Антипов Е. В. Сборник задач по молекулярной биологии и медицинской генетике с
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
9:7 9:3:4 9:3:3:1 9:6:1 Так, чтобы человек имел нормальный слух, необходима согласован- ная деятельность нескольких пар генов, каждый из которых может быть представлен доминантными или рецессивными аллелями. Нормальный 86 слух развивается только в том случае, если каждый из этих генов имеет хотя бы один доминантный аллель в диплоидном наборе хромосом. Ес- ли хотя бы одна пара аллелей представлена рецессивной гомозиготой, то человек будет глухим. Предположим, что нормальный слух формирует пара генов. В этом случае людям с нормальным слухом присущи генотипы ААВВ, AABb, AaBB, AaBb.Наследственная глухота определяется генотипами: aabb, Aabb, Aabb, aaBb, aaBB.Используя законы Менделя для дигибридного скрещивания, легко рассчитать, что глухие родители (aaBB × AAbb) могут иметь детей с нормальным слухом (АаВb),а нормально слыша- щие родители при соответствующем сочетании генотипов (AaBb × AaBb)с высокой долей вероятности (более 40%) – глухих детей: Р ♀ АаВb × ♂ АаВb F 1 9А_В_ : 3А_bb : 3ааВ_ : 1ааbb слышащие г л у х и е 9 7 Пример решения задачи на комплементарное взаимодействие генов Задача 5.1 Наследование слуха у человека определяется двумя доминантными генами из разных аллельных пар, один из которых детерминирует развитие слухового нерва, а другой – развитие улитки. Определите вероятность рождения глухих детей, если оба родителя глухие, но по разным генетическим причинам (у первого родителя отсутствует слуховой нерв, у другого – улитка). По генотипу оба родителя являются дигомозиготными. Дано: Наличие слухового нерва А Отсутствие а Наличие улитки В Отсутствие b 87 Решение: Р ♀ АAbb × ♂ ааВB G Аb аВ F 1 AaBb 100% здоровы Ответ: вероятность рождения глухих детей в этой семье равна 0. Все потомки будут здоровы. 5.2. Полимерия Полимерия – обусловленность определенного признака несколькими парами неаллельных генов, обладающих одинаковым действием. Такие гены называются полимерными. При полимерном наследовании развитие одного признака контролируется несколькими парами генов, располагающихся в разных хромосомах. То есть, один и тот же признак определяется несколькими аллелями. а) Некумулятивная (простая). Характер проявления признака не меняется в зависимости от числа доминантных генов в генотипе. Расщепление по фенотипу при скрещивании дигетерозигот составляет 15:1. б) Кумулятивная (количественная). Степень выраженности признака зависит от числа доминантных аллелей во всех парах генов, отвечающих за данный признак. То есть происходит как бы «накопление» доминантных аллелей. Полимерное действие лежит в основе наследования количественных признаков (цвет кожи, давление, рост, вес) и играет важную роль в эволюции. Расщепление по фенотипу при скрещивании дигетерозигот составляет 1:4:6:4:1. У человека по типу полимерии наследуются цвет кожи у мулатов (рис. 8) (три пары генов), одна из форм глухоты (две пары генов), рост (пять пар генов). 88 Рис. 8. Обозначение генотипов при наследовании цвета кожи по типу кумулятивной полимерии Цвет кожи и волос человека, а также цвет радужной оболочки глаз обеспечивает пигмент меланин. Формируя окраску покровов, он предо- храняет организм от воздействия ультрафиолетовых лучей. Существует два типа меланинов: эумеланин (черный и темно-коричневый) и феуме- ланин (желтый и рыжий). Меланин синтезируется в клетках из амино- кислоты тирозина в несколько этапов. Регуляция синтеза осуществляет- ся многими путями и зависит, в частности, от скорости деления клеток. При ускорении митозов клеток в основании волоса образуется феумела- нин, а при замедлении – эумеланин. Описаны некоторые формы злока- чественного перерождения клеток кожного эпителия, сопровождающие- ся накоплением меланина (меланомы). Все цвета волос, за исключением рыжих, составляют непрерывный ряд от темного до светлого (соответственно уменьшению концентрации меланина) и наследуются полигенно по типу кумулятивной полимерии. Считается, что эти различия обусловлены чисто количественными изме- нениями в содержании эумеланина. Цвет рыжих волос зависит от нали- чия феумеланина. Окраска волос обычно меняется с возрастом и стаби- лизируется с наступлением половой зрелости. Цвет радужной оболочки глаз определяют несколько факторов. С од- ной стороны, он зависит от присутствия гранул меланина, а с другой – от характера отражения света. Черный и коричневый цвета обусловлены многочисленными пигментными клетками в переднем слое радужной оболочки. В светлых глазах содержание пигмента значительно меньше. Преобладание голубого цвета в свете, отраженном от переднего слоя радужной оболочки, не содержащей пигмента, объясняется оптическим эффектом. Различное содержание пигмента, определяет весь диапазон цвета глаз. ААBB негр AaBB AABb темный мулат AaBb aaBB AAbb средний мулат Aabb aaBb светлый мулат аabb белый 89 По типу кумулятивной полимерии наследуется также пигментация кожи человека. На основе генетических исследований семей, члены ко- торых имеют разную интенсивность кожной пигментации, предполага- ется, что цвет кожи человека определяют три или четыре пары генов. Признание принципа взаимодействия генов наводит на мысль о том, что все гены, так или иначе, взаимосвязаны в своем действии. Если один ген оказывает влияние на работу других генов, то он может влиять на проявление не только одного, но и нескольких признаков. Такое множе- ственное действие гена называют плейотропией. Наиболее ярким при- мером плейотропного действия гена у человека является синдром Мар- фана, уже упоминавшаяся аутосомно-доминантная патология. Арахно- дактилия («паучьи» пальцы) – один из симптомов синдрома Марфана. Другими симптомами являются высокий рост из-за сильного удлинения конечностей, гиперподвижность суставов, ведущий к близорукости, подвывих хрусталика и аневризм аорты. Синдром с одинаковой часто- той встречается у мужчин и женщин. В основе указанных симптомов лежит дефект развития соединительной ткани, возникающий на ранних этапах онтогенеза и приводящий к множественным фенотипическим проявлениям. Плейотропным действием обладают многие наследственные патоло- гии. Определенные этапы метаболизма обеспечивают гены. Продукты метаболических реакций, в свою очередь регулируют, а возможно, и контролируют другие метаболические реакции. Поэтому нарушения ме- таболизма на одном этапе отразятся на последующих этапах, так что нарушение экспрессии одного гена окажет влияние на несколько эле- ментарных признаков. Примеры решения задач на полимерное действие генов Задача 5.2 Цвет кожи у мулатов наследуется по типу кумулятивной полимерии. При этом за данный признак отвечают 2 аутосомных не сцепленных гена. Сын белой женщины и негра женился на белой женщине. Может ли ребенок от этого брака быть темнее своего отца? 90 Дано: Генотип белой женщины: aabb Генотип негра: AAВB Решение: Р ♀ aabb × ♂ AAВB G ab AВ F 1 AaBb – все потомки от негра и белой женщины будут средними мулатами Р ♀ aabb × ♂ AаВb G ab АB, Аb, аB, аb F 2 Решетка Пеннета ♀ ♂ аb АВ AaBb – средний мулат Аb Aabb – светлый мулат аВ aaBb – светлый мулат аb aabb – белый Ответ: ребенок от брака среднего мулата и белой женщины не может быть темнее своего отца. Задача 5.3 Какое потомство получится от брака: 1) двух средних гетерозиготных мулатов 2) двух средних гомозиготных мулатов Дано: Генотип среднего гетерозиготного мулата: АаВb Генотип среднего гомозиготного мулата: АAbb Решение: 1) Р ♀ АаВb × ♂ АаВb G АB, Аb, АB, Аb, аB, аb аB, аb F 1 Решетка Пеннета (см. задачу № 2.1) 91 ААBB 1/16 негры AaBB AABb 4/16 темные мулаты AaBb aaBB AAbb 6/16 средние мулаты Aabb aaBb 4/16 светлые мулаты аabb 1/16 белые 2) a) Р ♀ АAbb × ♂ АAbb G Аb Аb F 1 AAbb средние мулаты б) Р ♀ aaBB × ♂ aaBB G aB aB F 1 aaBB средние мулаты в) Р ♀ aaBB × ♂ AAbb G Ab aB F 1 AaBb средние мулаты Ответ: 1)в потомстве двух гетерозиготных мулатов могут быть: 6,25% негров, 25% темных мулатов, 37,5% средних мулатов, 25% светлых мулатов, 6,25% белых; 2) в потомстве двух гомозиготных мулатов во всех случаях могут быть только средние мулаты. 5.2. Эпистаз Эпистаз (противоположное действие генов) – явление, при котором ген одной аллельной пары (супрессор) в доминантном (доминантный эпистаз) или рецессивном (рецессивный эпистаз – криптомерия, или гипостаз) состоянии может подавлять развитие признака, который контролируется другой парой генов. 92 Можно сказать, что эпистаз – подавление действия генов одного аллеля генами другого. Анализ при эпистатическом взаимодействии генов ведется по схеме дигибридного скрещивания. Расщепление по фенотипу при скрещивании дигетерозигот (при доминантном эпистазе) составляет 13:3 или 12:3:1. То есть, во всех случаях, где имеется доминантный ген- подавитель (супрессор), подавляемый ген не проявится. В случае скрещивания дигетерозигот при рецессивном эпистазе расщепление во втором поколении наблюдается в соотношении 9:3:4. Эпистаз будет происходить лишь в тех четырех случаях из 16, где в генотипе совпадут два гена-подавителя. Этот тип взаимодействия наиболее характерен для генов, участвующих в регуляции онтогенеза и иммунных систем человека. Примером рецессивного эпистаза у человека может служить «бомбейский феномен». В Индии была описана семья, в которой родители имели вторую (А0) и первую (00) группу крови, а их дети – четвертую (АВ) и первую (00). Чтобы ребенок в такой семье имел группу крови АВ, мать должна иметь группу крови В, но никак ни 0. Позже было выяснено, что в системе групп крови АВ0 имеются рецессивные гены-модификаторы, которые в гомозиготном состоянии подавляют экспрессию антигенов на поверхности эритроцитов. Например, человек с третьей группой крови должен иметь на поверхности эритроцитов антиген группы В, но эпистатирующий ген- супрессор в рецессивном гомозиготном состоянии (h/h) подавляет действие гена В, так что соответствующие антигены не образуются, и фенотипически проявляется группа крови О. Описанный локус гена- супрессора не сцеплен с локусом АВ0. Гены-супрессоры наследуются независимо от генов, определяющих группы крови АВ0. Бомбейский феномен имеет частоту 1 на 13 000 среди индусов, говорящих на языке махарати и живущих в окрестностях Бомбея. Он распространен также в изоляте на острове Реюньон. По-видимому, признак детерминирован нарушением одного из ферментов, участвующих в синтезе антигена. 93 Пример решения задачи на эпистатическое взаимодействие генов Задача 5.4 Редкий рецессивный ген (h) в гомозиготном состоянии обладает эпистатическим действием по отношению к генам J A , J B и изменяет их действие до I группы крови (бомбейский феномен). Определите возможные группы крови у детей, если: у мужа II гомозиготная, у жены IV и оба родителя гомозиготны по эпистатическому гену. Какова вероятность рождения детей с I группой крови? Дано: hh – эпистатическое действие к генам J A , J B Генотип мужа: J A J A Генотип жены: J A J B Решение: Р ♀ J A J B Hh × ♂ J A J A Hh G J A H, J A h, J A H, J A h J B H, J B h F 1 Решетка Пеннета: ♂ ♀ J A H J A h J A H J A J A HH – II группа крови J A J A Hh – II группа крови J A h J A J A Hh – II группа крови J A J A hh – I группа крови (гипостаз) J B H J A J B HH – IV группа крови J A J B Hh – IV группа крови J B h J A J B Hh – IV группа крови J A J B hh – I группа крови (гипостаз) Ответ: Вероятность рождения детей с I группой крови равна 2/8 или 1/4 (25%). 94 Задачи на взаимодействие неаллельных генов Задача 5.5 Одна из форм глухоты определяется двумя генами, причем для нормального слуха необходимо иметь доминантные аллели обоих генов. Известно, что жена имеет нормальный слух, но ее мать была рецессивной гомозиготой. Ее муж имеет слабый слух, но в генотипе у него есть только один нормальный аллель. Какова вероятность рождения в этой семье глухих, нормальных детей и потомков со слабым слухом? Задача 5.6 У человека имеется несколько форм наследственной близорукости. Умеренная форма (от –2,0 до –4,0) и высокая (выше –5,0) передаются как аутосомные доминантные признаки, не сцепленные между собой. В семье, где мать была близорукой, а отец имел нормальное зрение, роди- лись двое детей: дочь и сын. У дочери оказалась умеренная форма бли- зорукости, а у сына высокая. Какова вероятность рождения следующего ребенка в семье без ано- малий, если известно, что у матери близорукостью страдал только один из родителей? Следует иметь в виду, что у людей, имеющих гены обоих форм близорукости, проявляется только одна – высокая. Задача 5.7 Синтез интерферона у человека зависит от двух генов, один из кото- рых находится в хромосоме 2, другой – в хромосоме 5: 1) назовите форму взаимодействия между этими генами; 2) определите вероятность рождения ребенка, не способного синте- зировать интерферон, если оба родителя гетерозиготны по указанным генам. Задача 5.8 У человека известно два вида наследственной слепоты, каждая из которых определяется собственным аутосомным геном. Эти гены находятся в разных хромосомах. 95 1) Определите вероятность рождения ребенка слепым, если мать и отец страдают разными видами наследственной слепоты, имея в виду, что по обеим парам генов они гомозиготны. 2) Определите вероятность рождения слепого ребенка, если известно, что родители его зрячие, но обе бабушки страдают одинаковым видом наследственной слепоты и являются гомозиготными по доминантному аллелю другого гена. В родословных со стороны дедушек наследствен- ной слепоты не отмечено. Задача 5.9 У человека описаны две формы глухонемоты, которые определяются рецессивными аутосомными не сцепленными генами. 1) Какова вероятность рождения детей глухонемыми в семье, где мать и отец страдают одной и той же формой глухонемоты и являются гетерозиготными по второму гену? 2) Какова вероятность рождения глухонемых детей в семье, где оба родителя страдают разными формами глухонемоты и одновременно являются гетерозиготными по другому гену глухонемоты? Задача 5.10 Предположим, что наследственная слепота у человека может быть обусловлена несколькими рецессивными генами, которые наследуются независимо друг от друга. Какова вероятность того, что ребенок родится слепым, если его отец и мать страдают одним и тем же видом наследственной слепоты? Различными видами? Свяжите полученный ответ с необходимостью тщательно следить за тем, чтобы вступающие в брак слепые не состояли между собой даже в отдаленном родстве. Задача 5.11 Глаукома взрослых наследуется несколькими путями. Одна форма определяется доминантным аутосомным геном, другая – рецессивным, тоже аутосомным, не сцепленным с первым геном. 1) Какова вероятность рождения ребенка с аномалией в случае, если оба родителя гетерозиготны по обеим парам патологических генов? 96 2) Какова вероятность рождения ребенка с аномалией в семье, где один из родителей болен и является гетерозиготным по обоим генам, а другой нормален в отношении зрения и гомозиготен по обоим генам? Задача 5.12 Рост человека контролируется несколькими парами не сцепленных генов, которые взаимодействуют по типу полимерии. Если пренебречь факторами среды и условно ограничиться лишь тремя парами генов, то можно допустить, что в какой-то популяции самые низкие люди имеют все рецессивные гены и рост 150 см, самые высокие – все доминантные гены и рост 180 см. 1) Определите рост людей, гетерозиготных по всем трем парам генов роста. 2) Низкорослая женщина вышла замуж за мужчину среднего роста. У них было четверо детей, которые имели рост 165 см, 160 см, 155 см, 150 см. Определите генотипы родителей и их рост. Задача 5.13 Человек с генотипом А 1 А 1 А 2 А 2 высокого роста (180см), с генотипом а 1 а 1 а 2 а 2 – низкого (150см). Напишите варианты генотипов у людей среднего роста. Задача 5.14 Секреция грудного молока у женщины зависит от полимерных генов. У первой женщины с генотипом L 1 I 1 L 2 I 2 количество молока соответст- вует потребностям ребенка. У второй женщины молока так много, что она кормит и своего ребенка, и ребенка третьей женщины, у которой молока нет. Напишите генотипы второй и третьей женщин. Задача 5.15 Может ли от брака белой женщины с мулатом или с негром родиться совершенно черный ребенок – негр? 97 Задача 5.16 Может ли у одной пары родителей родиться двое детей-близнецов, один из которых белый, другой – негр? Задача 5.17 Цвет кожи у мулатов наследуется по типу кумулятивной полимерии, при этом за данный признак отвечают два аутосомных не сцепленных гена. Потомок негра и белой женщины выбрал в жены белую женщину. 1) Какие типы окраски кожи возможны в этой семье и в каком коли- чественном соотношении? 2) Если бы указанный мулат женился бы на мулатке, имеющей оди- наковый с ним генотип, какое бы расщепление наблюдалось бы в этом случае? Задача 5.18 Редкий рецессивный ген (h) в гомозиготном состоянии обладает эпи- статическим действием по отношению к генам J А и J В , и изменяют их действие до I группы крови (этот феномен обнаружен в окрестностях г. Бомбея, где существуют изоляты). Определить возможные группы крови у детей, если оба родителя имеют IV группу крови и дигетерозиготные по эпистатическому гену. Какие группы крови будут у детей, если отец имеет I группу крови, а мать IV (исследовать всевозможные варианты с учетом эпистатического гена)? |