Koncept genske ekspresivnosti in penetracije. Pomen enotnosti zunanjega in notranjega okolja v razvoju organizma. prodornost in ekspresivnost. Kaj? Fenotipski parametri manifestacije ekspresivnosti in penetracije genotipa

Mnogi genetske bolezni jasno opredeljena v družini; tiste. nenormalen fenotip zlahka ločimo od normalnega. Iz kliničnih izkušenj pa je znano, da se nekatere bolezni morda ne manifestirajo, čeprav ima oseba enak genotip, ki povzroča bolezen pri drugih družinskih članih. V drugih primerih ima lahko ista bolezen izjemno spremenljivo predstavitev v smislu klinične resnosti, obsega simptomov ali starosti nastopa.

Fenotipsko izražanje nenormalni genotip se lahko spremenijo zaradi učinkov staranja, drugih genetskih lokusov ali okoljskih dejavnikov. Razlike v izražanju lahko pogosto povzročijo težave pri interpretaciji diagnoze in rodovnika. Obstajata dva različna mehanizma, ki lahko pojasnita razlike v izražanju: zmanjšana penetracija in spremenljiva izraznost.

Penetrance- verjetnost, da bo gen imel kakršno koli fenotipsko manifestacijo. Če je frekvenca izražanja fenotipa manjša od 100 %, tj. obstajajo posamezniki, ki imajo ustrezen genotip brez kakršnih koli njegovih manifestacij, pravijo, da ima gen nepopolno penetracijo. Penetrance je koncept vse ali nič. To je odstotek ljudi s patološkim genotipom in njegovimi manifestacijami, vsaj do neke mere.

izraznost- resnost izraženosti fenotipa med posamezniki z enim patološkim genotipom. Kadar se resnost bolezni razlikuje med posamezniki z enakim genotipom, velja, da ima fenotip spremenljivo izraženost. Tudi znotraj istega rodovnika imata lahko dva posameznika, ki nosita iste mutirane gene, nekatere enake znake in simptome, druge manifestacije bolezni pa se lahko razlikujejo glede na prizadeta tkiva in organe.

nekaj težave Pri razumevanju dedovanja fenotipa bolezni, ki je posledica starostno odvisne penetracije in spremenljive ekspresivnosti, lahko upoštevamo primer avtosomno dominantne nevrofibromatoze NF1. Nevrofibromatoza tipa 1 je pogosta motnja živčnega sistema, oči in kože, ki se pojavi pri približno 1 od 3500 rojstev. Med etničnimi skupinami ni bistvenih razlik v pojavnosti bolezni.

Primer dedovanja nevrofibromatoze tipa 1 - NF1

Nevrofibromatoza tipa 1(NF1) je značilna rast v koži številnih benignih volumetričnih tumorjev, nevrofibromov; prisotnost številnih, ravnih, nepravilnih, pigmentiranih madežev na koži, znanih kot "kavni" madeži ali "café-au-lait" madeži; rast majhnih benignih tumorjev (hamartomov) v šarenici očesa (noduli Lish); včasih duševna zaostalost, tumorji osrednjega živčevja, diseminirani pleksiformni nevrofibromi in razvoj malignih tumorjev živčnega sistema ali mišic. Tako ima bolezen pleiotropni fenotip.

1. vrsta(NF1) je prvi v celoti opisal zdravnik von Recklinghausen leta 1882, vendar je bolezen verjetno znana že od antičnih časov. Čeprav imajo odrasli heterozigoti skoraj vedno neko obliko bolezni (tj. 100-odstotno penetracijo odraslih), imajo lahko nekateri samo kavne pege, aksilarne pege in Lischeve nodule, medtem ko imajo drugi lahko smrtno nevarne benigne tumorje, ki prizadenejo hrbtenjačo ali maligne sarkome okončine.

Tako obstaja spremenljiva izraznost; celo znotraj istega rodovnika so nekateri bolniki hudo prizadeti, drugi pa le rahlo. Pri otrocih je diagnoza težja, saj se simptomi s starostjo razvijajo postopoma. Tako ima na primer v neonatalnem obdobju manj kot polovica vseh obolelih vsaj najblažji znak bolezni, "kavne" pege. Penetracija je torej odvisna od starosti.

AT gen NF1 odkritih je bilo veliko različnih mutacij, ki povzročajo zmanjšanje delovanja genskega produkta, nevrofibromina. Približno polovico primerov NF1 povzroči nova in ne podedovana mutacija.

Glavna genetska težava pri svetovanje družinam bolnikov z NF1- potreba po izbiri med dvema enako verjetnima možnostma: probandova bolezen je sporadična, tj. nova mutacija ali pa je bolnik podedoval klinično pomembno obliko bolezni od starša, pri katerem je gen prisoten, vendar šibko izražen. Če je proband podedoval okvaro, je tveganje, da bo bolezen podedoval tudi kateri od njegovih bratov in sester, 50 %; če pa ima proband novo mutacijo, je tveganje za brate in sestre zelo majhno.

Pomembno je, da je v obeh primerih tveganje, da bo bolnik prenesel gen potomci, je 50 %. Glede na to negotovost se morajo družine bolnikov z NF1 zavedati, da je bolezen mogoče odkriti presimptomatsko in celo prenatalno z uporabo molekularne genetske analize. Žal lahko molekularna diagnostika večinoma le odgovori na vprašanje, ali se bo bolezen razvila, ne more pa ugotoviti njene resnosti. Z izjemo povezave popolne delecije gena z dismorfijami, duševno zaostalostjo in velikim številom nevrofibromov v zgodnji starosti ni bilo ugotovljene korelacije med resnostjo fenotipa in specifičnimi mutacijami v genu NF1.

Drug primer avtosomno dominantne malformacije z nepopolno penetracijo je ektrodaktilna motnja delitve roke. Malformacija se pojavi v šestem ali sedmem tednu razvoja, ko se oblikujejo dlani in stopala. Bolezen kaže heterogenost lokusa. Identificiranih je bilo vsaj pet lokusov, čeprav je bil odgovorni gen dejansko potrjen le v nekaj izmed njih. Nepopolna penetracija v rodovnikih z malformacijami rok lahko privede do preskočenih generacij, kar oteži genetsko svetovanje, saj lahko oseba z normalnimi rokami še vedno prenaša gen bolezni in ima tako prizadete otroke.

Čeprav na splošno pravila dedovanja monogene bolezni lahko enostavno razvrstimo kot avtosomno ali X-vezano ter dominantno ali recesivno, lahko dedovanje v posameznem rodovniku prikrijejo številni drugi dejavniki, ki otežujejo razlago načina dedovanja.

Diagnostične težave so lahko posledica nepopolnosti prodornost ali spremenljiva izraženost bolezni; na izražanje genov lahko vplivajo drugi geni in okoljski dejavniki; nekateri genotipi ne preživijo do rojstva; morda ni natančnih informacij o prisotnosti bolezni v sorodnikih ali družinskih odnosih; dominantne in X-vezane bolezni lahko povzročijo nove mutacije; in končno, pri majhni družini, ki je danes značilna za večino razvitih držav, je lahko bolnik slučajno edini bolnik v družini, ko se je zelo težko odločiti za vrsto dedovanja.

genetska bolezen se lahko pojavi kadar koli v človekovem življenju, od zgodnjega razvoja ploda do starosti. Nekateri so lahko smrtni v maternici, drugi lahko motijo ​​normalen razvoj ploda in se odkrijejo prenatalno (npr. z ultrazvokom), vendar so združljivi z živim rojstvom; spet druge je mogoče identificirati šele po rojstvu. (Genetske in prirojene bolezni se pogosto zamenjujejo.

K (P) \u003d x 100%, kjer je K (P) penetracija, n je število potomcev, v katerih se je lastnost izkazala, N je skupno število potomcev.

izraznost je stopnja fenotipske manifestacije lastnosti, ki jo nadzoruje določen gen. Na primer, intenzivnost pigmentacije kože pri ljudeh, ki narašča s povečanjem števila dominantnih alelov (A 1, A 2, A 3, A 4) v polimernem genskem sistemu: dominantni aleli, ki določajo razvoj črne kože. - A 1, A 2, A 3, A 4, recesivni aleli bele kože - a 1, a 2, a 3, a 4 Bela - a 1 a 1 a 2 a 2, A 1 a 1 a 2 a 2 - svetlopolti mulat, A 1 A 1 a 2 a 2 - mulat temnorjav,

A 1 A 1 A 2 a 2 je temni mulat, A 1 A 1 A 2 A 2 je črni črnec.

Vpliv okoljskih dejavnikov se izraža s povečanjem stopnje pigmentacije kože pri osebi z enim genotipom - A 1 a 1 a 2 a 2 pod vplivom ultravijoličnih žarkov.

Odmerek gena odraža razvoj shizofrenije – pri homozigotih je 100 % penetrantnost, pri heterozigotih pa 20 %. Potek, razvoj patoloških stanj je mogoče opaziti v obliki blagih in hudih manifestacij - hipertenzije, sladkorne bolezni in drugih znakov.

anemija srpastih celic- To je dedna hemoglobinopatija, ki se deduje avtosomno recesivno. Vzrok bolezni je patološki gen »s«, ki tvori nenormalni hemoglobin (HbS), v molekuli katerega se namesto glutaminske kisline na 6. mestu ß-verige nahaja valin. Genetska okvara je točkovna genska mutacija, ki se pojavi v strukturnem genu DNA, ki kodira ß-verige hemoglobina. Patološki hemoglobin je dobil ime S - hemoglobin iz besede "sicsle" - srp, ker dobi eritrocit, ki nosi to nenormalno beljakovino, obliko polmeseca.

Pod mikroskopom so okvarjene krvne celice v obliki prisekanega kroga ali polmeseca v nasprotju z normalnimi okroglimi celicami. Zaradi tega se ta oblika hemoglobinopatije imenuje anemija srpastih celic. Srpasti eritrociti povzročajo povečanje viskoznosti krvi, ustvarjajo mehansko oviro v majhnih arteriolah in kapilarah. Ne morejo se upogniti in preiti skozi drobne ozke žile, zato nekatera tkiva in organi ne prejmejo potrebnih snovi in ​​kisika. Poleg tega so eritrociti v obliki srpa manj odporni na mehanske obremenitve, kar vodi do njihove hemolize. Masivno uničenje celic aktivira sistem strjevanja krvi. Povečana tromboza. Tromboza v različnih organih, vklj. v vranici, ki po hipertrofiji postopoma atrofira.

Obstaja več kot 26 različic nadomestkov v verigi alfa in 31 različic v verigi beta. Zamenjava vsaj ene aminokisline spremeni primarno strukturo proteina, prostorsko razporeditev njegovih delov in s tem delovanje hemoglobina. Polimorfizem hemoglobina ima očitno prilagoditveno vrednost.

Interakcija alelov, ki določajo razvoj hemoglobinopatij, je določena z različnimi oblikami interakcije alelnih genov (nepopolna dominanca, superdominanca in kodominanca).

Po vrsti nepopolne prevlade manifestirajo se heterozigotni Ss nosilci hemoglobinskega HbS gena (HbANbS).

a) Ob spremembi zunanjih okoljskih razmer na morski gladini imajo heterozigoti normalno obliko eritrocitov in normalno koncentracijo hemoglobina v krvi (popolna prevlada S nad s).

b) Na visoki nadmorski višini (več kot 2,5-3 tisoč m) se pri heterozigotih koncentracija hemoglobina zniža, pojavijo se eritrociti v obliki polmeseca (nepopolna prevlada S nad s), opazimo klinično manifestacijo anemije. Ta primer kaže, da je prevlada lahko odvisna ne samo od genotipa, ampak tudi od okoljskih pogojev.

nadvlado opazimo, so pri Ss heterozigotih z oblikami hemoglobina HbANbS manj dovzetni za malarijo in zanje je značilna odpornost na malarijo, homozigoti z oblikami hemoglobina HbANbA so bolj dovzetni za malarijo. V tropski Afriki in drugih območjih, kjer je malarija pogosta, so vsi trije genotipi - SS, Ss in ss stalno prisotni v človeški populaciji (20-40% heterozigotne populacije - Ss). Izkazalo se je, da je ohranitev smrtonosnega (smrtonosnega) alela (-ov) v človeški populaciji posledica dejstva, da so heterozigoti (Ss) bolj odporni na malarijo in anemija nima kliničnih manifestacij kot homozigoti za normalni gen, njihov genotip je SS, oblika hemoglobina je HbA / HbA - so dovzetni za malarijo (huda bolezen je pogosto smrtna), zato imajo selektivno prednost. Posamezniki z genotipom hemoglobina HbS / HbS in ss (smrtna - huda oblika anemije). Tako imajo posamezniki z genotipom eritrocitov HbA / HbS - Ss prednost:

HbA/HbA < HbА /HbS > HbS/HbS.

Končno sta v eritrocitih nosilcev HbAHbS obe različici beta-globinskih verig prisotni v enakih količinah - normalni A in mutirani S, tj. kodiranje.

talasemija- To je tudi dedna bolezen krvi, se nanaša na avtosomno recesivno mutacijo. Oseba s talasemijo ne more proizvesti dovolj hemoglobina, ki se nahaja v rdečih krvnih celicah za prenos kisika po telesu. Če v rdečih krvničkah ni dovolj hemoglobina, kisik ne doseže vseh delov telesa. Organom začne primanjkovati kisika in ne morejo normalno delovati. Obstajata dve vrsti talasemije, alfa in beta, poimenovani po dveh beljakovinskih verigah, ki sestavljata normalni hemoglobin. Tako alfa kot beta talasemija imata akutno in neakutno obliko. Recesivni homozigoti za talasemijo so smrtni, medtem ko so heterozigoti sposobni preživeti. Zdravi kot anemijo srpastih celic do hemoglobinopatij

NEALELNI GENI so geni, ki se nahajajo na različnih lokusih (lokacijah) homolognih in nehomolognih kromosomov. Nealelni geni so označeni z različnimi črkami (A, B, C).

PENETRACIJA PENETRACIJA

(iz latinščine penetrans, genus case penetrantis - prodiranje, doseganje), pogostost manifestacije alela določenega gena pri različnih posameznikih sorodne skupine organizmov. Izraz "P." leta 1927 predlagal N. V. Timofeev-Resovski. Obstaja popolna P. (alel se pojavi pri vseh posameznikih) in nepopolna P. (alel se ne pojavi pri nekaterih posameznikih). Kvantitativno je P. izražen v% posameznikov, pri katerih se manifestira ta alel (100% - popoln P.). Nepopolni P. je značilen za manifestacijo mnogih. geni. Npr. pri osebi P. prirojeni izpah kolka 25%, P. očesna okvara - kolobom - cca. petdeset %. Nepopolna P. lahko temelji na genetski. vzroki in vplivi zunanjih. pogoji. Poznavanje mehanizmov P. in narave P. nekaterih alelov je pomembno v medicinski genetiki. posvetovanje in opredelitev možnega genotipa "zdravih" ljudi, sorodnikov, ki so imeli dediščino, bolezni. Manifestacija genov, ki nadzorujejo spolno omejene lastnosti (npr. Barva perja, proizvodnja jajčec, vsebnost mlečne maščobe), kot tudi lastnosti, odvisne od spola, se lahko štejejo za posebne primere nepopolnega P. Na primer, alel gena, ki povzroča plešavost pri moških, heterozigotnih za ta alel, se ne pojavi pri heterozigotnih ženskah. V homozigotnem stanju ta alel povzroča plešavost pri moških in redčenje las pri ženskah. (glej IZRAZNO).

.(Vir: "Biološki enciklopedični slovar." Glavni urednik M. S. Gilyarov; Uredništvo: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin in drugi - 2. izd., popravljeno . - M .: Sov. Enciklopedija, 1986.)

Poglejte, kaj je "PENETRACIJA" v drugih slovarjih:

- (populacijska genetika) indikator fenotipske manifestacije alela v populaciji. Opredeljen je kot razmerje (običajno kot odstotek) števila posameznikov, pri katerih so opazili fenotipske manifestacije prisotnosti alela, do skupnega števila posameznikov v ... ... Wikipedia

- (iz latinščine penetrans, rod penetrantis, prodoren), pogostost izražanja gena, določena s številom osebkov (znotraj sorodne skupine organizmov), ki kažejo lastnost, ki jo nadzira ta gen ... Veliki enciklopedični slovar

Penetrance. Glej izražanje genov. (Vir: "English Russian Explanatory Dictionary of Genetic Terms". Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskva: Založba VNIRO, 1995) ... Molekularna biologija in genetika. Slovar.

PRODIRANJE- (iz latinščine penetro prodiram, dosežem), pogostost, s katero se fenotipsko manifestira dominantni ali recesivni gen v homozigotnem stanju. Izraz je uvedel N. V. Timofejev Resovski (1927). Ekološki enciklopedični slovar. Kišinjev: Dom… … Ekološki slovar

prodornost- in no. penetracija f. Biol. sl. 377 ... Zgodovinski slovar galicizmov ruskega jezika

prodornost- manifestacija gena Pogostost manifestacije določenega alela v skupini sorodnih organizmov (v tem primeru se stopnja njegove manifestacije pri posamezniku imenuje ekspresivnost); s popolnim P. se manifestacija alela pojavi pri vseh posameznikih vzorca, večina ... ... Priročnik tehničnega prevajalca

Penetrance- * penetrantnost * penetrantnost frekvenca ali verjetnost manifestacije gena (alela) v skupini sorodnih organizmov v ustreznih okoljskih pogojih. P. je določen z deležem posameznikov (v%) nosilcev proučevanega gena (alela), v katerem je ... ... Genetika. enciklopedični slovar

PRODIRANJE- (ponovljivost) pogostost, s katero določeno lastnost nadzoruje določen gen. Popolna penetracija je opazna, če je ta lastnost prisotna pri vseh posameznikih, v telesu katerih je prisoten ta ali tisti gen. če…… Razlagalni slovar medicine

- (iz latinščine penetrans, rod n. penetrantis prodoren), pogostost manifestacije gena, določena s številom osebkov (znotraj sorodne skupine organizmov), v katerih se manifestira lastnost, ki jo nadzira ta gen. * * * PENETRACIJA… … enciklopedični slovar

- (iz latinščine penetro prodiram, dosežem) kvantitativni pokazatelj fenotipske variabilnosti izražanja gena. Meri se (običajno v %) z razmerjem med številom osebkov, pri katerih se je ta gen manifestiral v fenotipu, in skupnim številom osebkov v genotipu ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Predavanje na temo "Dedovanje lastnosti pri monohibridnih, dihibridnih in polihibridnih križanjih. Interakcija med geni. Penetrarnost in ekspresivnost genov", za specialnost Splošna medicina, EP. 05 HUMANA GENETIKA Z OSNOVAMI MEDICINSKE GENETIKE

Prenesi:

Predogled:

PREDAVANJE

TEMA: Dedovanje lastnosti pri monohibridnih, dihibridnih in polihibridnih križanjih. Interakcija med geni. Prodornost in ekspresivnost genov.

NAČRTUJ.

1. Genotip in fenotip.
2. Interakcija alelnih in nealelnih genov: popolna in nepopolna prevlada, kodominanca, epistaza, komplementarnost, polimerizem, pleiotropija.

1. Bistvo zakonitosti dedovanja lastnosti pri človeku.

Glavne vzorce dedovanja lastnosti v generacijah je odkril češki raziskovalec G. Mendel, ki je leta 1866 objavil

Pred G. Mendelom je bila splošno sprejeta teorija tako imenovane "zlite" dednosti. Njegovo bistvo je bilo v tem, da sta se med oploditvijo moški in ženski »začetek« pomešala »kot barve v kozarcu vode« in tako je nastal nov organizem.

G. Mendel je postavil temelje idejam o diskretni naravi dedne snovi in ​​njeni porazdelitvi med nastajanjem zarodnih celic v hibridih.

V vsakem poskusu se je osredotočil na eno lastnost in ne na rastlino kot celoto, izbral tiste lastnosti, v katerih so se rastline jasno razlikovale.

Pred križanjem rastlin med seboj se je prepričal, da pripadajočiste linije. V ta namen je G. Mendel dve leti žlahtnil različne sorte graha, da bi izbral tiste linije, pri katerih se je lastnost vedno razmnoževala v potomcih iz generacije v generacijo (barva kličnih listov, razporeditev cvetov, dolžina rastline itd.).

najprej Poskusi G. Mendela so upoštevali samo en par znakov. Ta prehod se imenuje monohibrid.

Monohibrid imenovano križanje, ki upošteva vzorce dedovanja enega para kontrastnih, alternativnih lastnosti.

znak - katera koli značilnost organizma, to je vsaka njegova posamezna kakovost ali lastnost, po kateri je mogoče razlikovati dva posameznika. Pri rastlinah so to oblika venca (npr. simetrično-nesimetrično) ali njegova barva (vijolično-bela), stopnja zorenja rastline (zgodnja-pozno zrela), odpornost ali dovzetnost za bolezni itd.

• Sprva so lastnosti imenovali aleli. Kasneje sta se besedi "alel" in "gen" začeli uporabljati kot sopomenki. Alelni geni (geni, ki določajo isto lastnost) se nahajajo v istem lokusu homolognih kromosomov. En diploidni organizem ima lahko največ dva alela istega gena. Spomnimo se, da en gen prejme od vsakega starša.

Slika 16 Alelni geni.

monohibridno križanje.

Ko smo v prvi generaciji križancev križali rastline z rumenimi semeni z rastlinami z zelenimi semeni, smo dobili rastline samo z rumenimi semeni.

V potomcih ni bilo prehodnih oblik.

Ti pa so med križanjem dali potomce, sestavljene iz rastlin, tako z rumenimi kot zelenimi semeni. Razmerje med rumenimi in zelenimi semeni je bilo 3:1.

S povzetkom številnih poskusov o različnih lastnostih graha so bili oblikovani osnovni Mendlovi zakoni.

1. Zakon prevlade ali zakon enotnostihibridi prve generacije.

Pri križanju posameznikov, ki se med seboj razlikujejo po eni lastnosti, v prvi generaciji hibridov dobimo enotne potomce, ki so podobni samo enemu od staršev.

Ustrezna lastnost drugega starša ni prikazana.

Lastnost, ki se je pojavila v prvi generaciji hibridov, se imenuje dominanten in nemanifestirano - recesivna lastnost.

Pri človeku je tipičen primer dominantne lastnosti brahidaktilija (enakomerno skrajšanje prstov), ​​recesivne pa odsotnost encima fenilalanin hidroksilaze, kar vodi v razvoj resne bolezni - fenilketonurije.

1. delitveni zakonv drugi generaciji hibridov se osebki z dominantnimi in recesivnimi lastnostmi pojavljajo v razmerju 3:1.

G. Mendel je uvedel simbole: A - za dominantno in a - za recesivno lastnost, kar pomeni, da same lastnosti določajo diskretni dejavniki dednosti - nagnjenja (kasneje so jih poimenovali geni).

Gamete vsakega starša nosijo enega od teh genov.

V poskusih z grahom je v gametah enega od staršev gen, ki določa rumeno barvo semen, drugi pa - zeleno barvo semen. Takšni ustrezni geni se imenujejo alelni geni.

• Alel (iz grščine a11e1op - drugo, drugačno) - ena od dveh ali več alternativnih oblik gena, ki ima specifično lokalizacijo na kromosomu in edinstveno nukleotidno zaporedje.

Običajno je označeno z abecednimi znaki:

1. matični organizmi - P,
2. prva generacija hibridov - F1in druga generacija - F2pridobljeni s križanjem osebkov prve generacije med seboj.

Starševske rastline, ki pripadajo čistim linijam, imajo dva dominantna (AA) ali dva recesivna (aa) alela in tvorijo samo eno vrsto gamete (A oziroma a).

Takšni organizmi se imenujejo homozigoten.

Vsi njihovi potomci F1bo nosil tako gen za dominantno kot gen za recesivno lastnost, tj. bo heterozigot.

V dobesedni sliki je videti takole:

Če upoštevamo barvo semen graha, bodo starševska rumena semena homozigota, medtem ko bodo rumena semena, ki izhajajo iz križanja, heterozigota, tj. bodo imeli različne genotipe (Aa).

Pri ljudeh je primer monohibridnega križanja večina porok med heterozigotnimi nosilci recesivnih patoloških alelov, odgovornih za različne oblike presnovnih motenj (galaktozemija, fenilketonurija itd.)

Vse zgoraj opisano se nanaša na dedovanje alternativnih manifestacij ene lastnosti.

Dihibridno križanje.

1. Zakon neodvisnega dedovanja lastnosti: z di- in polihibridomPri križanjih hibridov se vsak par lastnosti deduje neodvisno drug od drugega, deli se v razmerju 3:1 in se lahko neodvisno kombinira z drugimi lastnostmi.

V enem od poskusov je G. Mendel križal rastline z okroglo rumenimi (dominantnimi) semeni z rastlinami, katerih semena so bila zelena in nagubana (recesivna).

Geni, odgovorni za okroglo obliko semen in njihovo rumeno barvo (označimo jih s črkama K oziroma G), prevladujejo nad njihovimi aleli, ki določajo nagubano obliko (k) in zeleno barvo (g).

Razmerje štirih vrst semen v drugi generaciji hibridov F2 je bilo naslednje: 315 okroglo rumenih, 108 okroglo zelenih, 101 nagubano rumenih in 32 nagubanih zelenih. Ta rezultat se je dobro ujemal s pričakovano porazdelitvijo 9:3:3:1, ki temelji na hipotezi o prenosu neodvisne lastnosti, saj je razmerje 3:1 dobro opazno za vsako posamezno lastnost.

Podoben primer križanja dveh heterozigotov pri ljudeh je poroka dveh kratkovidnih posameznikov z normalno pigmentacijo, saj pri ljudeh gen za kratkovidnost (A) prevladuje nad normalnim m vid (a) in gen, ki določa normalno pigmentacijo (B), prevladuje nad albinizmom (c). V takem zakonu bosta oba starša imela genotip AaBv in tvorila štiri tipe gamet: AB, AB, aB, av. Razdelitev po fenotipu pri otrocih bo naslednja: 9 - kratkovidna, z normalno pigmentacijo; 3 - kratkovidni, albino; 3 - normalen vid, normalna pigmentacija; 1 - normalen vid, albino. Če pa upoštevamo vse potomce samo za en par lastnosti, potem se izkaže, da se vsaka lastnost razdeli v razmerju 3:1, tj. funkcije se obnašajo neodvisno.

1. Genotip in fenotip.

Genotip je celota geni ki označuje ta organizem.

Fenotip – totalnost znaki , ki se kaže kot rezultat dejanja geni v določenih pogoji okolju. Ta izraz se lahko uporablja tudi v zvezi zena izmed alternativ.

1. Interakcija alelnih in nealelnih genov:

popolna in nepopolna prevlada,

kodiranje, epistaza,

komplementarnost,

polimerizem, pleiotropija.

Interakcija alelnih genov

Takšna oblika interakcije alelnih genov, kot sta dominantnost in recesivnost, je primer alelne interakcije.

Vendar so bila kmalu po drugem odkritju Mendelovih zakonov odkrita dejstva, ki kažejo na obstoj drugih oblik medgenskih odnosov v sistemu genotipov.

Tako se je izkazalo, da je prevlada enih lastnosti nad drugimi sicer razširjen, a ne univerzalen pojav.

V nekaterih primerih obstajanepopolna prevlada: za hibrid F1 je značilna vmesna lastnost med starševskimi. Tak primer je pojav rožnatih cvetov snapdragon, ko se križajo rdeči in beli cvetovi. V tem primeru so barvne razlike posledica para alelnih genov, v katerih ni dominance.

Mnogi, morda vsi geni v različnih organizmih obstajajo v več kot dveh alelnih oblikah, čeprav en diploidni organizem ne more nositi več kot dveh alelov. Ta pojavvečkratni alelizem.

T. Morgan in njegovi sodelavci so prvič odkrili več alel v belem lokusu pri Drosophili. Posebnost alelnih razmerij je, da lahko alele razporedimo v vrsto po padajoči stopnji prevlade.

Torej bo gen za rdeče oči - divji (najpogostejši v naravi) tip - prevladoval nad vsemi drugimi aleli. Skupaj jih je okoli 15. Vsak naslednji član serije alelov bo dominiral nad vsemi drugimi člani razen predhodnim. Obstojveč alelovsamo po sebi kaže na relativno naravo prevlade, pa tudi na dejstvo, da se manifestira v specifičnih okoljskih razmerah.

Obstajajo primeri, ko razmerje dominance in recesivnosti ni in se v fenotipu pojavita oba alela. Tukaj govorimo osodominanca.

Na primer, če ima eden od staršev krvno skupino A, drugi pa B, potem v krvi njihovih otrok obstajajo antigeni, značilni za skupino A in skupino B. Takšni geni se imenujejo kodominantni geni. Predstavljata jih dva ali več alelov.

Interakcija nealelnih genov:komplementarnost, epistaza in polimerizem.

Primer komplementarne interakcije genov pri ljudeh je tvorba specifičnega proteina interferona v imunokompetentnih celicah telesa, povezana z interakcijo dveh nealelnih genov, ki se nahajata na različnih kromosomih.

epistaza - supresija enega gena z drugim, nealelnim genom.

Supresorski gen - supresor, deluje na potlačen gen po principu, ki je blizu dominance - recesivnosti. Razlika je v tem, da niso alelni, tj. zasedajo različne lokuse na homolognih in nehomolognih kromosomih X.

Primer človeške epistaze je tako imenovani "bombajski fenotip". Znano je, da je dedovanje krvnih skupin ABO pri ljudeh pod nadzorom enega gena (I), v katerem se razlikujejo 3 aleli - 1 a, jaz b, jaz o . Za implementacijo informacij vsakega alela je potrebna prisotnost dominantnega alela H drugega genskega lokusa.

Če je posameznik homozigoten za H-sistem (tj. hh), potem je alel I b Sistem ABO ne more pokazati svojega učinka. Oseba z genetsko konstitucijo BB in BO mora imeti III krvno skupino. Če je tudi homozigoten hh, potem se v aglutinacijski reakciji v njem ne bo pojavil alel B in oseba bo prepoznana kot prva krvna skupina.

Polimerizem.

O polimerizmu govorijo v primeru prisotnosti več genov, ki enako vplivajo na eno lastnost.

Njihovo delovanje je pogosto kumulativno.

Manifestacija. takšno delovanje bo odvisno od števila dominantnih alelov.

Torej bo z aditivnim delovanjem fenotip bolj izrazit z genotipom AABB kot z AaBv. Na primer, pigmentacija človeške kože se razlikuje od bele do črne. Iz porok med temnopoltimi in belci se rodijo otroci z vmesno barvo kože, tako imenovani mulatjeri. V primeru porok med mulati imajo lahko potomci katero koli barvo kože - od črne do bele. Predvideva se, da je razlika v pigmentaciji kože med belci in črnci posledica delovanja treh ali štirih nealelnih genov, od katerih vsak kvantitativno vpliva na barvo kože na približno enak način.

Pleiotropno delovanje genovneodvisno ali avtonomno delovanje gena v različnih organih in tkivih, z drugimi besedami, vpliv enega gena na nastanek več lastnosti.

Primarna pleiotropijazaradi biokemičnih mehanizmov delovanja mutantnega proteina ali encima – primarni produkti mutantnih alelov. Naj navedemo primere za ponazoritev te točke.

Mutirani aleli različnih genov, ki nadzorujejo sintezo kolagena in fibrilina, vodijo do kršitve lastnosti vezivnega tkiva.

Ker je vezivno tkivo osnova vseh organov in tkiv, je večkratni vpliv teh mutacij na klinično sliko (fenotip) pri takšnih dednih boleznih vezivnega tkiva, kot sta na primer Ehlers-Danlosov sindrom in Marfanov sindrom, ki se kaže zlasti , z značilnimi spremembami v skeletnem sistemu, je razumljivo. , prolaps mitralne srčne zaklopke, razširitev aortnega loka, subluksacija leče (zaradi šibkosti zinnovega ligamenta).

Drug primer je večkratna poškodba telesa pri nevrofibromatozi, ko je posledica primarnega pleiotropnega delovanja mutantnega gena poškodba živčnega in skeletnega sistema, kože in organa vida ter drugi simptomi.

Drug primer primarnega pleiotropnega učinka gena lahko štejemo za značilne simptome takega dednega sindroma, kot je Barde-Biedlov sindrom, ki se kaže v kombinaciji debelosti, šestprstnih rok in / ali stopal, nerazvitosti spolnih organov , duševna zaostalost in značilna lezija organa vida pri bolnih posameznikih.

Sekundarna pleiotropija -poškodbe telesa so lahko posledica zapletov primarnih patoloških procesov, med katerimi je mogoče izslediti razmerje.

Na primer, pri eni od monogenih, avtosomno recesivno dednih bolezni - cistični fibrozi - pride do napake v sintezi transmembranskega proteina, ki zagotavlja transport ionov v celicah.eksokrine žleze.

Kršitev transporta ionov Na in Cl povzroči nastanek goste sluzi v bronhih, eksokrinem delu trebušne slinavke in/ali drugih eksokrinih žlezah (spolnih in znojnih), kar povzroči sekundarne vnetne procese, zamašitev izločevalnih kanalov, moteno prebavo. hrana in razvoj sekundarnih vnetnih procesov .

1. Prodornost in ekspresivnost človeških genov.

Prodornost je verjetnost izražanja gena v njegovih zloglasnih nosilcih. Če opazimo fenotipsko izraženost pri vseh nosilcih, govorimo o popolni, 100% penetraciji. Vendar se pri mnogih boleznih to ne zgodi in opazimo nepopolno penetracijo. V teh primerih govorijo o predispoziciji (sladkorna bolezen, shizofrenija, bolezni srca in ožilja itd.); tudi nosilec ustreznega gena je lahko zdrav. Sodobne diagnostične metode v mnogih primerih omogočajo odkrivanje nosilcev okvarjenih genov.

Koncept izraznosti odraža stopnjo izraženosti lastnosti.

Genska ekspresivnost označuje različno težo bolezni pri istem genotipu.Genska ekspresivnost označuje različno težo bolezni pri istem genotipu.

Tako, na primer, pri enem od avtosomno prevladujočih sindromov - sindromu Holt-Oram (sindrom "roka-srce") - se lahko značilna lezija skeletnega sistema razlikuje od rahlo nerazvitega polmera do njegove odsotnosti s tvorbo radialne paličaste roke.

Primer različne izraženosti bolezni je tudi razlika v resnosti tako pogoste dedne avtosomno dominantne bolezni, kot je nevrofibromatoza. Zelo pogosto, tudi v isti družini, obstajajo bolniki z blagim potekom (prisotnost starostnih peg, majhno število nevrofibromov, "pege" v kožnih gubah) in hudim potekom bolezni (s tumorji osrednji živčni sistem, malignost nevrofibromov in drugi hudi simptomi).

Praktična lekcija

Reševanje problemov simulacije monohibridnega, dihibridnega, polihibridnega križanja

Oba izraza sta bila uvedena leta 1926. O. Vogt za opis variacije mutantnih fenotipov.

izraznost- to je stopnja manifestacije mutantna lastnost v fenotipu. Na primer, mutacija brez oči pri Drosophili povzroči zmanjšanje očesa, katerega stopnja ni enaka pri različnih posameznikih.

Penetrance - to je frekvenca, oz verjetnost manifestacije mutantnega fenotipa med vsemi posamezniki, ki nosijo dano mutacijo. Na primer, 100-odstotna penetracija recesivne mutacije pomeni, da se pojavi v fenotipu pri vseh homozigotnih posameznikih. Če jo fenotipsko najdemo le pri polovici osebkov, je penetracija mutacije 50-odstotna.

Pogojne mutacije

Te mutacije se pojavijo šele, ko so izpolnjeni določeni pogoji.

Temperaturno občutljive mutacije. Mutanti tega tipa živijo in se normalno razvijajo pod enim ( permisiven) temperaturo in zazna odstopanja pri drugi ( omejevalni). Na primer, pri Drosophili, občutljivi na mraz (pri 18 ° C) ts - mutacije (občutljive na temperaturo) in občutljive na toploto (pri 29 °C) ts - mutacije. Pri 25 °C se normalni fenotip ohrani.

Mutacije občutljivosti na stres. V tem primeru se mutanti razvijejo in navzven izgledajo normalno, če niso podvrženi nobenim stresnim vplivom. Ja, mutanti. sesB (občutljiva na stres) Drosophila v normalnih pogojih ne kaže nobenih nepravilnosti.

Če pa epruveto nenadoma pretresemo, se mušice popadejo in se ne morejo premikati.

Avksotrofne mutacije v bakterijah. Preživijo le na celotnem mediju ali na minimalnem, vendar z dodatkom ene ali druge snovi (aminokislina, nukleotid itd.).

Metode obračunavanja mutacij

Posebnosti metod obračunavanja mutacij. Metode za odkrivanje mutacij naj bi bile različne glede na način razmnoževanja organizma. Vidne morfološke spremembe zlahka upoštevamo; težje je določiti fiziološke in biokemične spremembe v večceličnih organizmih. Najlažje najti vidna dominanta mutacije, ki so lahko heterozigotne v prvi generaciji, je težje analizirati recesivne mutacije, so potrebne homozigoten.

Za genetsko dobro raziskane predmete (Drosophila, koruza, številni mikroorganizmi) je precej enostavno preučiti novo mutacijo. Na primer, za Drosophila so bile razvite posebne metode za upoštevanje pogostosti mutacij.

Metoda СlВ. Möller ustvaril linijo sadnih mušic СlВ (c el b), ki ima enega od X- kromosomi, označeni s dominantnim genom Bar (B) in inverzija, poklical OD . Ta inverzija preprečuje crossing over in je recesivna smrtonosni učinek – l. Zato se vrstica imenuje СlВ .

Ženske tega linija analizatorja križali s samci iz študijskega vzorca. Če se samci vzamejo iz naravno prebivalstvo, potem lahko ocenimo pogostost letov v njem. Ali pa vzemite moške obdelan z mutagenom. V tem primeru se oceni pogostost smrtnih mutacij, ki jih povzroča ta mutagen.

AT F1 izberite samice СlВ/+, heterozigoten za mutacijo bar, in križ individualno (vsaka samica v ločeni epruveti z samcem divjega tipa). Če v testiranem kromosomu brez mutacije, potem bo imel potomec dva razreda samic in en razred samcev ( B+), ker moški СlВ umreti zaradi prisotnosti smrtonosnega l , tj. popolna razdelitev spolov bo 2:1 (glej sliko).

Če v poskusnem kromosomu imajo smrtonosno mutacijo lm , nato v F 2 bodo samo samice, saj bodo poginili samci obeh razredov - v enem primeru zaradi prisotnosti prileta X-kromosom СlВ, v drugi - zaradi prisotnosti letenja lm v eksperimentalnem X-kromosom (glej sliko). Določanje razmerja števila X-kromosomov (epruvete s posameznimi križanci), v katerih je nastal letal, na skupno število preučevanih X-kromosomi (epruvete), štejejo pogostost letalnih mutacij v določeni skupini.

Møller je večkrat spremenil svojo metodo za odkrivanje smrtonosnih snovi X- kromosom Drosophila, kar povzroči tako linije - analizatorji, kako Mu-5 , in kasneje črte - balanserji Basc, Binsn in itd.

Metoda Cy L/pm . Da bi pojasnili smrtonosne mutacije v avtosomi vinske mušice uporabljajo vrvice uravnotežene smrtonosne snovi. Za manifestacijo recesivne letalne mutacije v avtosomu je potrebno tudi, da je v homozigotnem stanju. Če želite to narediti, je treba postaviti dva križa in voditi evidenco potomcev F3. Za odkrivanje smrtonosnega drugo kromosom uporabite črto Cy L/pm (SIL PEM) (glejte sliko).

Muhe te linije drugi kromosom dve dominantni mutaciji Cy (Kodrasti - ukrivljena krila ) in L (reženj - majhne lobularne oči ) , od katerih vsaka v homozigotnem stanju povzroči smrtonosni učinek. Mutacije so razširjene inverzije na različnih krakih kromosoma. Oba " zakleniti" prečkati. Homologni kromosom ima tudi dominantno mutacijo – inverzijo Pm (Sliva - Rjave oči). Analiziranega samca križamo s samico iz linije CyL/Pm (na sliki niso prikazani vsi razredi potomci).

AT F1 izberite samce CyL/Pm+ in individualno križajo s samicami prvotne linije Cy L/pm . AT F2 izberite samce in samice Cy L v katerem je homologni kromosom test. Kot rezultat njihovega medsebojnega križanja dobimo tri razrede potomcev. Eden od njih umre zaradi homozigotnosti za mutacije Cy in L , drugi razred potomcev so heterozigoti CyL/Pm+, kot tudi razred homozigotov za testirani kromosom. Končni rezultat so muhe. Cy L in Cy+L+ v povezavi z 2:1 .

Če ima testni kromosom smrtonosna mutacija, v potomcih iz zadnjega križanja bo samo muhe Cy L . S to metodo je mogoče upoštevati pogostost recesivnih letalnih mutacij na drugem kromosomu Drosophile.

Upoštevanje mutacij v drugih objektih. Podobne metode odkrivanja mutacij so bile razvite za druge predmete. Temeljijo na istih načelih:

1) odkrijte recesivno mutacijo lahko prevedemo v homo- oz hemizigoten stanje,

2) je mogoče natančno upoštevati pogostost nastajajočih mutacij le pod pogojem pomanjkanje crossoverja pri heterozigotnih osebah.

Za sesalci(miš, zajec, pes, prašič itd.) je bila razvita metoda za upoštevanje pogostosti pojavljanja dominantno smrtonosno mutacije. Pogostost mutacij ocenjujemo po razliki med številom rumeno telesce v jajčniku in se razvija zarodki pri odprti brejosti.

Upoštevanje pogostosti mutacij pri ljudeh zelo težko, vendar genealoška analiza , tj. analiza rodovnikov vam omogoča, da ugotovite pojav novih mutacij. Če v rodovniku zakoncev ni bilo najdene lastnosti več generacij in se je pojavila pri enem od otrok in se začela prenašati na naslednje generacije, potem je mutacija nastala v gameti enega od teh zakoncev.

Upoštevanje mutacij v mikroorganizmih. Zelo priročno je preučevati mutacije v mikroorganizmih, saj so vsi njihovi geni v ednini in pojavijo se mutacije v prvi generaciji.

Mutante je enostavno opaziti metoda odtisa, oz replike, ki sta ga predlagala zakonca E. in J. Lederbergs.

Za odkrivanje mutacij v odpornosti na bakteriofag T1 v E. coli se bakterije posejejo na hranilni agar, da se oblikujejo posamezne kolonije. Te kolonije nato ponovno natisnemo z uporabo žametne replike na plošče, prevlečene s suspenzijo delcev faga T1. Večina prvotno občutljivih celic ( Tone ) kulture ne bodo tvorile kolonij, ker jih lizira bakteriofag. Zrasle bodo samo posamezne mutirane kolonije ( TonR ) so odporne na fag. S štetjem števila kolonij v kontrolni in eksperimentalni (na primer po obsevanju z ultravijolično svetlobo) različici je enostavno določiti pogostost induciranih mutacij.