МНОЖЕСТВЕННЫЙ АЛЛЕЛИЗМ. Содержание Введение Множественный аллелизм заключение Список литературы Введение
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Содержание Введение Множественный аллелизм ……………………………………………..4 Заключение Список литературы Введение Взаимодействие между аллельными генами осуществляется в виде трех форм: полное доминирование, неполное доминирование и независимое проявление (кодоминирование). Полное доминирование – когда один доминантный аллель полностью подавляет проявление рецессивного аллеля, например, желтая окраска горошин доминирует над зеленой. Неполное доминирование наблюдается в том случае, когда один ген из пары аллелей не обеспечивает образование в достаточном для нормального проявления признака его белкового продукта. При этой форме взаимодействия генов все гетерозиготы и гомозиготы значительно отличаются по фенотипу друг от друга. Примером расщепления при неполном доминировании может служить наследование окраски цветков Ночной красавицы. При скрещивании растений с красными цветками (АА) и растений с белыми (аа) гибриды F1 имеют розовые цветки (Аа). Таким образом, имеет место неполное доминирование; в F2 наблюдается расщепление 1 : 2 : 1 как по фенотипу, так и по генотипу. P>Кроме полного и неполного доминирования известны случаи отсутствия доминантно-рецессивных отношений или кодоминирования. При кодоминировании у гетерозиготных организмов каждый из аллельных генов вызывает формирование в фенотипе контролируемого им признака. Примером этой формы взаимодействия аллелей служит наследование групп крови человека по системе АВ0, детерминируемых геном I. Существует три аллеля этого гена Io, Ia, Ib, определяющие антигены групп крови. Наследование групп крови иллюстрирует также явление множественного аллелизма: в генофондах популяций человека ген I существует в виде трех разных аллелей, которые комбинируются у отдельных индивидуумов только попарно. До этого примера мы говорили о генах, существующих только в двух разных аллельных формах. Однако многие гены состоят из сотен пар нуклеотидов, так что мутации могут проходить во многих участках гена и порождать множество различных его аллельных форм. Так как в каждой из гомологичной хромосом имеется по одному аллельному гену, то, разумеется, диплоидный организм имеет не более двух из серии аллелей генофонда популяции. 1 Множественный аллелизм Ген может находиться в двух альтернативных состояниях – ген дикого типа и мутантный ген. Гену дикого типа соответствует аллель дикого типа, мутантному гену – мутантный аллель. Следовательно, мутантный аллель является результатом мутации в гене. Ген есть определенный участок молекулы ДНК, последовательность нуклеотидов, определяющая синтез одного полипептида, либо молекулы тРНК или рРНК. Изменение одного нуклеотида может привести к мутации, при этом мутировать может любой из них в пределах данного гена. Следовательно, в гене может быть столько мутаций, сколько в нем содержится нуклеотидов. Столько же может быть аллельных состояний у одного и того же гена. Для некоторых генов показано, что каждое аллельное состояние может проявиться новым признаком. Множественный аллелизм – различное фенотипическое проявление аллелей одного и того же гена. Это явление демонстрирует множественность состояний гена, которые проявляются различными признаками. Если доминантный аллель обозначается как А, а рецессивный как а, то множественные аллели обозначаются как А1, А2 , А3, А4 или а1, а2, а3, а4 и т. д. Особенностью множественных аллелей является то, что их можно расположить в ряд с убывающей степенью доминирования, например, А>А1>А2>А3>А4>а1>а2>а3>а4 и т. д. Этот ряд указывает на относительный характер их доминирования и зависимость их проявления от конкретных условий генотипической среды. Иногда для обозначения гена или локуса используются курсивные строчные буквы, а аллели обозначаются индексом, помещаемым справа вверху. Например, буква (с) может обозначать ген окраски меха кролика. Доминантный аллель или аллель дикого типа обозначается символом с+, а другие аллели – символами сch, ch, ca и др. Часто обозначение с+ сокращают до знака «+». Поскольку диплоидный организм содержит только два аллеля из возможного множества, их сочетание в зиготе может быть различное. Зиготы, несущие два аллеля одного и того же гена из серии множественных аллелей называются компаундами. Характерной особенностью большинства компаундов является то, что доминантный признак будет проявлять лишь тот аллель, который находится в доминирующем положении относительно другого аллеля, а фенотип компаунда будет «промежуточный» относительно доминантного и рецессивного фенотипа. Например, для компаунда А1А2 доминантным является признак, контролируемый аллелем А1, а рецессивным, соответственно, А2. Дикий тип (А) в данном случае проявляться не будет. Таким образом, развитие в компаундах промежуточного признака и отсутствие возврата к дикому типу, является характерной чертой наследования множественных аллелей. Явление множественного аллелизма увеличивает комбинативную изменчивость организмов. Количество различных генотипов при множественном аллелизме зависит от числа аллелей и может быть выражено формулой: n(n+1)/2 – число генотипов, где n – число аллелей; n(n-1)/2 – число гетерозигот, п – число гомозигот. Явление множественного аллелизма широко распространено в природе и описано у различных организмов. Одним из известных примеров этого явления у человека может быть серия аллелей системы групп крови АВО, открытая К. Ландштейнером (1868–1943) в 1900г.  N-ацетилгалактозамин, присоединенный к предшественнику   N-ацетилглюкозамин Галактоза N-Ацетилгалактозамин Фукоза Кодируется IA  геном Антиген А,реагирует с анти-А-  N-ацетилглюкозамин Галактоза Фукоза антителом   Галактоза Фукоза N-ацетилглюкозамин Кодируется Антиген Н, не  io геном реагирует ни с предшественник анти-А, ни с анти-В-анти- телом  Галактоза Галактоза Фукоза N-ацетилглюкозамин Антиген В Кодируется Реагирует с геном IB анти-В-анти- телом  Галактоза, присоединенная к предшественнику Рис. 1. Строение антигенов А и В типа Существует четыре группы крови: О, А, В и АВ. Они определяются тремя аллелями одного гена: IA, IB, iО. Аллели IA и IB доминантны по отношению к аллелю iО, но кодоминантны по отношению друг к другу. Гены IA и IB контролируют синтез антигенов (А и В типа), находящихся на поверхности эритроцитов и представляющих собой полисахаридные молекулы, состоящие из четырех углеводных компонентов, различающихся концевым углеводным остатком. При образовании А-антигена к общему предшественнику с помощью фермента гликозилтрансферазы добавляется N- ацетилгалактозамин, а в случае В-антигена – галактозный остаток. Гликозилтрансфераза может быть в трех формах – первая специфична к N-ацетилгалактозамину (кодируется IA-геном), вторая – к галактозе. Возможные генотипы групп крови человека представлены в табл. 1. Таблица 1 Генотипы групп крови человека
Знание генетического контроля групп крови имеет большое практическое значение и используется при переливании крови, а также в судебно-медицинской практике для установления отцовства. У людей с группой О (группа I) в плазме крови имеются гемагглютинины (антитела) α и β, с группой крови А (группа II) гемагглютинин β, с группой крови В (группа III) – гемагглютинин α, у людей группы АВ (группа IV) в плазме нет ни α - ни β -гемагглютининов. При этом агглютинин α специфически связывает и осаждает эритроциты с антигеном А, а агглютинин β – эритроциты с антигеном В. На этих взаимоотношениях основана система переливания крови. Кровь группы О (I группа, антитела α и β) можно переливать всем людям. Кровь с группой А (II группа, антитела β) – людям с группой А или О. Кровь с группой В (III группа, антитела α) – людям с группой крови В или О. Кровь с группой АВ (IV группа, антител нет) – только людям с этой группой. Примером множественного аллелизма у человека является также наследование резус фактора (Rh-фактора) – антигена, содержащегося в эритроцитах человека и обезьяны макака-резус. Синтез Rh-антигена контролируется геном R, для которого в настоящее время описано более 10 аллельных состояний: R1, R2, R0, RZ, r, r1, r11, rY и др. Если в гетерозиготном состоянии имеется два или один доминантный аллель – антигены в организме человека образуются, и он является резус-положительным. Если генотип человека представлен двумя рецессивными аллелями, антигены не синтезируются и человек – резус-отрицательный. При переливании резус-отрицательным людям резус-положительной крови возможны осложнения (шок, гемолитическая болезнь и т. д.), обусловленные образованием антител к резус-фактору. У Rh-–матерей, беременных Rh+–ребенком, вырабатываются антитела против ребенка (рис. 2).  Рис.2. Наследование резус-фактора у человека и эритробластоз плода П р и м е ч а н и е : А – отец – носитель гена Rh+ (генотип Rh+Rh+); Б – мать резусотрицательная (генотип rhrh); В – первая беременность (антиген Rh+ попадает в материнский кровоток и вызывает образование резус-антител, однако их количества недостаточно, чтобы вызвать эритробластоз) (1); Г – вторая беременность (мать дополнительно иммунизируется Rh+- антигеном, резус-антитела от матери попадают в кровоток плода и вызывают агглютинацию его эритроцитов – плод гибнет) (2). Чаще всего при первой беременности количества антител в крови матери бывает недостаточно для того, чтобы вызвать гибель плода в результате агглютинации его эритроцитов (эритробластоз плода), и ребенок рождается нормальным. Опасность этого явления возрастает при второй беременности, когда в организме матери количество антител против резус-фактора плода еще более возрастает, они попадают в организм ребенка с кровью матери и вызывают его гибель. Распространение Rh+ типов людей варьирует у представителей разных рас: у европейцев – 85 %, у монголоидов – 99%. Интересным примером множественного аллелизма является наличие более 1500 аллельных состояний генов гистосовместимости HLA (Human Lymphocyte Antigens), контролирующих синтез человеческих лейкоцитарных антигенов, которые находятся на поверхности клеток. Система HLA (главный комплекс гистосовместимости человека) осуществляет генетический контроль взаимодействия всех иммунокомпетентных клеток организма, распознавание своих и чужеродных (в том числе измененных собственных) клеток, запуск и реализацию иммунного ответа и в целом обеспечивает выживание человека как вида в условиях экзогенной и эндогенной агрессии. Антигены HLA, кодируемые генами локусов A, В и C, называют антигенами класса I, а кодируемые генами локуса D (сублокусы DR, DP, DQ и DW) – антигенами класса II, С2, С4, FB – класса III. HLA антигены I класса представлены на поверхности практически всех клеток организма, в то время как антигены II класса имеются преимущественно на клетках иммунной системы, макрофагах, эпителиальных клетках. Из 1500 HLA-аллелей 900 относятся к I классу, 600 – ко II классу. Наиболее полиморфны локусы HLA-B и DRB1 - 501 и 316 аллелей, соответственно. Известно, что определенные типы аллелей повинны в возникновении большого числа заболеваний человека. Например, носители антигена HLA-8 склонны к аутоиммунным заболеваниям, таким как красная волчанка, дерматомиозит, а также к дерматозам вирусного происхождения. У больных с псориазом - HLA-B13, B17, B27, DR7; с экземой HLA - A1, B8, B12, B22, DW4, а с нейродермитом установлена положительная ассоциация с антигенами HLA-A9, B12, DR4. Около 60 % больных ревматоидным артритом являются носителями HLA-B15, DR4, DW4. У больных с гнёздовой алопецией (круговидное облысение – выпадение волос в виде округлых очагов различной величины) обнаружены HLA-A9, B8, B12, B13, B18, B27, DR7, CW1, CW3. Более чем у 95% больных инсулинозависимым сахарным диабетом выявлены HLA DR3, DR4 антигены. Пользуясь формулой: n (n + l) ——— , 2 где n – число аллелей, можно рассчитать, что возможное число генотипов только для HLA-B гена будет соответствовать 465. Аналогичные расчеты можно произвести и для других HLA-генов. В популяции людей имеются всевозможные сочетания генотипов по всем аллелям HLA- генов. Известно, что HLA-гены играют важнейшую роль в тканевой несовместимости и являются причиной многих аутоиммунных заболеваний, таких как юношеский инсулиновый диабет (D/DR2, D/DR3 и D/DR4 аллели), системная красная волчанка (D/DR3), множественный склероз (D/DR2), ревматоидный артрит (D/DR4 и D/DR5) и др. Известным примером множественного аллелизма у животных является цвет глаз у дрозофилы, контролируемый геном W. Описано более 15 различных аллельных состояний данного гена, каждому из которых свойственно свое фенотипическое проявление: – темно-красный цвет глаз (дикий тип); – слоновой кости; – рыжий или цвет буйволовой кожи; – жемчужный; – цвет сурового полотна; – темно-желтый; – эозиновый; – медовый; – цвет крови; – абрикосовый; – коралловый; – вишневый; – пятнистый; – светло-желтый; – белый. По степени доминирования аллели располагаются в определенной последовательности, например: W>wch>we>wа>w относительно друг друга, где W доминирует над всеми остальными, а w является рецессивным по отношению ко всем из них. У кроликов имеется серия аллелей гена с, который контролирует окраску меха. Аллель с+ (агути) доминантен по отношению к трем остальным – cch (шиншилла), ch (гималайский), ca (альбинос) (рис.3). Аллели гена с располагаются друг относительно друга по степени доминирования в следующей последовательности: с+>cch>ch>ca. Ген с+ (агути) контролирует окраску темного цвета с отдельными включениями желтого оттенка в пределах каждого волоска, отчего мех кролика выглядит как смесь «перца и соли» (иногда такую шерсть называют похожей на волчью) (рис. 16). Аллель cch в гомозиготном состоянии дает окраску шиншилла (у основания волоска цвет отсутствует, цвет шерсти палевый). В гетерозиготном состоянии (cchch, cchса) аллель cch проявляется как более светлая шиншилловая окраска. Аллель ch контролирует гималайскую окраску, которая зависит от температуры тела – на конечностях, ушах, кончике носа температура тела ниже – шерсть окрашена в темный цвет, в более теплых местах – белая. Кролики генотипа chch или chca гималайского типа. В гомозиготном состоянии рецессивная аллель са дает белую окраску шерсти.  Рис. 3. Фенотипическое проявление множественных аллелей гена с, контролирующего окраску меха у кроликов  Рис. 4. Цвет отдельного волоса при темной окраске и агути. Аналогичные серии аллелей гена с известны у многих млекопитающих – мышей, крыс, морских свинок, кошек (у кошек гималайская окраска называется сиамской). Интересными являются примеры множественного аллелизма у собак. 1. Известен ген А, имеющий пять аллелей и отвечающий за распределение пигмента по ходу волоса. Аллель Аs и ау доминируют над всеми остальными аллелями. Окончательно взаимодействие всех аллелей еще до конца не изучено. 2. Ген С также имеющий пять аллелей и контролирующий проявление окраски: С – собаки темного окраса; сch – шиншилла; cd – цвет шерсти белый, темные только кончик носа и глаза; cb – цвет шерсти белый, глаза голубые; c – альбинос с розовым носом и глазами. Доминантные отношения между этими аллелями выглядят следующим образом: С>сch>cd>cb>c, но сch и c аллели встречаются редко, и фенотипы потомства «промежуточного» типа пока еще не описаны. 3. Ген Е имеет четыре аллеля и контролирует проявление локуса А: Еm– темная окраска гена А в присутствии аллеля Е проявляется как рыжая; E – А ген экспрессируется нормально и дает темную окраску шерсти; ebr – пестрая окраска, с черными и желтыми полосками (т.е. тигровая окраска) e – темный цвет шерсти подавляется, однако черными остаются кончик носа и глаза. Доминантные отношения между этими аллелями изучены недостаточно. 4. Ген S имеет четыре аллеля и контролирует появление белых пятен на теле собаки: S – пятна на теле отсутствуют; sj – «ирландская окраска» – несколько белых пятен на теле; sp – пятнистая окраска (варьирующее число белых пятен); sw – «окраска долматина» – многочисленные белые пятна, которые сливаясь между собой дают белый фон. Аллель S доминирует над всеми остальными: S>sj, а sp>sw. Отношение между парой sw и sp изучено недостаточно. В серии аллелей могут входить десятки аллельных состояний одного и того же гена. Такая картина описана у инфузорий Paramecium. Помимо того, что у данного организма число генов, контролирующих синтез антигенов, контролирующих «половую несовместимость» (невозможность близкородственных скрещиваний) превышает 12, каждый из них имеет более сотни аллелей. В результате чего для парамеций характерно наличие многочисленных наборов аллелей, строго регулирующих возможность их скрещивания. Подобный механизм лежит в основе описанного у растений явления самонесовместимости. У целого ряда видов растений имеются специальные генетические механизмы несовместимости, которые не допускают самооплодотворения. Этот признак контролируется серией аллелей гена S, которых сегодня известно около 100, а для некоторых видов, например, клевера, более 200. Было обнаружено, что пыльцевые зерна, попадая на рыльце пестика своего же растения, не могут прорастать через столбик, поскольку генотип пыльцевых зерен и самого растения одинаков. Пыльца самостерильного растения может прорастать только на тех растениях, которые в генотипе имеют иные наборы аллелей гена S (рис. 5).  Рис. 5. Схематическая характеристика состояния пыльцы и ткани столбика в зависимости от S-аллелей: 1 - одинаковые S-аллели у опыляемого сорта и сорта-опылителя; 2 - один S-аллель сорта-опылителя отличается от S-аллелей материнского сорта; оба S-аллеля сорта-опылителя отличаются от S-аллелей опыляемого сорта. Эволюционная система самостерильности возникла для предотвращения самоопыления однодомных растений, и, как следствие этого, большее распространение в природе получило перекрестное опыление. По данным Дж. Брюбейкера и Г. Эмери, несовместимость аллелей установлена более чем у 10 000 видов покрытосеменных, а также большого числа голосеменных, папоротников и грибов. Еще одним примером множественного аллелизма у растений является своеобразный рисунок на листьях некоторых видов клевера. Этот признак контролируется серией аллелей гена V (VI, Vf, Vba, Vb, Vby, v) (рис. 6) .  vv V1V1 VhVh; VIVh VfVf; VIVf; VhVf VbaVba; VIVba; VhVba; VfVba VbVb; VIVb; VhVb; VfVb; VbaVb VbyVby; VIVby; VhVby; VfVby; VbaVby; VbVby Рис. 6. Генетический контроль окраски листьев клевера Характер проявления аллелей этого гена является достаточно сложным и имеет значительные вариации в зависимости от их гомозиготного или гетерозиготного сочетания. У кукурузы имеется свыше 20 аллелей гена R, обусловливающего образование красно-фиолетового пигмента антоциана в вегетативных частях растения – в тычинках, пестике, алейроне семян. Аллели различаются по интенсивности окраски и локализации пигмента в тканях растения. Заключение Явление множественного аллелизма определяет фенотипическую гетерогенность популяций, это одна из основ разнообразия генофонда. Для множественных аллелей характерно влияние всех аллелей на один и тот же признак. Отличие между ними заключается лишь в степени развития признака. В основе этой множественности лежат генные мутации (полезные, нейтральные, вредные), изменяющие последовательность азотистых оснований молекулы ДНК в участке, соответствующем данному гену. Множественный аллелизм имеет важное биологическое и практическое значение, поскольку усиливает комбинативную изменчивость, особенно генотипическую. Список литературы: 1. Гинтер Е.К Медицинская генетика: Учебник. – М.: Медицина, 2003. – 448 с.: ил 2. Горбунова В.Н. Молекулярные основы медицинской генетики. М.: Медицина. – 2006 г. 3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д «Биология» в 3 томах Москва «Мир» 2001г 4. Гуттман Б., Гриффитс Э., Сузуки Д., Кулис Т. Генетика. М.: ФАИР - ПРЕСС, 2004., 448 с 5. Жимулев И.Ф Генетика. Издательство Сибирского университета., 2007. – 480 с.:ил. 6. Корочкин Л. И. Биология индивидуального развития (генетический аспект): Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – 264 с. 7. Попова Н.А., к.б.н. Юшкова А.А., к.б.н. Баймак Т.Ю. ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ: Учебное пособие. Новосибирск 2009 8. Петухов В.Л., Короткевич О.С., Стамбеков С.Ж., Жигачев А.И., Бакай А.В.: Генетика. Учебник. - 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: СемГПИ, 2007. - 628 с. с ил. 9.Чебышев Н. В., Гринева Г. Г. , Козарь М. В. , Гуленков С. И. Биология (Учебник). - М.: ВУНМЦ, 2000. - 592 с. 10.Яблоков А.В. Эволюционное учение: Учеб. для биол. спец. вузов / А.В. Яблоков, А.Г. Юсуфов. — 6-е изд., испр.— М.: Высш. шк., 2006.— 310 е.: ил. 11. Ярыгин В.Н, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова Биология. В 2 кн.: Учеб. для медиц. спец. Вузов М.: Высш. шк., 2003.— 432 с.: ил. |