Сцепленное наследование и типы взаимодействия генов

Соматические клетки содержат два аллеля каждого гена, т.к. имеют двойной набор хромосом. В
случае, если в
хромосомах аллели
гомологичных
одинаковые,
организм называется гомозиготой, а если разные – гетерозиготой.
Доминантным называется аллель, который подавляет проявление другого аллеля (рецессивного) у гетерозигот, таким образом определяет проявление признака (фенотип) как у доминантных гомозигот, так и у гетерозигот. Рецессивный аллель может обеспечить проявление признака только в если находится в гомозиготном состоянии (в паре с таким же рецессивным аллелем).
Генотип — совокупность генов одной особи, часто под генотипом понимают одну или несколько аллельных пар генов, которые отвечают за определенные признаки.
Фенотип – совокупность внешних и внутренних признаков организма, проявляющихся в результате взатмодействия генотипа организма и окружающей среды.

Родоначальником генетики считается австрийский ученый Грегор Мендель (1822-1884), который впервые применил гибридологический метод, результатом его исследований явилось открытие закономерностей наследования, которые сегодня известны как законы Менделя. Эти принципы послужили основой для классической генетики и впоследствии были объяснены как следствие молекулярных механизмов наследственности.
Первый - закон единообразия гибридов первого поколения (закон доминирования) — при скрещивании двух гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.
Все потомство получится гетерозиготным и будет проявлять действие доминантного аллеля. Этот закон основан на варианте взаимодействия между генами - полном доминировании, когда один ген - доминантный, полностью подавляет другой ген - рецессивный., как в случае с окраской семян гороха.
В основе гибридологического анализа лежит специально разработанная система скрещиваний. При записи скрещиваний употребляются стандартные обозначения:
♀ — родитель женского пола; ♂ — родитель мужского пола; × - знак скрещивания;
P — родители; G (Г) — гаметы;
F - потомство (F1 - гибриды первого поколения, F2 – гибриды второго поколения);
А – аллель гена, кодирующий доминантный признак,
а – аллель, кодирующий рецессивный признак; АА – генотип доминантной гомозиготной особи, аа – генотип гомозиготной рецессивной особи; Аа – генотип гетерозиготной особи.

Второй — закон расщепления — при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой, во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1.
Получившиеся в первом поколении потомки F1 (гибриды первого поколения) способны образовывать два типа гамет: А и а, каждая из которых с равной вероятностью может слиться с любой другой. В результате во втором поколении F2 образуются следующие генотипы: АА, Аа, Аа, аа (1АА:2Аа:1aa). Рецессивный признак будет проявляться только у особей аа, в то время как особи AA и Аа будут иметь доминантный признак. Таким образом, расщепление (соотношение разных типов особей в потомстве) по генотипу 1:2:1, по фенотипу 3: 1.
Третий — закон независимого распределения признаков — каждый ген одной аллельной пары может оказаться в гамете с любым другим геном из другой аллельной пары.
При скрещивании организмов, отличающихся по двум парам аллелей A и а, B и b (дигибридное скрещивание) образуется 4 типа гамет, в случае, если гены, кодирующие 2 признака, находятся в разных хромосомах, как в примере с окраской и формой семян гороха. Это происходит из-за случайного расхождения гомологичных хромосом в процессе мейоза (деления половых клеток). Расщепление по фенотипу 9:3:3:1

СЦЕПЛЕНИЕ ГЕНОВ
Третий закон независимого наследования генов справедлив лишь для генов, расположенных в разных хромосомах. На самом деле число генов у эукариотов очень велико (десятки тысяч), а число хромосом – ограничено, например, у человека -23 пары, у кукурузы – 10, у мушки дрозофилы – 4 пары. Американский
ученый Томас Морган (1866-1945) проводил опыты по дигибридному скрещиванию на дрозофиле, анализировал два признака цвет тела и длину крыльев. Поскольку оба гена расположены в одной хромосоме, образовывалось только 2 типа гамет и расщепление было 3:1, а не 9:3:3:1, как ожидалось. При анализирующем скрещивании (скрещивание с рецессивной гомозиготой), появились особи со смешанными признаками.
Закон Томаса Моргана - гены, расположенные в одной хромосоме близко друг к другу, образуют группу сцепления и наследуются совместно. Число сцепленных групп соответствует гаплоидному набору – половине полного набора хромосом. Частота наследования зависит от расстояния между генами. Чем ближе находятся гены, образующие группы, тем чаще наследуются сцепленные признаки.
Опыт №1
Гены одной хромосомы не обязательно наследуются вместе. Это связано с явлением кроссинговера – обмена гомологичными хромосомами отдельными участками в процессе мейоза. Аллели гомологичных хромосом меняются местами друг с другом. Чем дальше на хромосоме расположены гены, тем чаще между ними происходит обмен.

СЦЕПЛЕННОЕ С ПОЛОМ НАСЛЕДОВАНИЕ
Что не так с мемом?

Неполное доминирование – явление, при котором доминантный ген не полностью подавляет работу рецессивного, в результате развивается промежуточный признак. Пример – окраска цветка у растения ночная красавица – гетерозиготные по признаку окраски цветка особи имеют розовую окраску – промежуточный вариант между красной и белой окраской родительских особей
Множественный аллелизм – явление, когда за определенный признак отвечает не одна пара аллельных генов, а несколько. Т.е. кроме основных доминантного и рецессивного аллелей, могут в тех же локусах присутствовать другие промежуточные по силе влияния варианты. Следует помнить, что в генотипе диплоидных организмов могут находиться только два гена из серии аллелей. Остальные аллели данного гена в разных сочетаниях попарно входят в генотипы других особей данного вида. Пример – окраска шерсти у кроликов.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ
Отклонения от менделевского наследования могут быть вызваны различными типами взаимодействием генов

Кодоминирование — тип взаимодействия аллелей, при котором оба аллеля в полной мере проявляют своё действие. В результате, так как проявляются оба родительских признака, гибрид получает не усреднённый вариант двух родительских признаков, а новый вариант, отличающийся от признаков обеих гомозигот. Так, у гомозигот АА развивается признак А, у гомозигот A1A1 — признак A1, а у гетерозигот AA1 развиваются оба признака. Пример – четыре группы крови у человека определяются сочетанием в генотипе аллелей IA, IB, I0 одного и того же гена I.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ
Комплементарное взаимодействие – (взаимодополнительное действие генов) – явление, когда признак развивается только при взаимном действии двух доминантных неаллельных генов, каждый из которых в отдельности не вызывает развития признака. Пример – пурпурная окраска цветков душистого горошка проявляется, только когда присутствуют два доминантых аллеля разных генов – A и B.
Комбинативное взаимодействие – явление, когда два неаллельных гена, взаимодействуя между собой, дают развитие нового признака, при этом каждый ген в отдельности отвечает за развитие своего определенного признака. Пример – наследования формы гребня у кур
Эпистаз – тип взаимодействия генов, при котором один ген подавляет действие другого неаллельного гена. Пример – аллель W отвечает за желтую окраску тыквы, но доминантный аллель другого гена Y подавляет формирование окраски

Полимерия – явление, когда несколько генов отвечают за сходное воздействие на развитие одного и того же признака. Чем больше генов находится доминантном состоянии, тем ярче проявляется признак. Полимерия наблюдается при наследовании количественных признаков – удойность коров, яйценоскость кур и т.д. Также примеры полимерии – окраска кожи у человека или окраска зерна.
Плейотропия – множественное действие гена. В этом случае один ген отвечает за развитие нескольких признаков. Пример - белые голубоглазые коты имеют склонность к глухоте, т.к. ген W в доминантном подавляет миграцию некоторых клеток на ранних стадиях эмбриогенеза, это клетки меланобласты, отвечающие за формирование окраски. Также ген может влиять на миграцию нервных клеток внутреннего уха.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ

ТИПЫ СКРЕЩИВАНИЙ
Моногибридное — скрещивание форм, отличающихся друг от друга по одной паре изучаемых альтернативных признаков, за которые отвечают аллели одного гена.
Дигибридное — скрещивание организмов, различающихся по двум парам альтернативных признаков, например, окраске цветков (белая или окрашенная) и форме семян (гладкая или морщинистая).
Полигибридное — скрещивание организмов, анализируемых по трем и более парам альтернативных признаков. Число типов гамет при полигибридном скрещивании может быть выражено формулой 2n, где n — число гетерозиготных пар аллельных генов, т.е., например, генотип ААВbCC образует 2 типа гамет ABC и AbC; генотип АаВbCC
– 4 типа гамет – ABC, aBC, AbC, abC; генотип AaBbCc – 8 типов гамет; генотип АаBbCcDd – 16 типов гамет и т.д.
Реципрокное — два скрещивания, которые характеризуются взаимно противоположным сочетанием анализируемого признака и пола у форм, принимающих участие в этих скрещиваниях. Так, если в одном скрещивании у животных самка имела доминантный признак, а самец - рецессивный, то во втором скрещивании, реципрокном первому, самка должна иметь рецессивный признак, а самец - доминантный. Это используют в генетическом анализе для выявления генов, локализованных в Х-хромосоме . В этом случае в одном из реципрокного скрещивания наблюдают явление«крисс-кросс» (крест-накрест) — наследование, когда материнский признак передаётся только сыновьям, я отцовский - только дочерям.
Анализирующее - скрещивание особи, имеющей неопределённый генотип (AA или Aa), с рецессивной гомозиготной особью (aa). По фенотипу не всегда можно определить, какой генотип имеет данная особь. Генотип может быть неизвестен при полном доминировании: доминантная гомозигота и гетерозигота имеют одинаковые признаки. Например, горох с жёлтыми семенами может иметь генотипы AA и Aa. Т.к. особь с рецессивными аллелями образует гаметы только одного типа (a), в потомстве становятся «видны» аллели анализируемого организма, так как расщепление по фенотипу совпадает с расщеплением по генотипу. Это позволяет определить неизвестный генотип.

МЕТОДЫ ГЕНЕТИКИ
Гибридологический метод - один из первых методов генетики, предложенный основоположником генетики Грегором Менделем. Этот метод основан на скрещивании организмов между собой и дальнейшем анализе полученного потомства от данного скрещивания. С помощью гибридологического метода возможно изучение наследственных свойств организмов, определение рецессивных и доминантных генов. Скрещиваемые организмы должны четко различаться по определенным признакам.
Генеалогический – изучение родословных. Позволяет определить закономерности наследования признаков, например, если признак проявляется в каждом поколении, то он доминантный (праворукость), если через поколение – рецессивный (светлые волосы), если чаще проявляется у одного пола – это признак, сцепленный с полом (гемофилия, дальтонизм).
Близнецовый – сравнение однояйцевых близнецов, позволяет изучать модификационную изменчивость (определять воздействие генотипа и среды на развитие ребенка). Однояйцевые близнецы всегда одного пола, похожи друг на друга очень сильно (потому что у них совершенно одинаковый генотип, в отличие от разнояйцевых). Отличия, которые возникают у таких близнецов в течение жизни, связаны с воздействием условий окружающей среды.