Антипов Е. В. Сборник задач по молекулярной биологии и медицинской генетике с
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
Задача 3.16 В одной семье у кареглазых родителей имеется четверо детей. Двое голубоглазых имеют I и IV группы крови, двое кареглазых – II и III. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазым с I группой крови. Карий цвет глаз доминирует над голубым и обусловлен аутосомным геном. Задача 3.17 У матери I группа крови, у отца III. Могут ли дети унаследовать группу крови своей матери? Задача 3.18 Известно, что кровь людей I группы можно переливать всем другим группам, кровь II группы – только II и IV группам, кровь III группы – только III и IV, а кровь IV группы переливается только лицам с этой же группой крови. 1) Всегда ли можно (без предварительного исследования в лаборатории, а только по результатам генетического анализа) переливать кровь отца его детям или кровь сестры ее родному брату? 2) Известно, что мужчина имеет II группу крови, а его жена I. Можно ли переливать кровь между детьми этих родителей на условиях, описанных чуть выше? Задача 3.19 Жена, мать которой болела альбинизмом (рецессивный признак), а отец был глухим (рецессивный признак), имеет I группу крови. У ее мужа III группа крови, его мать глухая с I группой крови. Определите вероятность рождения детей с III группой крови и имеющих обе аномалии. 75 Задача 3.20 Жена больна катарактой (доминантный аутосомный признак) и имеет III группу крови. Муж с III группой крови. В семье родился сын с I группой крови. Какова вероятность рождения детей с IV группой крови и больных катарактой? Задача 3.21 Талассемия – доминантный аутосомный признак, но у гетерозигот болезнь протекает в легкой форме. Карий цвет глаз – доминантный аутосомный признак, не сцепленный с предыдущим. Кареглазая женщина со II группой крови из семьи, все члены которой болеют тяжелой формой талассемии в течение нескольких поколений, вышла замуж за кареглазого мужчину с IV группой крови, мать которого также страдала тяжелой формой талассемии. В семье родился голубоглазый ребенок. Какова вероятность рождения голубоглазых, больных легкой формой талассемии детей с III и с I группами крови? Мать имела I группу крови. Задача 3.22 Талассемия – доминантный, а цистинурия – рецессивный признаки, но оба эти аутосомных гена имеют неполное доминирование. В семье муж и жена имеют IV группу крови. Матери и жены, и мужа болели цистинурией (в тяжелой форме), а отец мужа болел талассемией (также в тяжелой форме). Какова вероятность рождения в этой семье детей, имеющих обе эти болезни в легкой форме с I, II, III и IV группами крови? Задача 3.23 Глухой (рецессивный аутосомный признак) мужчина со II группой крови из семьи, все члены которой в течение нескольких поколений имели эту группу крови, женился на шестипалой (доминантный аутосомный признак) женщине с IV группой крови. Отец жены имел нормальную кисть, глухих предков у них никогда не было. Какова вероятность рождения детей с обеими аномалиями? Сколь вероятно рождение нормальных детей с IV группой крови? 76 Задача 3.24 Акаталазия – рецессивный признак с неполным доминированием. Женщина с легкой формой акаталазии и со II группой крови вышла замуж за мужчину, родители которого были гомозиготами с III и II группами крови. Какова вероятность рождения у них ребенка с III группой крови, имеющего легкую форму акаталазии, если бабушка и дедушка жены по отцовской линии имели I группу крови? Задача 3.25 Кареглазость и праворукость – доминантные аутосомные не сцепленные между собой признаки. Цистинурия – рецессивный аутосомный признак с неполным доминированием. Кареглазая правша со II группой крови, имеющая от первого брака сына, больного цистинурией в тяжелой форме, вышла замуж за голубоглазого правшу с III группой крови, имеющего от первого брака дочь с цистинурией (тоже в тяжелой форме). В семье родился ребенок-левша с I группой крови. Какова вероятность рождения кареглазых правшей с IV группой крови и больных цистинурией в тяжелой форме, если известно, что бабушка и дедушка супруги по материнской линии были голубоглазыми? 4. Пенетрантность Пенетрантность (степень пробиваемости гена в признак) – частота проявления аллеля определенного гена у разных особей определенной группы организмов. 1) Полная пенетрантность – аллель проявляется у всех особей. 2) Неполная пенетрантность – аллель не проявляется у части особей. Пенетрантность обусловлена тем, что в процессе онтогенеза не все гены реализуются в признак. Некоторые из них оказываются блокированными другими неаллельными генами; проявлению других признаков не благоприятствуют внешние условия. Количественно пенетрантность выражается в процентах числа особей, несущих признак, к общему числу носителей гена, потенциально способного реализоваться в этот признак. То есть пенетрантность указывает на % 77 особей, у которых данный аллель проявился. Например, пенетрантность врожденного вывиха бедра 25%, пенетрантность дефекта глаза коло- бомы 50%. Проценты определяют отношение числа фенотипически выраженных носителей данного признака к количеству потенциально возможных особей с этим признаком, то есть имеющих соответствующий генотип. Пенетрантность могут иметь и отдельные аллели, и целые генотипы. Например, подагра определяется доминантным аутосомным геном, но у мужчин его пенетрантность равна 20%, а у женщин – 0%, это значит, что из всех мужчин с генотипом А_ (то есть которые должны болеть подагрой) иметь патологию будет только каждый пятый, а среди женщин с генотипом А_ больных фенотипически вообще не будет. Пенетрантность – это статистическое понятие. Оценка ее величины часто зависит от применяемых методов обследования. Пенетрантность зависит: 1) от генотипа: пенетрантность по шизофрении – у гомозигот 100%, у гетерозигот 20%; 2) от пола: пенетрантность подагры у мужчин 20%, у женщин 0%, пенетрантность гипертрихоза у мужчин 100%; 3) от возраста: пенетрантность гена хореи Гентингтона в 20-24 года 8,3%, в 30-34 года – 18%; 4) от факторов внешней среды (пища, свет, температура, социальные факторы). Следует различать понятия «пенетрантность» и «экспрессивность». Экспрессивность – степень фенотипического проявления 1 и того же гена у разных особей определенной группы организмов. 1) Постоянная экспрессивность – отсутствует изменчивость признака, контролируемого данным аллелем (аллели системы группы крови АВ0); 2) Изменчивая (вариабельная) экспрессивность – изменчивость признака, контролируемого данным аллелем (аллели окраски глаз). Экспрессивность – один из показателей фенотипического проявления генов. В случаях крайне изменчивой экспрессивности (вплоть до отсутствия проявления признака у некоторых особей) используют дополнительную характеристику проявления генов – пенетрантность. 78 Большая часть задач на пенетрантность решается по схеме моногибридного скрещивания. Понятия пенетрантности и экспрессивности можно рассмотреть на примере аутосомно-доминантного признака – полидактилии (многопа- лости). У гетерозигот фенотипическое его проявление варьирует. Пе- нетрантность может отсутствовать (0%), то есть признак не проявляется, и, несмотря на генетическую предопределенность, количество пальцев на руках и ногах равно 5. В то же время у других гетерозигот признак проявляется, но степень его выраженности у разных лиц различна. Ко- личество пальцев на руках и ногах бывает у разных индивидуумов соот- ветственно: 5,5 – 6,6; 5,6 – 5,7; 6,6 – 6,6 и т.д. В этом случае говорят о варьирующей экспрессивности. Иногда тяжелое доминантное заболевание проявляется только во время или после репродуктивного периода. Классический пример – хо- рея Гентингтона, дегенеративное заболевание нервных клеток в базаль- ных ганглиях, приводящее к непроизвольным движениям, изменениям личности и постепенно нарастающему слабоумию. Исследование 802 случаев хореи Гентингтона в Западной Германии показало, что возраст начала проявления болезни варьирует от 6 до 76 лет, но максимум соот- ветствует возрастным границам от 26 до 60 лет (93,5%). Таким образом, пенетрантность хореи Гентингтона увеличивается с возрастом. Учитывая экспрессивность и пенетрантность, генетический анализ признака проводят, используя обширные родословные. Примеры решения задач на пенетрантность Задача 4.1 Арахнодактилия наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Ангиоматоз сетчатой оболочки наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 50%. Определите вероятность рождения здоровых детей в семье, где отец болен ангиоматозом, а мать арахнодактилией. В отношении других признаков оба здоровы. 79 Дано: Арахнодактилия А Норма а Пенетрантность 30% Ангиоматоз B Норма b Пенетрантность 50% Решение: Р ♀ Ааbb × ♂ ааВb G Аb, аb аВ, аb F1 Решетка Пеннета ♂ ♀ аВ аb Аb АаВb Ааbb аb ааВb ааbb aabb 1/2 × 3/10 × 1/2 × 1/2 = 3/80 Ответ: вероятность рождения здоровых детей в семье = 3/80 Задача 4.2 Некоторые формы шизофрении наследуются как доминантные аутосомные признаки. У гомозигот пенетрантность = 100%, у гетерозигот = 20%. Определите вероятность заболевания детей в семье, где один из супругов гетерозиготен, а другой нормален в отношении анализируемого признака. Дано: Шизофрения А Норма а Пенетрантность у АА = 100% Пенетрантность у Аа = 20% 80 Решение: Р ♀ аа × ♂ Аа G а А,а F 1 Аа аа 50% 50% 2/4 2/4 50% – 100% x% – 20% x = 10% или 1/2 × 1/5 = 1/10 Ответ: вероятность заболевания детей в семье = 10 %. Задача 4.3 Подагра определяется доминантным аутосомным геном с пенетрантностью у мужчин 20%, у женщин 0%. Какова вероятность заболевания подагрой: а) в семье гетерозиготных родителей б) родителей, где один гетерозиготен, другой нормален по анализируемому признаку Дано: Подагра А Норма а Пенетрантность у ♂ 20% Пенетрантность у ♀ 0% Решение: а) Р ♀ Аа × ♂Аа G А,а А,а F 1 АА Аа аа 25% 50% 25% 1/4 2/4 1/4 (1/4 + 2/4) × 1/5 × 1/2 = 3/40 = 7,5% 81 б) Р ♀ аа × ♂ Аа G а А, а F 1 Аа аа 50% 50% 2/4 2/4 1/2 × 1/5 × 1/2 = 1/20 = 5% Ответ: вероятность заболевания подагрой в семье = 5 %. Задачи на пенетрантность Задача 4.4 Гипертрофия десен (фиброзное перерождение, выпадение зубов) наследуется по аутосомно-доминантному типу с пенентрантностью 50%. Определить вероятность рождения больных детей, если один из родителей гетерозиготен по анализируемой патологии, а другой здоров. Задача 4.5 По данным шведских генетиков, некоторые формы шизофрении на- следуется как доминантные аутосомные признаки. При этом у гомозигот пенетрантность равна 100%, у гетерозигот – 20%. Определите вероят- ность заболевания детей от брака двух гетерозиготных родителей. Задача 4.6 Ангиоматоз сетчатой оболочки наследуется как доминантный ауто- сомный признак с пенетрантностью 50%. Определите вероятность заболевания детей в семье, где оба родителя являются гетерозиготными носителями ангиоматоза. Задача 4.7 Арахнодактилия наследуется как доминатный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Леворукость – рецессивный аутосомный признак с полной пенетрантностью. Определите вероятность проявления обеих аномалий одновременно у детей в семье, где оба родителя гетерозигот- ны по обеим парам генов. 82 Задача 4.8 Карий цвет глаз доминирует над голубым и определяется аутосом- ным геном. Ретинобластома определяется другим доминантным ауто- сомным геном. Пенетрантность ретинобластомы составляет 60%. 1) Какова вероятность того, что больными от брака гетерозиготных по обоим признакам родителей будут голубоглазые дети? 2) Какова вероятность того, что здоровыми от брака гетерозиготных по обоим признакам родителей будут кареглазые дети? Задача 4.9 Синдром Ван дер Хеве наследуется как доминантный аутосомный плейотропный ген, определяющий голубую окраску склеры, хрупкость костей и глухоту. Пенетрантность признаков изменчива. В ряде случаев она составляет по голубой склере почти 100%. Хрупкости костей 63%, глухоте – 60%. 1) Носитель голубой склеры, нормальный в отношении других при- знаков синдрома, вступает в брак с нормальной женщиной, происходя- щей из благополучной по синдрому Ван дер Хеве семьи. 2) Определите вероятность проявления у детей признака хрупкости костей, если известно, что по линии мужа признаками синдрома облада- ет лишь один из его родственников. 3) В брак вступает два гетерозиготных носителя голубой склеры, нормальные в отношении других признаков синдрома. Определите ве- роятность проявления у детей глухоты. Задача 4.10 Синдром Беквита (гигантизм плода, задержка психического развития, микроцефалия, гипогликемия вследствие перегрузки гепатоцитов глико- геном, повышенный риск злокачественных заболеваний) наследуется по аутосомно-рецессивному типу с пенетрантностью 40%. Определить ве- роятность рождения больных детей, если родители гетерозиготные. Задача 4.11 Одна из форм мигрени (гемикрания) наследуется по аутосомно- рецессивному типу с 70% пенетрантностью. Характеризуется приступа- 83 ми возбуждения, резкой головной болью, рвотой, светобоязнью, чувст- вительными расстройствами. Определить вероятность рождения боль- ных детей, если родители здоровые, гетерозиготные по генотипу. Задача 4.12 Черепно-лицевой дизостоз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 50%. Определите вероятность заболевания детей в семье, где один из родителей гетерозиготен по данному гену, а другой нормален в отношении анализируемого признака. Задача 4.13 Ретинобластома – доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 60%. Отосклероз наследуется по тому же типу, но его пенетрантность равна 30%. Больные ретинобластомой родители имеют нормального сына. Кроме того, мать больна и отосклерозом. Какова вероятность рождения дочерей, больных двумя болезнями, если известно, что матери этих родителей были нормальными по ретинобластоме? Задача 4.14 В одной семье мать болеет аутосомными доминантными болезнями: ангиоматозом (пенетрантность 50%), отосклерозом (пенетрантность 30%) и ретинобластомой (пенетрантность 60%). Ее муж болен отосклерозом и ретинобластомой. В семье родился нормальный ребенок. Какова вероятность рождения следующего ребенка, болеющего тремя болезнями одновременно? Задача 4.15 Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью = 30%. Подагра – как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью у женщин = 0%, у мужчин = 20%. Определите вероятность рождения здорового потомства от брака двух дигетерозиготных родителей. 84 Задача 4.16 Врожденный сахарный диабет обусловлен рецессивным аутосомным геном d с пенетрантностью у женщин – 90%, у мужчин – 70%. Определите вероятность рождения здоровых и больных детей в семье, где оба родителя являлись гетерозиготными носителями этого гена. Задача 4.17 Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. Определите вероятность рождения здоровых и больных детей в семье, где оба родителя гетерозиготны по этому гену. Задача 4.18 Определите вероятность рождения детей с нормальными и «паучьими» пальцами (арахнодактилия) в семье, где один из родителей – носитель доминантного аутосомного гена арахнодактилии, а второй – нормален. Известно, что пенетрантность этого гена составляет 30%. Задача 4.19 Отосклероз наследуется как доминантный аутосомный признак с пенетрантностью 30%. От первого брака у больной жены есть здоровый сын, ее муж также страдает отосклерозом, причем его бабушка и дедушка по материнской линии были нормальными. Какова вероятность рождения в этой семье больных отосклерозом детей? 5. Взаимодействие неаллельных генов В организме одновременно функционирует множество генов из разных аллелей, в том числе и расположенных в разных парах хромосом. В процессе реализации генетической информации в признак многие из этих генов могут оказывать воздействие друг на друга на уровне ферментов или на уровне биохимических реакций, что сказывается на формировании фенотипа. В этом случае при скрещивании дигибридов уже не действует закон независимого расщепления каждой пары признаков в отношении 3:1. Закон не имеет силы даже при расположении генов в разных парах хромосом. 85 Таким образом, проявление одного признака может определяться двумя и более парами генов и, наоборот, одна пара генов может влиять на проявление нескольких признаков, одни гены могут подавлять действие других. При этом должно выполняться следующее условие: эти гены должны находиться в разных парах гомологичных хромосом, то есть быть неаллельными. Различают три типа взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, полимерия и эпистаз. 5.1. Комплементарность Комплементарность – типвзаимодействия неаллельных генов, при которомразвитие признака может определяться не одной, а двумя или более парами неаллельных генов, располагающихся в разных хромосомах. Если хотя бы 1 пара находится в гомозиготном рецессивном состоянии, то признак не развивается. То есть, разные сочетания доминантных и рецессивных аллелей из разных пар не сцепленных между собой генов, отвечающих за данный признак, определяют разные генотипы. Два неаллельных гена, которые взаимодействуют друг с другом, дают новый признак, не похожий на один из тех, которые формируются без взаимодействия. Объясняется это явление тем, что развитие признака – обычно многостадийный процесс, каждый этап которого контролируется отдельным ферментом. Если хотя бы один ген находится в рецессивном состоянии, то синтезируется измененный фермент, реакция не идет, и конечный продукт не образуется. Расщепление по фенотипу при скрещивании дигетерозигот при комплементарном наследовании составляет: |