla cechy dominującej i a – dla cechy recesywnej, co oznacza, że same cechy są determinowane przez dyskretne czynniki dziedziczenia – skłonności (później nazwano je geny).

Gamety każdego z rodziców niosą jeden z tych genów.

W doświadczeniach z grochem, w gametach jednego z rodziców znajduje się gen, który określa żółty kolor nasion, a drugi - zielony kolor nasion. Takie odpowiadające geny nazywane są genami allelicznymi.

Allel (z greckiego a11e1op - inny, inny) - jedna z dwóch lub więcej alternatywnych form genu, która ma specyficzną lokalizację na chromosomie i unikalną sekwencję nukleotydową.

Zwyczajowo oznacza się znakami alfabetycznymi:

organizmy rodzicielskie - P,
pierwsza generacja hybryd - F1i druga generacja - F2uzyskane ze skrzyżowania ze sobą osobników pierwszego pokolenia.

Rośliny rodzicielskie należące do czystych linii mają albo dwa dominujące (AA) albo dwa recesywne (aa) allele i tworzą tylko jeden typ gamet (odpowiednio A lub a).

Takie organizmy nazywane są homozygotyczny.

Całe ich potomstwo F1będzie nosiła zarówno gen dla cechy dominującej, jak i gen dla cechy recesywnej, tj. to będzie heterozygotyczny.

Na dosłownym obrazie wygląda to tak:

Jeśli weźmiemy pod uwagę kolor nasion grochu, to rodzicielskie żółte nasiona będą homozygotami, natomiast żółte nasiona powstałe w wyniku krzyżowania będą heterozygotami, tj. będą miały różne genotypy (Aa).

U ludzi przykładem krzyżowania monohybrydowego jest większość małżeństw pomiędzy heterozygotycznymi nosicielami recesywnych alleli patologicznych odpowiedzialnych za różne formy zaburzeń metabolicznych (galaktozemia, fenyloketonuria itp.)

Wszystko opisane powyżej odnosi się do dziedziczenia alternatywnych przejawów jednej cechy.

Krzyż dihybrydowy.

Prawo samodzielnego dziedziczenia cech: z di- i polihybrydąW krzyżówkach mieszańców każda para cech jest dziedziczona niezależnie od siebie, dzieląc się w stosunku 3:1 i może być niezależnie łączona z innymi cechami.

W jednym z eksperymentów G. Mendel skrzyżował rośliny o okrągłych żółtych (dominujących) nasionach z roślinami, których nasiona były zielone i pomarszczone (recesywne).

Geny odpowiedzialne za okrągły kształt nasion i ich żółty kolor (oznaczmy je odpowiednio literami K i G) dominują w ich allelach, które określają pomarszczony kształt (k) i zielony kolor (g).

Stosunek czterech rodzajów nasion w drugiej generacji mieszańców F2 był następujący: odpowiednio: 315 kulistych żółtych, 108 kulistych zielonych, 101 pomarszczonych żółtych i 32 pomarszczonych zielonych. Wynik ten był zgodny z oczekiwanym rozkładem 9:3:3:1 opartym na hipotezie niezależnej transmisji cech, ponieważ stosunek 3:1 jest dobrze obserwowany dla każdej indywidualnej cechy.

Podobnym przykładem krzyżowania dwóch heterozygot u ludzi jest małżeństwo dwóch osób z krótkowzrocznością o prawidłowej pigmentacji, ponieważ u ludzi gen krótkowzroczności (A) dominuje nad normalną m wzrok (a), a gen determinujący prawidłową pigmentację (B) dominuje nad albinizmem (c). W takim małżeństwie oboje rodzice będą mieli genotyp AaBv i tworzą cztery typy gamet: AB, AB, aB, av. Podział według fenotypu u dzieci będzie następujący: 9 - krótkowzroczny, z prawidłową pigmentacją; 3 - krótkowzroczność, albinos; 3 - normalne widzenie, normalna pigmentacja; 1 - normalne widzenie, albinos. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę całe potomstwo tylko za jedną parę cech, to okaże się, że każda cecha dzieli się w stosunku 3:1, tj. cechy zachowują się niezależnie.

Genotyp i fenotyp.

Genotyp to całość geny charakteryzujące ten organizm.

Fenotyp - całość oznaki , zamanifestowany w wyniku działania geny w niektórych warunki środowisko. Termin ten może być również używany w odniesieniu do:jedna z alternatyw.

Interakcja genów allelicznych i nieallelicznych:

pełna i niepełna dominacja,

kodowanie, epistaza,

komplementarność,

polimeryzm, plejotropia.

Interakcja genów allelicznych

Taka forma oddziaływania genów allelicznych jak dominacja i recesywność jest przykładem oddziaływań allelicznych.

Jednak wkrótce po drugim odkryciu praw Mendla odkryto fakty wskazujące na istnienie innych form relacji międzygenowych w układzie genotypowym.

Okazało się więc, że dominacja jednych cech nad innymi jest zjawiskiem powszechnym, ale nie powszechnym.

W niektórych przypadkach jestniepełna dominacja: hybryda F1 charakteryzuje się cechą pośrednią między rodzicami. Takim przykładem jest pojawienie się różowych kwiatów lwiej paszczy po skrzyżowaniu czerwonych i białych kwiatów. W tym przypadku różnice w kolorze wynikają z pary genów allelicznych, w których nie ma dominacji.

Wiele, a może nawet wszystkie geny w różnych organizmach występują w więcej niż dwóch formach allelicznych, chociaż jeden organizm diploidalny nie może przenosić więcej niż dwóch alleli. Ten fenomenallelizm wielokrotny.

Po raz pierwszy T. Morgan i jego współpracownicy odkryli wiele alleli w białym locus Drosophila. Osobliwością związków allelicznych jest to, że allele mogą być ułożone w rzędzie w porządku malejącym według stopnia dominacji.

Tak więc gen czerwonooki - typ dziki (najczęściej występujący w naturze) - będzie dominował nad wszystkimi innymi allelami. W sumie jest ich około 15. Każdy kolejny członek serii alleli będzie dominował nad wszystkimi innymi członkami z wyjątkiem poprzedniego. Istnieniewiele allelisamo w sobie wskazuje na względny charakter dominacji, a także na fakt, że przejawia się ona w określonych warunkach środowiskowych.

Zdarzają się przypadki, gdy związek dominacji i recesywności jest nieobecny, a oba allele pojawiają się w fenotypie. Tutaj mówimywspółdominacja.

Na przykład, jeśli jedno z rodziców ma grupę krwi A, a drugie B, to krew ich dzieci zawiera antygeny charakterystyczne zarówno dla grupy A, jak i grupy B. Takie geny nazywane są genami kodominującymi. Są reprezentowane przez dwa lub więcej alleli.

Interakcja genów nie allelicznych:komplementarność, epistaza i polimeryzacja.

Przykładem interakcji genów komplementarnych u ludzi jest powstawanie specyficznego białka interferonu w immunokompetentnych komórkach organizmu, związane z interakcją dwóch nie allelicznych genów zlokalizowanych na różnych chromosomach.

Epistaza - supresja jednego genu przez inny, nie alleliczny gen.

Gen supresorowy - supresor, działa na gen tłumiony zgodnie z zasadą bliską dominacji - recesywnością. Różnica polega na tym, że nie są alleliczne, tj. zajmują różne loci na homologicznych i niehomologicznych chromosomach X.

Przykładem ludzkiej epistazy jest tak zwany „fenotyp Bombaju”. Wiadomo, że dziedziczenie grup krwi ABO u ludzi jest pod kontrolą jednego genu (I), w którym wyróżnia się 3 allele - 1 a , ja b , ja nie . Aby zaimplementować informację o każdym allelu, konieczna jest obecność dominującego allelu H innego locus genu.

Jeśli osobnik jest homozygotyczny dla systemu H (tj. hh), to allel I b System ABO nie może pokazać swojego efektu. Osoba z konstytucją genetyczną BB i BO musi mieć III grupę krwi. Jeśli jest jednocześnie homozygotą hh, to allel B nie pojawi się w reakcji aglutynacji, a osoba zostanie rozpoznana jako mająca pierwszą grupę krwi.

Polimeryzm.

Mówią o polimeryzacji w przypadku obecności kilku genów, które w równym stopniu wpływają na jedną cechę.

Ich działanie często się kumuluje.

Manifestacja. takie działanie będzie zależeć od liczby dominujących alleli.

Tak więc przy działaniu addytywnym fenotyp będzie bardziej wyraźny w przypadku genotypu AABB niż w przypadku AaBv. Na przykład pigmentacja skóry ludzkiej waha się od białej do czarnej. Z małżeństw czarnych i białych rodzą się dzieci o pośrednim kolorze skóry, tzw. mulatach. W przypadku małżeństw mulatów potomkowie mogą mieć dowolny kolor skóry – od czarnego do białego. Przyjmuje się, że różnica w pigmentacji skóry między osobami rasy białej i czarnej wynika z działania trzech lub czterech genów nie allelicznych, z których każdy ilościowo wpływa na kolor skóry w przybliżeniu w ten sam sposób.

Plejotropowe działanie genówniezależne lub autonomiczne działanie genu w różnych narządach i tkankach, czyli wpływ jednego genu na powstawanie kilku cech.

Plejotropia pierwotnaze względu na biochemiczne mechanizmy działania zmutowanego białka lub enzymu - podstawowych produktów zmutowanych alleli. Podajmy przykłady ilustrujące ten punkt.

Zmutowane allele różnych genów kontrolujących syntezę kolagenu i fibryliny prowadzą do naruszenia właściwości tkanki łącznej.

Ponieważ tkanka łączna jest podstawą wszystkich narządów i tkanek, wielokrotny wpływ tych mutacji na obraz kliniczny (fenotyp) w takich dziedzicznych chorobach tkanki łącznej, jak na przykład zespół Ehlersa-Danlosa i zespół Marfana, co objawia się w szczególności , dzięki charakterystycznym zmianom w układzie kostnym, jest zrozumiałe, wypadnięcie zastawki mitralnej serca, rozszerzenie łuku aorty, podwichnięcie soczewki (z powodu osłabienia więzadła cynkowego).

Innym przykładem jest wielokrotne uszkodzenie organizmu w nerwiakowłókniakowatości, gdy wynikiem pierwotnego plejotropowego działania zmutowanego genu jest uszkodzenie układu nerwowego i kostnego, skóry i narządu wzroku oraz inne objawy.

Innym przykładem pierwotnego plejotropowego działania genu można uznać za charakterystyczne objawy takiego dziedzicznego zespołu, jakim jest zespół Barde-Biedla, który objawia się połączeniem otyłości, sześciopalczastych rąk i/lub stóp, niedorozwoju narządów płciowych , upośledzenie umysłowe i charakterystyczne uszkodzenie narządu wzroku u osób chorych.

Plejotropia wtórna -uszkodzenie ciała może być spowodowane powikłaniami pierwotnych procesów patologicznych, między którymi można prześledzić związek.

Na przykład w jednej z jednogenowych, autosomalnych chorób dziedziczonych recesywnie – mukowiscydozie – występuje błąd w syntezie białka transbłonowego zapewniającego transport jonów w komórkachgruczoły zewnątrzwydzielnicze.

Naruszenie transportu jonów Na i Cl prowadzi do powstania gęstego śluzu w oskrzelach, zewnątrzwydzielniczej części trzustki i/lub innych gruczołów zewnątrzwydzielniczych (płeć i pot), co pociąga za sobą wtórne procesy zapalne, zablokowanie przewodów wydalniczych, upośledzenie trawienia żywność i rozwój wtórnych procesów zapalnych.

Penetracja i ekspresja ludzkich genów.

Penetrancja to prawdopodobieństwo ekspresji genu u jego znanych nosicieli. Jeśli u wszystkich nosicieli obserwuje się ekspresję fenotypową, mówi się o całkowitej, 100% penetracji. Jednak w wielu chorobach tak się nie dzieje i obserwuje się niepełną penetrację. W takich przypadkach mówią o predyspozycjach (do cukrzycy, schizofrenii, chorób sercowo-naczyniowych itp.); nawet nosiciel odpowiedniego genu może być zdrowy. Nowoczesne metody diagnostyczne pozwalają w wielu przypadkach zidentyfikować nosicielstwo wadliwych genów.

Pojęcie ekspresyjności odzwierciedla stopień ekspresji cechy.

Ekspresja genów charakteryzuje różne nasilenie choroby o tym samym genotypie Ekspresja genów charakteryzuje różne nasilenie choroby o tym samym genotypie.

Na przykład w jednym z autosomalnych dominujących zespołów - zespole Holta-Orama (zespół „ręka-serce”) - charakterystyczna zmiana układu kostnego może różnić się od lekko słabo rozwiniętego promienia do jego braku z utworzeniem promieniowego pazura.

Przykładem zróżnicowanej ekspresji choroby jest również różnica w nasileniu tak częstej dziedzicznej choroby autosomalnej dominującej, jaką jest nerwiakowłókniakowatość. Bardzo często, nawet w tej samej rodzinie, są pacjenci o łagodnym przebiegu (obecność plam starczych, niewielka liczba nerwiakowłókniaków, „piegi” w fałdach skóry) i ciężkim przebiegu choroby (z guzami ośrodkowy układ nerwowy, złośliwość nerwiakowłókniaków i inne groźne objawy).

Lekcja praktyczna

Rozwiązywanie problemów symulujących krzyżowanie monohybrydowe, dihybrydowe, polihybrydowe

Oba terminy zostały wprowadzone w 1926 roku. O. Vogt opisać zmienność zmutowanych fenotypów.

wyrazistość- to jest stopień manifestacji zmutowana cecha w fenotypie. Na przykład mutacja bezoki u Drosophila powoduje redukcję wzroku, której stopień nie jest taki sam u różnych osób.

Penetracja - to jest częstotliwość, lub prawdopodobieństwo manifestacji fenotyp mutanta wśród wszystkich osobników niosących daną mutację. Na przykład 100% penetracja mutacji recesywnej oznacza, że u wszystkich osobników homozygotycznych występuje ona w fenotypie. Jeśli fenotypowo występuje tylko u połowy osobników, to penetracja mutacji wynosi 50%.

Mutacje warunkowe

Te mutacje pojawiają się tylko wtedy, gdy spełnione są określone warunki.

Mutacje wrażliwe na temperaturę. Mutanty tego typu żyją i rozwijają się normalnie pod jednym ( dozwalający) temperatura i wykrywanie odchyleń w innym ( ograniczający). Na przykład w Drosophila, wrażliwa na zimno (przy 18°C) ts - mutacje (wrażliwe na temperaturę) i wrażliwe na ciepło (przy 29°C) ts -mutacje. W 25°C utrzymuje się normalny fenotyp.

Mutacje wrażliwości na stres. W tym przypadku mutanty rozwijają się i na zewnątrz wyglądają normalnie, jeśli nie są poddawane żadnym stresującym wpływom. Tak, mutanty. sesB (wrażliwy na stres) Drosophila w normalnych warunkach nie wykazuje żadnych nieprawidłowości.

Jeśli jednak probówka zostanie gwałtownie potrząśnięta, muchy wpadną w konwulsje i nie będą w stanie się poruszać.

Mutacje auksotroficzne u bakterii. Żyją tylko na pełnym lub minimalnym podłożu, ale z dodatkiem tej lub innej substancji (aminokwasu, nukleotydu itp.).

Metody rozliczania mutacji

Specyfika metod księgowania mutacji. Metody wykrywania mutacji powinny być różne w zależności od trybu reprodukcji organizmu. Widoczne zmiany morfologiczne są łatwo brane pod uwagę; trudniej jest określić zmiany fizjologiczne i biochemiczne w organizmach wielokomórkowych. Najłatwiej znaleźć widoczna dominanta mutacje, które mogą być heterozygotyczne w pierwszym pokoleniu są trudniejsze do analizy mutacje recesywne, są konieczne homozygotyczny.

W przypadku dobrze przebadanych genetycznie obiektów (Drosophila, kukurydza, szereg drobnoustrojów) dość łatwo jest zbadać nową mutację. Na przykład, w przypadku Drosophila opracowano specjalne metody, aby uwzględnić częstotliwość mutacji.

metoda Сл. Möller stworzył linię muszek owocowych Сл (el b), który ma jeden z X- chromosomy oznaczone genem dominującym Pręt (B) oraz inwersja, nazywa Z . Ta inwersja zapobiega krzyżowaniu i ma recesywny śmiertelny efekt – ja. Dlatego linia została nazwana Сл .

Kobiety tego linia analizatora skrzyżowane z samcami z próby badawczej. Jeśli samce pochodzą z naturalna populacja, wtedy możemy oszacować częstotliwość lotów w nim. Albo weź samce leczony mutagenem. W tym przypadku szacuje się częstość śmiertelnych mutacji wywołanych tym mutagenem.

W F1 wybierz kobiety Сл/+, heterozygotyczny dla mutacji bar, i krzyż indywidualnie (każda samica w osobnej probówce z samcem typu dzikiego). Jeśli w badanym chromosomie bez mutacji, wtedy potomstwo będzie miało dwie klasy samic i jedną klasę samców ( B+), ponieważ samce Сл umrzeć z powodu obecności śmiertelnego ja , tj. całkowity podział płci będzie 2:1 (widzieć zdjęcie).

Jeśli w eksperymentalnym chromosomie mieć śmiertelną mutację ja , potem w F 2 to tylko kobiety, gdyż samce obu klas umrą - w jednym przypadku z powodu obecności latających w X-chromosom Сл, w drugim - ze względu na obecność latania ja w eksperymentalnym X-chromosom (patrz rysunek). Określanie stosunku liczby X-chromosomy (probówki z indywidualnymi krzyżówkami), w których powstały letalne, do ogólnej liczby badanych X-chromosomy (probówki), liczą częstość śmiertelnych mutacji w określonej grupie.

Møller wielokrotnie modyfikował swoją metodę wykrywania śmiertelności w X- chromosom Drosophila, w wyniku czego powstaje m.in linie - analizatory, Jak Mu-5 , i później linie - balansery Podstawowe, Binsn itd.

metoda Cy L/Pm . Aby wyjaśnić śmiertelne mutacje w autosomy muszki owocowe używają linii zrównoważone śmiercionośne. Do manifestacji recesywnej mutacji letalnej w autosomie konieczne jest również w stanie homozygotycznym. W tym celu konieczne jest postawienie dwóch krzyżyków i prowadzenie ewidencji potomków w F3. Aby wykryć śmiertelne druga chromosom użyj linii Cy L/Pm (SIL PEM) (patrz rysunek).

Muchy tej linii drugi chromosom dwie dominujące mutacje Cy (Kręcony - zakrzywione skrzydła ) oraz L (płat - małe zrazikowe oczy ) , z których każdy w stanie homozygotycznym powoduje efekt śmiertelny. Mutacje są przedłużane inwersje na różnych ramionach chromosomu. Obaj ” zamknąć" przechodzić przez. W chromosomie homologicznym występuje również mutacja dominująca – inwersja Po południu (Śliwka - Brązowe oczy). Analizowany samiec jest krzyżowany z samicą z linii CyL/Pm (nie wszystkie klasy potomne są pokazane na rysunku).

W F1 wybierz samce CyL/Pm+ oraz indywidualnie skrzyżować je z samicami oryginalnej linii Cy L/Pm . W F2 wybierz samce i samice Cy L w którym testem jest chromosom homologiczny. W wyniku krzyżowania ich ze sobą uzyskuje się trzy klasy potomków. Jeden z nich umiera z powodu homozygotyczności mutacji Cy oraz L inna klasa potomków to heterozygoty CyL/Pm+, jak również klasę homozygot dla badanego chromosomu. Efektem końcowym są muchy. Cy L oraz Cy+L+ w związku z 2:1 .

Jeśli chromosom testowy ma: śmiertelna mutacja, w potomstwie z ostatniego skrzyżowania będzie tylko leci Cy L . Stosując tę metodę można uwzględnić częstość występowania recesywnych mutacji letalnych na drugim chromosomie Drosophila.

Uwzględnianie mutacji w innych obiektach. Podobne metody wykrywania mutacji zostały opracowane dla innych obiektów. Opierają się na tych samych zasadach:

1) odkryj recesywny mutację można przełożyć na homo- lub hemizygotyczny stan,

2) możliwe jest dokładne uwzględnienie częstości pojawiających się mutacji tylko pod warunkiem brak zwrotnicy u osób heterozygotycznych.

Do ssaki(mysz, królik, pies, świnia itp.) opracowano metodę uwzględniającą częstość występowania dominujący zabójczy mutacje. Częstość mutacji ocenia się na podstawie różnicy między liczbą ciałko żółte w jajniku i rozwijająca się embriony u otwartej ciężarnej samicy.

Uwzględnienie częstotliwości mutacji w ludziach jednak bardzo trudne analiza genealogiczna , tj. analiza rodowodów, pozwala na ustalenie występowania nowych mutacji. Jeśli cecha nie została znaleziona w rodowodzie małżonków przez kilka pokoleń, a pojawiła się ona u jednego z dzieci i zaczęła być przekazywana kolejnym pokoleniom, to mutacja powstała w gamecie jednego z tych małżonków.

Uwzględnianie mutacji w mikroorganizmach. Bardzo wygodne jest badanie mutacji w mikroorganizmach, ponieważ wszystkie ich geny w liczbie pojedynczej i pojawiają się mutacje w pierwszym pokoleniu.

Mutanty są łatwe do zauważenia metoda odcisku, lub repliki, który został zaproponowany przez małżonków MI. oraz J. Lederbergs.

Aby zidentyfikować mutacje oporności E. coli na bakteriofaga T1, bakterie wysiewa się na pożywkę agarową w celu utworzenia pojedynczych kolonii. Kolonie te są następnie przedrukowywane przy użyciu aksamitnej repliki na płytki pokryte zawiesiną cząstek faga T1. Większość komórek oryginalnej wrażliwej ( Mnóstwo ) kultury nie będą tworzyć kolonii, ponieważ ulegają lizie przez bakteriofaga. Rosną tylko pojedyncze kolonie mutantów ( TonR ) są odporne na fagi. Licząc liczbę kolonii w wariantach kontrolnych i eksperymentalnych (np. po naświetlaniu światłem ultrafioletowym) łatwo jest określić częstość indukowanych mutacji.