Генетика.Лекция 5

Геном – набор генов, характерный для данного биологического вида (в гаплоидном наборе). Например, геном человека.
Генотип – набор генов (аллелей) данного организма (в диплоидном наборе). Например, генотип пациента.
Кариотип – набор хромосом (в диплоидном наборе). Используется как для вида, так и для организма

Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений
клеток – митоз
oрганизмов – мейоз и последующее оплодотворение
2n2c
2n2c
2n2c
2n2c
n2c
n2c
nc
nc
nc
nc
nc
2n2c

Нерасхождение хромосом в мейозе дает нарушение во всех клетках потомка (генеративная мутация).
Нерасхождение при митозе дает нарушение только в потомстве данной клетки (соматическая мутация). Такой организм называется «мозаик».

Нарушения расхождения хромосом в анафазе митоза или мейоза

Нарушения количества хромосом в кариотипе называют геномными мутациями

Геномные мутации
Полиплоидия k n – кратное n увеличение или уменьшение числа хромосом
k = 1 - гаплоидия
k = 2 – норма
k = 3 - триплоидия
k = 4 - тетраплоидия
и так далее
Анеуплоидия (гетероплоидии)
2n+k, где k=n – некратное n изменение числа хромосом
2n + 1 - трисомия
2n + 2 - тетрасомия
2n – 1- моносомия
2n – 2 - нулисомия
.
_

Полиплоидия

Полиплоидия
у растений приводит к увеличению размеров всех частей тела

У животных и человека приводит к гибели плода

При триплоидии (3n) характер нарушения зависит от того, чьих хромосомных набора два, а чьих один
2 от матери + 1 от отца – плод выглядит нормально, но плацента недоразвита
2 набора от отца + 1 от матери – маленький плод, но очень большая плацента, возможен пузырный занос
Пузырный занос

Анеуплоидия

Анеуплоидии – изменение количества отдельных хромосом
Абсолютное большинство эмбрионов с анеуплоидией погибает на ранних сроках беременности.
Чем меньше генов в хромосоме, тем вероятнее, что плод с анеуплоидией доживет до рождения.
Нарушения развития всегда затрагивают многие органы и ткани

Примерное количество генов в хромосомах человека

Есть связь между частотой анеуплоидии и возрастом матери
Возраст матери, годы
Риск рождения ребенка с синдромом Дауна %

Синдром Дауна- трисомия 21

Объяснил синдром Дауна как хромосомную аномалию.
Также описал синдром кошачьего крика — иногда его называют «синдромом Лежена».
Жером Лежен

рекомендую

Синдром Патау, трисомия 13

Трисомия 13 – синдром Патау

Трисомия 18 – синдром Эдвардса

Синдром Эдвардса, трисомия 18
Стопа-качалка
Кисты в головном мозге

Анеуплоидии по половым хромосомам не приводят к тяжелым нарушениям развития благодаря способности Х хромосомы образовывать тельце Барра

Женщины ХХХ или мужчины ХYY здоровы и не отличаются от обычных людей.
Х0 – синдром Шерешевского-Тернера
ХХY – синдром Клайнфелтера

Синдром Шерешевского-Тернера, 45,ХО

Плод с синдромом Шерешевского-Тёрнера

Синдром Клайнфелтера (более одной Х при наличии У)
Женский тип оволосения и гинекомастия

Проявление синдромов может быть связано с:
полной трисомией/моносомией во всех клетках. Пример записи кариотипа: 47,ХY, +13 (синдром Патау);
мозаичной формой. Например, 50% 46,ХХ: 25%47,ХХХ 25%:25%45,Х0
транслокационной формой. Например, 46, ХХ, rob14/21 (транслокационная форма синдрома Дауна)
15 15/21

Понятие о геноме и генном балансе

Размеры генома разных видов
3,3 109 пар нуклеотидов в гаплоидном наборе
Кишечная палочка (бактерия)
дрожжи
дрозофила
курица
лягушка
человек

Классификация последовательностей и генов в геноме
Последовательности ДНК
Уникальные – одна копия на геном
Умеренно повторяющиеся – десятки – сотни копий. 20% генома (в основном, некодирующие повторы, но и некоторые гены)
Высокоповторяющиеся – тысячи – сотни тысяч копий (сателлитная ДНК) – более 10% генома (генов не содержит)
Гены
Уникальные («гены роскоши») – одна копия на геном. Например, ген группы крови АВО и все прочие (см. задачи на законы Менделя.)
Повторяющиеся («гены домашнего хозяйства») –Например, гены т-, рРНК, гены гистонов, тубулинов.

Виды повторов:
а. тандемные
б. диспергированные
а
б
Роль повторов не вполне ясна – возможно, структурная. Они обычно локализуются в центромерных и теломерных районах хромосом. Выявляются при С-окраске (на структурный гетерохроматин)

Организация кластера рибосомальных генов и синтез рРНК, видимый в электронный микроскоп
Транскрибируемые гены
Спейсер
Повторяющиеся гены на примере генов рРНК

Доза гена – число копий в геноме или генотипе.
Одно из свойств гена – дозированность действия: признак выражен тем сильнее, чем больше генов в генотипе
а1а1а2а2
А1а1а2а2
А1А1а2а2
А1А1А2а2
А1А1А2А2
Так, кожа тем темнее, чем больше доза аллеля А

Генный баланс – наличие в генотипе строго определенного числа доз каждого гена. (Особенно важен для уникальных генов – «генов роскоши»). Это можно сравнить с
еще парой роялей в маленькой квартире
отсутствием или сразу тремя начальниками (регуляторными генами)

Поэтому нарушение генного баланса приводит к порокам развития, которые мы видим при несбалансированных хромосомных и геномных мутациях, а также при точковых мутациях важных уникальных генов.

Однако анеуплоидии по Х или У хромосомам не приводят к грубым нарушениям. Y– слишком мала, а Х способна выключаться, образуя тельце Барра.
Это пример компенсации нарушений генного баланса

Схема мозаичной инактивации Х-хромосомы у самок млекопитающих
зигота
бластоциста
инактивация одной из Х-хромосом на 16 сутки развития –случайная и необратимая

Аллельное исключение на примере генов Х хромосомы
Распределение потовых желез у монозиготных близнецов, гетерозиготных по гену эктодермальной дисплазии
Х-сцепленная рецессивная мутация – ангидротическая эктодермальная дисплазия OMIM 305100, Xq12-q13

Эволюция генома
В основе - генные, хромосомные и геномные мутации

Новые гены возникают в результате мутаций исходного гена

Б. Появление новых генов путем перетасовки экзонов
А. Появление новых генов путем дупликации предкового гена и последующих точковых мутаций
Предковый ген
Ген с новыми функциями
Часть гена 1
Часть гена 2
Часть гена 3
Ген с новыми функциями
дупликация
Ген А1 с исходной функцией
Неработающий псевдоген
Ген А2 с другой, но близкой функцией

Эволюция глобиновых генов шла путем дупликаций, транслокаций и точковых мутаций
Хромосома 22
Хромосома 11 Хромосома 16

Хромосома 16
Хромосома 11
Миоглобин хромосома 22
В результате возникли генные семейства (кластеры) на разных хромосомах

Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов шла также путем дупликаций и точковых мутаций, приведших к замене аминокислот в белках-ферментах

Эволюция генов, отвечающих за синтез зрительных пигментов
Черным показаны различия по аминокислотам

На предыдущем слайде было видно, что красный и зеленый гены дивергировали совсем недавно, поэтому красно-зеленая слепота встречается часто
Нормальные варианты числа копий генов на Х хромосоме
Неравный кроссинговер как внутри, так и между генами
Различные формы дальтонизма

Эволюция хромосом приматов – видны робертсоновская транслокация и инверсия