Генетика человека с основами медицинской генетики. Генетика человека. Учебное пособие Иркутск игму 2014 удк 575. 191 (075. 32) Ббк 52. 54я 723 о 57
 Скачать 1.32 Mb.
|
|
Сверхдоминирование – когда доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляется сильнее, чем в гомозиготном. Так, у дрозофилы при генотипе АА-нормальная продолжительность жизни; Аа – удлиненная триватисть жизни; аа – летальный исход. Различают четыре основных типа взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерию и модифицирующее действие (плейотропия). Комплементарность это такой тип взаимодействия неаллельних генов, когда один доминантный ген дополняет действие другого неаллельного доминантного гена, и они вместе определяют новый признак, который отсутствует у родителей. Причем соответственный признак развивается только в присутствии обоих неаллельних генов. Примером комплементарного взаимодействия генов у человека может быть синтез защитного белка - интерферона. Его образование в организме связано с комплементарным взаимодействием двух неаллельних генов, расположенных в разных хромосомах. Эпистаз – это такое взаимодействие неаллельных генов, при котором один ген подавляет действие другого неаллельного гена. Угнетение могут вызывать как доминантные, так и рецессивные гены (А> В, а> В, В> А, В> А), и в зависимости от этого розличают эпистаз доминантный и рецессивный. Полимерия – такое взаимодействие неаллельных генов, когда степень развития признака зависит от общего количества доминантных генов. По этому принципу наследуется цвет кожи у человека. Например, у темнокожих людей в 31 двух парах неаллельных генов 4 доминантных, а у людей с белой кожей – ни одного, все гены рецессивные. Сочетания разного количества доминантных и рецессивных генов приводят к образованию мулатов с разной интенсивностью окраски кожи: от темной до светлой. Множественное действие генов (плейотропия) – процессы влияния одного гена на формирование нескольких признаков. Например, у человека ген, определяющий рыжую окраску волос, обусловливает более светлую кожу и появление веснушек. Наследование признаков сцепленных с полом. Это признаки, которые кодируются генами, находящимися на половых хромосомах. У человека признаки, кодируемые генами Х-хромосомы, могут проявляться у представителей обоих полов, а кодируемые генами Y-хромосомы – только у мужчин. Следует иметь в виду, что в мужском генотипе только одна Х-хромосома, которая почти не содержит участков, гомологичных с Y-хромосомой, поэтому все локализованные в Х-хромосоме гены, в том числе и рецессивные, проявляются в фенотипе в первом же поколении. Различают Х-сцепленное и Y- сцепленное (голандрическое) наследование. При Х-сцепленном наследовании будут наблюдаться фенотипические различия в потомстве в зависимости от направления скрещивания, то есть в зависимости от присутствия в родительском поколении признака у матери или отца. Если признак доминантный и присутствует у гомозиготной матери, то в F1 все особи независимо от пола будут иметь этот признак, а в F2будет наблюдаться расщепление 3:1, при этом признак будет отсутствовать только у половины особей мужского пола. В потомстве гетерозиготной матери вероятность рождения особей с доминантным признаком составит 50% независимо от пола. Если же доминантный признак в родительском поколении будет у отца, то в первом поколении этот признак будет присутствовать только у дочерей, а во втором – как у дочерей, так и у сыновей с вероятностью 50%. При рецессивном сцепленном с полом типе наследования признак чаще всего будет выявляться у 32 особей мужского типа, и будет наблюдаться передача признака от «деда» к «внуку». Никогда не будет наблюдаться передача заболевания от отца к сыну, так как сын не наследует Х-хромосому отца, она всегда материнского происхождения. Тип наследования признаков, определяемых генами Y- хромосомы, называется голандрическим и для него характерна передача признака от отца к сыну. 1.2. Методика решения типовых задач Задача 1. Хондродистрофия (нарушение развития скелета) в большинстве случаев зависит от доминантного гена с полной пенетрантностью, причем гомозиготы по этому гену погибают до рождения. Супруги больны хондродистрофией. Определите вероятность рождения у них здорового ребенка. Решение. Оформляем условие задачи Хондродистрофия – Аа Хондродистрофия и внутриутробная гибель – АА Нормальное развитие скелета – аа Из условия задачи известно, гомозиготы АА погибают внутриутробно, следовательно, супруги будут гетерозиготны по гену хондродистрофии. Генетическая запись брака: Вероятность рождения здорового ребенка составляет 1/3 или 33,3%. Задача 2. Группа крови – наследственный признак, детерминированный геном, который имеет не два, а три аллеля (множественный аллелизм), обозначаемые как I A , I B и I 0 . Лица с генотипом I 0 I 0 имеют первую группу крови, с генотипами I A I A или I A I 0 – вторую, с генотипами I B I B или I B I 0 – третью, а с генотипом I A I B - четвертую (аллели I A и I B доминируют над аллелем I 0 , тогда 33 как друг друга они не подавляют). Какие группы крови возможны у детей, если у их матери – вторая группа, а у отца – первая? Решение. Генетическая запись брака: P I A I A × I 0 I 0 G I A I A I 0 I 0 F1 I A I 0 P I A I 0 × I 0 I 0 G I A I 0 I 0 I 0 F1 I A I 0 I 0 I 0 Мать со II-ой группой крови может быть либо гомозиготной, либо гетерозиготной. В первом случае ребѐнок будет иметь II группу крови, во втором случае - II или I группы. Задания для самостоятельной работы студентов Пользуясь представленными методиками решения задач, для закрепления материала самостоятельно решите следующие задачи по теме «Закономерности наследования признаков»: Задача 1. У матери первая группа крови, а у отца – четвертая. Могут ли дети унаследовать группу крови одного из своих родителей? Задача 2. В родильном доме перепутали двух мальчиков. Родители одного из них имеют первую и вторую группы крови, родители другого – вторую и четвѐртую. Исследование показало, что дети имеют первую и вторую группы крови. Определите, кто чей сын. Возможно ли это сделать при других комбинациях групп крови (приведите примеры)? Задача 3. У мальчика первая группа крови, а у его сестры – четвѐртая. Что можно сказать о группах крови их родителей? Задача 4. Родители имеют II и III группы крови. Какие группы крови можно ожидать у их детей? 34 Задача 5. У братьев IV(АВ) группа крови. Каковы группы крови возможны у их родителей? Задача 6. В одной семье у кареглазых родителей (доминантный признак) имеется четверо детей. Двое голубоглазых детей (рецессивный признак) имеют I и IV группы крови, а двое кареглазых – II и III группы крови. Определите вероятность рождения следующего ребенка кареглазого с I группой крови. Задача 7. Ген брахидактилии (короткие и толстые пальцы) В в гомозиготном состоянии приводит к гибели особи. Гетерозиготы жизнеспособны. Определите процент жизнеспособных детей у гетерозиготных родителей. Задача 8. Редкий ген а у человека вызывает анофтальмию (отсутствие глазных яблок), его аллель А обусловливает нормальное развитие глаз, у гетерозигот глазные яблоки уменьшены. Определите расщепление по фенотипу и генотипу у потомков, если их родители имеют уменьшенные глазные яблоки. Задача 9. Одна из форм цистинурии (нарушение обмена четырѐх аминокислот) наследуется как аутосомный рецессивный признак. У гетерозигот наблюдается повышенное содержание цистина в моче, у гомозигот – образование цистиновых камней в почках. 1. Определите возможные формы проявления цистинурии у детей в семье, где один супруг страдал этим заболеванием, а другой имел лишь повышенное содержание цистина в моче. 2. Определите возможные формы проявления цистинурии у детей в семье, где один из супругов имел камни в почках, а другой был нормален в отношении анализируемого признака. Задача 10. Аутосомный доминантный ген, вызывающий в гомозиготном состоянии выраженную деформацию конечностей, в гетерозиготном состоянии обуславливает укорочение пальцев (брахидактилию). Рецессивный аллельный ген детерминирует нормальное строение пальцев. Какова вероятность рождения ребенка с брахидактилией, если его родители гетерозиготны по данному признаку? 35 Задача 11. Акаталазия (отсутствие каталазы в крови) обусловлена редким аутосомным рецессивным геном. У гетерозигот активность фермента несколько снижена. У обоих родителей и их сына активность каталазы снижена. Определите вероятность рождения в этой семье следующего ребенка здоровым. Задача 12. От брака мужчины и женщины, фенотипы которых остались неизвестными, родилось четверо детей: черноволосый кареглазый, черноволосый голубоглазый, светловолосый голубоглазый, светловолосый кареглазый. Определите генотипы и фенотипы родителей. Задача 13. В медико-генетическую консультацию обратилась молодая женщина с вопросом: как будут выглядеть уши ее будущих детей, если у нее прижатые уши, а у мужа – несколько оттопыренные? Мать мужа – с оттопыренными ушами, а его отец – с прижатыми. Известно, что ген, контролирующий степень оттопыренности ушей, – доминантный, а ген, ответственный за степень прижатости ушей, мрецессивный. Задача 14. Мужчина с курчавыми волосами и II группой крови женился на женщине с прямыми волосами и IV группой крови. Все дети от этого брака имеют волнистые волосы, а один ребенок родился с III группой крови. Определите генотипы родителей и потомства. Задача 15. Альбинизм зависит от аутосомного рецессивного гена. Мужчина альбинос с III группой крови вступает в брак с женщиной с IV группой крови и нормальной пигментацией кожи. Могут ли у них родиться дети альбиносы со II группой крови? 36 4. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И СРЕДА 4.1. Основные теоретические положения Изменчивость – это свойство живых организмов приобретать в процессе онтогенеза отличия от родительских форм. Различают две основные формы изменчивости: фенотипическую (ненаследственную) и генотипическую (наследственную). Фенотипической, или модификационной, изменчивостью называют изменения фенотипа под действием факторов внешней среды без изменения генотипа (изменяется лишь функциональная активность генов). Различают следующие виды фенотипической изменчивости: модификации, морфозы и фенокопии. Модификации – это ненаследственные изменения генотипа, которые возникают под действием фактора среды, носят адаптивный характер и чаще всего обратимы (например: увеличение эритроцитов в крови при недостатке кислорода). Морфозы – это ненаследственные изменения фенотипа, которые возникают под действием экстремальных факторов среды, не носят адаптивный характер и необратимы (например: ожоги, шрамы). Фенокопии – это ненаследственное изменение генотипа, которое напоминает наследственные заболевания (увеличение щитовидной железы на территории, где в воде или земле не хватает йода). Границы фенотипической изменчивости, контролируемые генотипом организма, называют нормой реакции. Генотипическая изменчивость связана с изменениями генетического материала, которые передаются по наследству. Она подразделяется на комбинативную и мутационную. Комбинативная изменчивость связана с новыми комбинациями генов родителей при образовании гамет и зигот. Ее механизмы: 1. перекомбинация генов при кроссинговере в профазу мейоза 1; 2. независимое расхождение хромосом в анафазу мейоза 1; 37 3. независимое расхождение хроматид в анафазу мейоза 2; 4. случайное сочетание гамет при оплодотворении. Мутационной изменчивостью называется скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Процесс образования мутаций называется мутагенезом. Факторы, способные вызывать мутации, называются мутагенными факторами. Они бывают: 1. физические (различные виды ионизирующих излучений, температура и т. д.); 2. химические (формалин, аналоги азотистых оснований, иприт, некоторые лекарства и др.); 3. биологические (вирусы, бактерии, простейшие, гельминты). По изменению генетического материала мутации подразделяются на: геномные, хромосомные и генные. Геномные мутации обусловлены изменениями количества хромосом в кариотипе особи. Это может быть полиплоидия – кратное гаплоидному увеличение количества хромосом (2n+n+n) в кариотипе. Эти мутации связаны с нарушением расхождения хромосом при митозе и мейозе. Полиплоидия для большинства животных и человека является летальной мутацией. Гетероплоидия (анеуплоидия) – вид геномной мутации, при которой происходит некратное гаплоидному набору увеличение или уменьшение числа хромосом (общая формула гетероплоидий: 2n±1, 2n±2 …). Гетероплоидии приводят к нарушению нормального развития организмов. Например, у человека лишняя хромосома в 21-й паре приводит к болезни Дауна, а отсутствие второй Х-хромосомы у женщин вызывает синдром Шерешевского- Тернера. Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Это может быть потеря участка (делеция) или удвоение фрагмента хромосомы (дупликация), поворот части хромосомы на 180º (инверсия), перенос части 38 одной хромосомы на другую (транслокация). Многие хромосомные мутации снижают жизнеспособность организма. Генные мутации связаны с изменением структуры молекулы ДНК. Это могут быть нарушения порядка нуклеотидов вследствие добавления, выпадения или перестановки их. При этом изменяется кодируемый геном белок, что может проявляться фенотипически (серповидноклеточная анемия). По месту возникновения выделяют соматические и генеративные мутации. Соматические (чаще всего они не наследуются) возникают в соматических клетках и затрагивают лишь часть тела. Они будут наследоваться следующим поколениям при вегетативном размножении. Генеративные (они наследуются, т.к. происходят в половых клетках): эти мутации происходят в половых клетках. Генеративные мутации делятся на ядерные и внеядерные (или митохондриальные). Задания для самостоятельной работы студентов Для закрепления материала по теме «Наследственность и среда» самостоятельно решите следующие тестовые задания: 1. ТИП ИЗМЕНЧИВОСТИ, ПРИ КОТОРОМ ОДИН И ТОТ ЖЕ ОРГАНИЗМ В МЕНЯЮЩИХСЯ ВНЕШНИХ УСЛОВИЯХ ПРОЯВЛЯЕТ СЕБЯ ПО- РАЗНОМУ, ИЗМЕНЯЮТСЯ ЕГО ПРИЗНАКИ 1) наследственная 2) мутационная 3) онтогенетическая 4) модификационная 2. ГРАНИЦЫ ИЗМЕНЕНИЯ ДАННОГО ПРИЗНАКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ 1) мутационная изменчивость 2) модификации 3) норма реакции 39 3. ЧЕРЕЗ НЕСКОЛЬКО ЛЕТ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИАЦИИ РОДИЛСЯ РЕБЕНОК С НОВЫМ ПРИЗНАКОМ. ТИП ИЗМЕНЧИВОСТИ 1) модификационная 2) онтогенетическая 3) генотипическая 4) наследственная 5) фенотипическая 6) мутационная 4. ТИП ИЗМЕНИВОСТИ, ПРИ КОТОРОМ В РЕЗУЛЬТАТЕ СКРЕЩИВАНИЯ ОРГАНИЗМОВ С РАЗНЫМИ ПРИЗНАКАМИ ПОТОМСТВО ПРИОБРЕЛО НОВЫЕ ПРИЗНАКИ (ИЛИ НОВЫЕ ИХ СОЧЕТАНИЯ) 1) модификационная 2) фенотипическая 3) онтогенетическая 4) комбинативная 5) мутационная 5. ПРИЧИНЫ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ 1) влияние физических факторов 2) влияние климатических факторов 3) влияние одних организмов на другие 4) влияние химических факторов 6. ПРИЧИНЫ НЕНАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ 1) влияние одних организмов на другие 2) влияние физических факторов 3) влияние климатических факторов 4) влияние радиации 5) воздействие ультрафиолета 6) влияние химических факторов 7. ПРЕДЕЛЫ МОДИФИКАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ (НОРМА РЕАКЦИИ) ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ 40 1) условиями среды 2) генотипом 3) историческим развитием вида 4) индивидуальным развитием организма 8. В ПРИСПОСОБЛЕНИИ ДАННОГО ОРГАНИЗМА К ОКРУЖАЮЩИМ УСЛОВИЯМ БОЛЬШУЮ РОЛЬ ИГРАЕТ 1) только наследственная изменчивость 2) только ненаследственная изменчивость 3) и наследственная, и ненаследственная изменчивость 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ МУТАГЕНЕЗА 1) температура 2) атмосферное давление 3) радиация 4) ультрафиолетовое излучение 5) вирусы 6) свободные радикалы 7) бактерии 10. ТИПЫ МУТАЦИИ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА 1) хромосомные 2) генеративные 3) геномные 4) генные 5) нейтральные 11. НЕНАСЛЕДСТВЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОТИПА, КОТОРЫЕ НАПОМИНАЮТ НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ 1) фенокопии 2) морфозы 3) мутации 4) анеуплоидия 12. ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ГЕНА ЛЕЖИТ В ОСНОВЕ 41 1) комбинативной изменчивости 2) модификационной изменчивости 3) мутационной изменчивости 4) полиплоидии 13. РАДИАЦИЯ – ЭТО…МУТАГЕННЫЙ ФАКТОР 1) химический 2) физический 3) биологический 4) верного ответа нет 14. МУТАЦИИ, КОТОРЫЕ ЗАТРАГИВАЮТ ЛИШЬ ЧАСТЬ ТЕЛА 1) соматическими 2) генные 3) генеративные 4) хромосомные 15. ПОТЕРЯ УЧАСТКА ХРОМОСОМЫ 1) делеция 2) дупликация 3) инверсия 4) транслокация 16. ЯВЛЕНИЕ ПОТЕРИ ОДНОЙ ХРОМОСОМЫ ПОЛУЧИЛО НАЗВАНИЕ…(2n-1) 1) моносомии 2) трисомии 3) полисомии 4) полиплоидии 17. ПОСТОЯННЫМ ИСТОЧНИКОМ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЯВЛЯЮТСЯ… 1) модификации 2) морфозы 3) фенокопии 42 4) мутации 18. ЗАГАР – ЭТО ПРИМЕР… 1) мутации 2) морфоза 3) фенокопии 4) модификации 19. ИЗМЕНЕНИЕ ЧИСЛА ХРОМОСОМ ЛЕЖИТ В ОСНОВЕ… 1) комбинативной изменчивости 2) генной мутации 3) хромосомной мутации 4) геномной мутации 20. ПОВОРОТ УЧАСТКА ХРОМОСОМЫ НА 180º 1) транслокация 2) дупликация 3) делеция 4) инверсия |