Лекція. Закономірності успадкування менделюючих ознак у людини. Взаємодія генів. Генотип людини як цілісна система генів організму. Генетика людини вивчае генетичну зумовленість фізіологічних, біо

• Название: Закономірності успадкування менделюючих ознак у людини. Взаємодія генів. Генотип людини як цілісна система генів організму. Генетика людини вивчае генетичну зумовленість фізіологічних, біо
• Дата: 13.12.2021
• Размер: 216.03 Kb.
• Имя файла: Лекція.docx
• Тип: Закон; #301861
• страница: 1 из 2

Лекція № 3. Організмовий рівень організації генетичної інформації. Закономірності успадкування менделюючих ознак у людини. Взаємодія генів.

1. Генотип людини як цілісна система генів організму.

Генетика людини вивчае:

-генетичну зумовленість фізіологічних, біо­хімічних і морфологічних властивостей

окремих тка­нин і органів людини, психічну й інтелектуальну діяльність;

-статистичні закономірності розподілу генних частот у мікропопуляціях;

-методи захисту генотипу людини від неспри­ятливих чинників довкілля;

-генетичну зумовленість хвороб, їх передачу в поколіннях, прояв в онтогенезі,

поширення в попу­ляціях, географічне поширення;

-роль спадковості і середовища у формуванні особистості;

-молекулярні механізми пам'яті;

-накопичення і передавання у поколіннях на­бутої в онтогенезі інформації тощо.

Організмовий рівень генетичної інформації пред­ставлений геномом і генотипом.

Геномом називають сукупність спадкового матеріалу організму, який локалізований в га­плоїдному наборі хромосом.

Геном є видоспецифічним, оскільки являє собою той необхідний набір генів, який забезпечує форму­вання видових характеристик організмів в онтогенезі.

При статевому розмноженні в процесі запліднен­ня об'єднуються геноми двох батьківських стате­вих клітин, формуючи генотипнового організму. Всі соматичні клітини такого організму мають подвій­ний набір генів, отриманих від обох батьків.

На організмовому рівні організації спадкового матеріалу проявляються його наступні властивості:

1. 
   здатність до самовідновлення і самокорекції в ряді популяцій клітин;
   
2. 
   підтримання сталості каріотипу в наступних поколіннях організмів;
   
3. 
   здатність до рекомбінації спадкового матеріа­лу в генотипі;
   

4) здатність до зміни геномної організації спад­кового матеріалу (за рахунок геномних мутацій).

Генотип людини, як і інших організмів, сформу­вався еволюційно. Загальна еволюція генотипу еука-ріотів пов'язана з прогресивним збільшенням кількості ДНК, що призвело до великого числа кодуючих діля­нок ДНК. Серед можливих механізмів збільшення геному виділяють полішюїдизацію й ампліфікацію. Найбільших змін геном зазнає в результаті поліплої-дизації (збільшення кількості ДНК і хромосом, крат­не гаплоїдному). Поліплоїдія призводить до збіль­шення дози всіх генів і створює надлишок генетич­ного матеріалу, який в подальшому змінюється в результаті мутацій та добору. Очевидно, що в ході еволюції поліплоїдизація супроводжувалася перехо­дом до диплоїдного стану.

Важливим механізмом, який призвів до еволю­ційного збільшення геному, є ампліфікація нуклеотидних послідовностей (утворення їх копій, виник­нення ділянок ДНК, що повторюються).

Певне значення в еволюційному визначенні розмірів геному мали і хромосомні перебудови, зо­крема делеції, дуплікації, транслокації.

В результаті таких складних еволюційних пере­творень у кожного виду організмів сформувалася складна система генотипу, яка представлена різни­ми за функціями генами.

Однак всі ці гени взаємодіють і функціонують як єдине ціле. Розрізняють взаємодію алельних і неалельних генів.

2. Сукупність видових та індивідуальних ознак і властивостей організму.
Фенотип - це сукупність всіх ознак (зовнішніх і внутрішніх) і властивостей організму, які можна спо­стерігати при анатомічних, фізіологічних, морфологіч­них і цитологічних дослідженнях. Фенотип - це ре­зультат реалізації генотипу за певних умов зовніш­нього середовища. У фенотипі майже ніколи не реа­лізуються всі генетичні можливості, а лише частина з них, для яких умови були оптимальними. Зміна зов­нішнього середовища або генотипу може викликати відхилення від нормального фенотипу. Наявність пев­них генів не означає, що їх дія завершиться розвит­ком відповідних ознак. На дію багатьох генів впли­ває зміна зовнішнього середовища. Наприклад, кількість еритроцитів у людини могла змінюватися залежно від висоти місцевості над рівнем моря.

Зміни фенотипу можуть бути зумовлені генетично. Наприклад, різні фенотипні групи крові за систе­мою АВО в людини викликані комбінацією алельних генів. Наведені приклади яскраво демонстру­ють, що в реалізації фенотипу важливу роль відігра­ють як складові генотипу, так і фактори зовнішньо­го середовища. Співвідносну роль цих чинників у формуванні фенотипу людини можна оцінити на прикладі монозиготних близнюків, які генетичне ідентичні. Відповідно, фенотипні відмінності у них пов'язані тільки впливом середовища. При цьому розраховують ступінь подібності (конкордантності) і відмінності (дискордантності) ознак у близнюків.

Для оцінки ролі спадковості у розвитку тієї чи іншої ознаки роблять розрахунки за формулою:

% подібності ОБ - % подібності ДБ

Н = -------------------------------------------------------

100 - % подібності ДБ

де Н - коефіцієнт спадковості, ОБ - одно- і ДБ - двояйцеві близнюки.

При Н, що дорівнює одиниці, ознака цілком ви­значається спадковим компонентом; при Н, що до­рівнює нулю, визначальну роль відіграє вплив сере­довища. Коефіцієнт, який близький до 0,5, свідчить про приблизно однаковий вплив спадковості і сере­довища на формування ознаки.

Наприклад, за такими захворюваннями, як ту­беркульоз і рахіт, конкордантність монозиготних близнюків значно вища, ніж дизиготних. Незважаючи, що перше захворювання е інфекційним, а друге за­лежить від умов харчування, можна констатувати, що в обох випадках важливу роль відіграє генетич­не зумовлена сприйнятливість до цих захворювань.

Середовище впливає не тільки на розвиток ознаки, але й на її домінування. Так, у дрозофіли відомі дві алельні мутації, які впливають на розмір і форму крила. Площа крила в одного з мутантів у гомозиготному стані більша, ніж в іншого. Коли температура, при якій вирощували личинок, була 24 °С, то гетерозиготи за розмірами крил наближувалися до мутантів з більшими крилами, а якщо температуру підвищували до 30 °С, то гетерозиготи ста­вали подібними до мутантів з меншими крилами.

Для майбутнього лікаря важливо розуміти, що спадковість і середовище є етіологічними фактора­ми, або відіграють певну роль в патогенезі будь-якого захворювання. З погляду на це всі форми па­тології людини можна розділити на 4 групи.

Першу групу складають спадкові захворювання, в розвитку яких основну етіологічну роль склада­ють спадкові фактори, а вплив середовища лише модифікує їх прояв.

Друга група - це спадкові хвороби, зумовлені патоло­гічними мутаціями, однак для їх прояву необхідний спе­цифічний вплив зовнішнього середовища. Прикладом може бути прояв недостатності НbS у гетерозиготних носіїв при зниженому парціальному тиску кисню.

У третю групу входить переважна більшість розпов­сюджених захворювань, особливо в людей старших вікових груп (гіпертонічна хвороба, ішемічна хвороба серця, виразкова хвороба тощо). Основним етіологічним чин­ником в їх розвитку є несприятливі фактори довкілля, од­нак реалізація їх дії залежить від генетичної схильності . Ці хвороби ще називають ліультифакторіальними, або хворобами з генетичною схильністю.

Четверта - це відносно невелика група захворю­вань, у розвитку яких виключну роль відіграють чин­ники зовнішнього середовища (травми, опіки, інфекції).

Таким чином, фенотип людини є результатом взаємодії історично сформованого генотипу, який реалізується під впливом факторів довкілля. Біль­шість філогенетично сформованих фенотипних оз­нак людини мають адаптивний характер.

3. Менделюючі ознаки людини. Моногенним називається такий тип успадку­вання, коли спадкова ознака контролюється од­ним геном. Досліджував закономірності моноген-ного успадкування видатний вчений Г. Мендель. Він експериментальне обгрунтував на­явність одиниць спадковості (спадкових задатків, спадкових факторів) і описав їх важливі властивості -дискретність, стабільність, специфічність алельно-го стану.

Принципово нове, внесене Г. Менделем у ви­вчення успадкування, - це гібридологічний метод (гібрид - це сукупність). Аналізуючи результати моно- і дигібридного схрещувань гороху, він дійшов висновку, що:

1. 
   розвиток спадкових ознак залежить від пере­дачі нащадкам спадкових факторів;
   
2. 
   спадкові чинники, які контролюють розвиток окремої ознаки, - парні: один походить від батька,
   другий - від матері; у функціональному відношенні чинники мають властивості домінантної і рецесив­-
   ної ознак; домінантна ознака - яка проявляє себе, рецесивна ознака - себе не прояв­ляє в одинарній дозі;
   
3. 
   спадкові фактори передаються в ряду по­колінь, не втрачаючи своєї індивідуальності, тобто
   характеризуються сталістю;
   
4. 
   в процесі утворення статевих клітин парні алельні гени потрапляють у різні гамети (закон чи­-
   стоти гамет); відновлення таких пар відбувається в результаті запліднення;
   
5. 
   материнський і батьківський організми рівною мірою беруть участь у передачі своїх спадкових
   факторів нащадкам. Нове покоління отримує не го­тові ознаки, а тільки матеріальні фактори.
   

На цих принципах грунтуються правила (закони) успадкування, сформульовані Г. Менделем.

Менделюючі ознаки людини.Загальні закони спадковості однакові для всіх живих істот. Для лю­дини характерні відомі типи успадкування ознак: домінантний і рецесивний, аутосомний і зчеплений із статевими хромосомами.

Відомо понад 100 видів метаболічних ано­малій у людини, які успадковуються згідно з мен-делівською моногібридною схемою, наприклад, галактоземія, фенілкетонурія, різні форми гемо­глобінопатії та інші.

Домінантною або рецесивною є ознака, а не ген.Домінантність чи рецесивність - це наслідок дії гена, а не його властивість.

Менделюючі ознаки людини - це ознаки, які підпорядковуються або успадковуються за зако­номірностями, встановленими Г. Менделем. Моногенні - це такі спадкові захворювання, які виз­начаються одним геном, - моногенно, тобто коли прояв захворювання виз­начається взаємодією алельних генів, один з яких домінує над іншим.

Аутосомно-домінантний тип успадкування. Внаслідок того, що домінантні гени, які викликають розвиток захворювання, в гомозиготному стані зде­більшого летальні, то всі шлюби між здоровими і хворими відносяться до типу Аа х аа, де А - домі­нантний ген, який визначає розвиток спадкового за­хворювання, а - рецесивний ген.

За цього типу успадкування переважають такі умови:

1. 
   кожна хвора людина має хворого одного з батьків;
   
2. 
   захворювання передається по спадковості; в поколіннях; хворі є в кожному поколінні;
   
3. 
   у здорових батьків діти будуть здоровими;
   
4. 
   захворіти можуть і чоловіки, і жінки однаково часто, оскільки ген локалізується в аутосомі;
   
5. 
   імовірність народження хворої дитини, якщо хворий один з батьків, складає 50 %.
   

За таким типом успадковуються деякі нормальні і патологічні ознаки:

1. 
   біле пасмо волосся;
   
2. 
   волосся жорстке, пряме;
   
3. 
   шерстисте волосся - коротке, кучеряве, пишне;
   
4. 
   товста шкіра;
   
5. 
   здатність згортати язик трубочкою;
   

1. 
   габсбургська губа - нижня щелепа вузька, виступає вперед, нижня губа відвисла і напіввідкритий рот;
   
2. 
   полідактилія - багатопалість, коли кількість пальців досягає 6-9 на ногах або руках;
   
3. 
   синдактилія - зрощення м'яких або кістко­вих тканин фаланг двох і більше пальців;
   
4. 
   брахідактилія - короткопалість, недорозвинен­ ня дистальних фаланг пальців;
   

10) арахнодактилія - сильно видовжені пальці та ін.

Аутосомно-домінантному типу успадкування властиві такі ознаки:

1. 
   передавання захворювання з покоління до покоління (успадкування по вертикалі);
   
2. 
   передача захворювання від хворих батьків дітям;
   
3. 
   здорові члени сім'ї, як правило, мають здо­рових нащадків;
   

4) обидві статі уражуються однаково часто.
Діагностика аутосомно-домінантного типу ус­падкування іноді складає певні труднощі, зумовлені такими властивостями, як пенетрантність (ймовірність прояву гена) та експресивність (ступінь вираженості ознаки, для хвороби - це тяжкість перебігу захворювання).

Аутосомно-рецесивний тип успадкування. Якщо рецесивні гени локалізовані в аутосомах, то проявляються вони тільки при шлюбі двох гетеро­зигот або гомозигот за рецесивним алелем.

Існують три варіанти шлюбів:

1. 
   аа х аа - всі діти хворі;
   
2. 
   Аа х аа - 50 % дітей будуть хворими, 50 % фенотипно здорові, але є носіями мутантного гена;
   
3. 
   Аа х Аа - 25 % дітей будуть хворими, 75 % фенотипно здорові, але 50 % з них є носіями пато­логічного гена.
   

За аутосомно-рецесивним типом успадковують­ся такі ознаки в людини: волосся пряме, тонке, шкіра тонка, О(І) група крові, група крові Rh^-, хво­роби обміну речовин (фенілкетонурія, галактозе-мія та ін.)

Частота виникнення аутосомно-рецесивного захворювання знаходиться в прямій залежності від ступеня поширеності мутантного гена. Ймовірність рецесивних спадкових хвороб особливо зростає в ізолятах та популяціях, в яких багато близькоро-динних шлюбів. Це зумовлено тим, що тут "кон­центрація" гетерозиготного носійства вища, ніж у загальній популяції.

Аутосомно-рецесивний тип успадкування має ряд відмінних рис:

1. 
   від здорових батьків народжуються хворі діти;
   
2. 
   від хворого батька народжуються здорові діти;
   

1. 
   хворіють в основному сибси (брати, сестри), а не батьки - діти, як при домінантному типі успад­кування;
   
2. 
   у родоводі переважає більший відсоток близькородинних шлюбів;
   
3. 
   всі здорові батьки хворих дітей є гетерози­готними носіями патологічного гена;
   

3. 
   однаково часто хворіють чоловіки і жінки;
   

4. 
   у гетерозиготних носіїв співвідношення хво­рих і здорових дітей складає 1:3.
   

При аутосомно-рецесивному типі успадкуван­ня, як і при аутосомно-домінантному, можливі різно­го ступеня експресивність ознаки і частота пенет-рантності.

4. Взаємодія алельних генів. До складу генотипу входить велика кількість генів, які функціонують і взаємодіють як цілісна система. Г. Мендель у своїх дослідах виявив тільки одну форму взаємодії між алельними ге­нами - повне домінування одного алеля і повну рецесивність іншого. Генотип організму не мож­на розглядати як просту суму незалежних генів, кожен з яких функціонує поза зв'язком з іншими. Фенотипні прояви тієї або іншої ознаки є резуль­татом взаємодії багатьох генів.

Розрізняють дві основних групи взаємодії генів: взаємодія між алельними генами і взаємодія між неалельними генами. Проте слід розуміти, що це не фізична взаємодія самих генів, а взаємо­дія первинних і вторинних продуктів, які зумовлять ту чи іншу ознаку. У цитоплазмі відбувається взає­модія між білками - ферментами, синтез яких виз­начається генами, або між речовинами, які утво­рюються під впливом цих ферментів. Можливі такі типи взаємодії: 1) для утворення певної ознаки не­обхідна взаємодія двох ферментів, синтез яких виз­начається двома неалельними генами; 2) фермент, який синтезувався за участю одного гена, по­вністю пригнічує або інактивує дію ферменту, ут­вореного іншим неалельним геном; 3) два фермен­ти, утворення яких контролюється двома неалель­ними генами, впливають на одну ознаку або на один процес так, що їх сумісна дія призводить до виникнення і підсилення прояву ознаки.

Взаємодія алельних генів. Гени, які займають ідентичні (гомологічні) локуси в гомологічних хромосомах, називаються алельними. У кожного організму є лише по два алельних гени.

Відомі такі форми взаємодії між алельними ге­нами: повне домінування, неповне домінування, кодомінування і наддомінування.

Основна форма взаємодії - повне домінування, яке вперше описано Г. Менделем. Суть його полягає в тому, що в гетерозиготного організму прояв одного з алелів домінує над проявом іншо­го. За повного домінування розщеплення за геноти­пом 1:2:1 не співпадає з розщепленням за феноти­пом - 3:1. У медичній практиці з двох тисяч моно-генних спадкових хвороб у майже половини має місце домінування прояву патологічних генів над нормальними. У гетерозигот патологічний алель проявляється у більшості випадків ознаками захво­рювання (домінантний фенотип).

Неповне домінування - така форма взаємодії, коли у гетерозиготного організму (Аа) домінантний ген (А) не повністю пригнічує рецесивний ген (а), внаслідок чого проявляється проміжна між батьківськими ознака. Тут розщеплення за генотипом і фе­нотипом співпадає і складає 1:2:1 (рис. 1.105).

При кодомінуванні в гетерозиготних організ­мів кожний з алельних генів викликає формуван­ня залежного від нього продукту, тобто виявля­ються продукти обох алелів. Класичним прикла­дом такого прояву є система груп крові, зокрема система АВО, коли еритроцити людини несуть на поверхні антигени, що контролюються обома але­лями. Така форма прояву носить назву кодомінування. Так, ген J^Aвизначає утворення в еритро­цитах антигену А, тоді як ген J^B зумовлює утво­рення антигену В. Люди гетерозиготні за цими генами J^AJ^B, містять в еритроцитах як антиген А, так і антиген В.

Наддомінування - коли домінантний ген у ге­терозиготному стані виявляється сильніше, ніж у го­мозиготному. Так, у дрозофіли при генотипі АА -нормальна тривалість життя; Аа - подовжена три­валість життя; аа - летальний наслідок.


У кожного організму є лише по два алельних гени. Разом з тим нерідко в природі кількість алелів може бути більше двох, коли якийсь локус може перебу­вати в різних станах. У таких випадках говорять про множинні алелі або множинний алеломорфізм.

Множинні алелі позначаються однією літерою з різними індексами, наприклад J^a, J^b, J^c, або А₁, А₂,А₃, А₄... Алельні гени локалізуються в однакових ділянках гомологічних хромосом. Оскільки в каріо­типі завжди присутні по дві гомологічних хромосоми, то i при множинних алелях кожний організм може мати одночасно лише по два однакових або різних алелі. У статеву клітину (разом із розходженням го­мологічних хромосом) попадає тільки по одному із них.

Для множинних алелів характерний вплив всіх алелів на одну і ту ж ознаку. Відмінність між ними полягає лише в ступені розвитку ознаки.

Другою особливістю є те, що в соматичних кліти­нах або в клітинах диплоїдних організмів міститься максимум по два алелі з декількох, оскільки вони розташовані в одному і тому ж локусі хромосоми. Ще одна особливість властива множинним алелям. За характером домінування алеломорфні ознаки роз­міщуються в послідовному ряду: частіше нормаль­на, незмінена ознака домінує над іншими; другий ген ряду рецесивний щодо першого, проте домінує над наступними і т.д.

Одним з прикладів прояву множинних алелів у людини є групи крові системи АВО.

Множинний алелізм має важливе біологічне і практичне значення, оскільки підсилює комбінативну мінливість, особливо генотипну.

5. Взаємодія неалельних генів.

Відомо багато випадків, коли ознака або властивості детермінуються двома або більше неалельними гена­ми, які взаємодіють між собою. Хоча і тут взаємодія умовна, бо взаємодіють не гени, а контрольовані ними продукти. При цьому має місце відхилення від менде-лівських закономірностей розщеплення.

Розрізняють чотири основних типи взаємодії генів: комплементарність, епістаз, полімерію і модифікуючу дію (плейотропія).

Комплементарність -такий тип взаємодії неалельних генів, коли один домінантний ген доповнює дію іншого неалельного домінантного гена, і вони разом визначають нову ознаку, яка відсутня у батьків. Причому відпо­відна ознака розвивається тільки в присутності обох неалельних генів. Наприклад, сіре забарвлення шерсті у мишей контролюється двома генами (А і В). Ген А детермінує синтез пігменту, проте як гомо­зиготи (АА), так і гетерозиготи (Аа) - альбіноси. Інший ген В забезпечує скупчення пігменту пере­важно біля основи і на кінчиках волосся. Схрещування дигетерозигот (АаВbх АаВb) призводить до розщеп­лення гібридів у співвідношенні 9:3:4 (9 "агуті": 3 чор­на шерсть : 4 біла шерсть). Числові співвідношення при комплементарній взаємодії можуть бути як 9:7; 9:6:1 (видозміна менделівського розщеплення).

Прикладом комплементарної взаємодії генів у людини може бути синтез захисного білка - інтер­ферону. Його утворення в організмі пов'язано з комп­лементарною взаємодією двох неалельних генів, розташованих у різних хромосомах.

Епістаз -це така взаємодія неалеьних генів, за якої один ген пригнічує дію іншого неалельного гена. Пригнічення можуть викликати як домінантні, так і рецесивні гени (А>В, а>В, В>А, b>А), і залежно від цього розрізня­ють епістаз домінантний і рецесивний. Пригнічу­ючий ген отримав назву інгібіторa, або супресора. Гени-інгібітори в основному не детермінують розви­ток певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена.

Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного.

При епістатичній взаємодії генів розщеплення за фенотипом в F₂, складає 13:3; 12:3:1 або 9:3:4 та ін.

Вважають, що деякі спадкові хвороби людей співпадають з групами крові, гаплотипами НLА та ін., коли має місце епістатична взаємодія. Забарв­лення плодів гарбузів, масть коней теж визначають­ся цим типом взаємодії.

Якщо ген-супресор рецесивний, то виникає криптомерія . У людини таким прикладом може бути "бомбейський феномен". У цьому випадку рідкісний рецесивний алель "х" у гомозиготному стані (хх) пригнічує активність гена J^B (який визначає В (III) групу крові системи АBО). Тому жінка з генотипом J^B_хх, фенотипно має І групу крові - О (І).

Більшість кількісних ознак організмів визначаєть­ся декількома неалельними генами (полігенами). Взаємодія таких генів у процесі формування ознаки називається полімерною .

У цьому випадку два або більше домінантних алелі однаковою мірою впливають на розвиток однієї і тієї ж ознаки. Тому полімерні гени прийнято позначати однією літерою латинського алфавіту з цифровим індексом, наприклад: А₁А₁ і а₁a₁, А₂А₂, а₂а₂; А₃А₃ і a₃a₃, і т. д. Вперше однозначні фактори були виявлені шведським генетиком Нільсоном-Еле (1908 р.) при вивченні успадкування кольору у пше­ниці. Було встановлено, що ця ознака залежить від двох полімерних генів, тому при схрещуванні домі­нантних і рецесивних дигомозигот - забарвленої (А₁А₁ А₂ А₂ з безколірною (а₁а₁ а₂а₂ - у F₁, всі рослини дають забарвлене насіння, хоча вони по­мітно світліші, ніж батьківські екземпляри, які ма­ють червоне насіння. У F₂ при схрещуванні особин першого покоління виявляється розщеплення за фе­нотипом у співвідношенні 15: 1, бо безколірними є лише рецесивні дигомозиготи (а₁а₁ а₂а₂). У пігментованих екземплярів iнтенсивність кольору дуже ко­ливається залежно від кількості отриманих ними до­мінантних алелів: максимальна в домінантних дигомозигот (А₁A₁ А₂А₂) і мінімальна в носіїв одного з домінантних алелів (А₁ а₁ а₂а₂ i а_Іа_] А₂ а₂).

Важлива особливість полімерії - сумація (адитивність) дії неалельних генів на розвиток кількісних ознак. Якщо при моногенному успадкуванні ознаки можливі три варіанти "доз" гена в генотипі: АА, Аа, аа, то при полігенному кількість їх зростає до чоти­рьох і більше. Сумація "доз" полімерних генів забез­печує існування неперервних рядів кількісних змін.

Біологічне значення полімерії полягає ще й в тому, що ознаки, які кодуються цими генами, більш стабільні, ніж ті, що кодуються одним геном. Організм без полімерних генів був би дуже не­стійким: будь-яка мутація або рекомбінація призво­дила б до різкої мінливості, а це в більшості випадків має несприятливий характер.

У тварин і рослин є багато полігенних ознак, се­ред них і цінні для господарства: інтенсивність рос­ту, скороспілість, несучість, кількість молока, вміст цукристих речовин і вітамінів тощо.

Пігментація шкіри у людини визначається п'ять­ма або шістьма полімерними генами. У корінних жителів Африки (негроїдної раси) переважають до­мінантні алелі, у представників європеоїдної раси - рецесивні. Тому мулати мають проміжну пігмента­цію, але при шлюбах мулатів у них можлива поява як більш, так і менш інтенсивно пігментованих дітей .

Багато морфологічних, фізіологічних і патологіч­них особливостей людини визначається полімер­ними генами: зріст, маса тіла, величина артеріаль­ного тиску та ін. Розвиток таких ознак у людини підпо­рядковується загальним законам полігенного успад­кування і залежить від умов середовища. У цих ви­падках спостерігається, наприклад, схильність до гіпертонічної хвороби, ожиріння тощо. Дані ознаки за сприятливих умов середовища можуть не про­явитися або проявитися незначною мірою. Цим полігенно-спадкові ознаки відрізняються від моногенних. Змінюючи умови середовища, можна значною мірою забезпечити профілактику ряду полігенних захворювань.

Плейотропія . Плейотропна дія генів -це залежність кількох ознак від одного гена, тобто множинна дія одного гена. У дрозофіли ген білого кольору очей воднораз впливає на колір тіла, довжи­ну крил, будову статевого апарату, знижує плодю­чість, зменшує тривалість життя. У людини відома спадкова хвороба - арахнодактилія ("павучі пальці" -дуже тонкі і довгі пальці), або хвороба Марфана.

Ген, який відповідає за цю хворобу, викликає пору­шення розвитку сполучної тканини й одночасно впли­ває на розвиток кількох ознак: порушення будови кришталика ока, аномалії у серцево-судинній системі. Плейотропна дія гена може бути первинною і вторинною. При первинній плейотропії ген проявляє свій множинний ефект. Наприклад, при хворобі Хартнупа мутація гена призводить до порушення всмок­тування амінокислоти триптофану в кишках і його реабсорбції у ниркових канальцях. При цьому вра­жаються одночасно мембрани епітеліальних клітин кишок і ниркових канальців з розладами травної і видільної систем. При вторинній плейотропії є один первинний фенотипний прояв гена, услід за яким роз­вивається ступінчастий процес вторинних змін, які призводять до множинних ефектів. Так, при серпо-подібноклітинній анемії у гомозигот спостерігаєть­ся кілька патологічних ознак: анемія, збільшена се­лезінка, ураження шкіри, серця, нирок і мозку. Тому гомозиготи за геном серпоподібноклітинної анемії гинуть, як правило, в дитячому віці. Всі ці фенотипні прояви гена складають ієрархію вторинних проявів. Першопричиною, безпосереднім фенотипним про­явом дефектного гена є аномальний гемоглобін і еритроцити серпоподібної форми. Внаслідок цього відбуваються послідовно інші патологічні процеси: злипання і руйнування еритроцитів, анемія, дефекти в нирках, серці, мозку. Ці патологічні ознаки є вторинними. Більш розповсюджена вторинна плейотропія .

При плейотропії ген, впливаючи на якусь одну основну ознаку, може також змінювати, модифіку­вати прояв інших генів, у зв'язку з чим введено по­няття про гени-модифікатори. Останні підсилюють або послаблюють розвиток ознак, які кодуються "основним" геном.

Показниками залежності функціонування спад­кових задатків від характеристик генотипу є пенетрантність і експресивність. Ці терміни були за­пропоновані російським вченим М. В. Тимофєєвим-Ресовським у 1925 р.

Розглядаючи дію генів, їх алелів необхідно враху­вати і модифікуючий вплив середовища, в якому роз­вивається організм. Якщо рослини примули схрещу­вати при температурі 15-20 °С, то в F₁, згідно з менделівською схемою, все покоління матиме рожеві квіти. Але коли таке схрещування проводити за тем­ператури 35 °С, то всі гібриди матимуть квіти біло­го кольору. Якщо ж здійснювати схрещування при температурі близько 30 °С, то виникає різне спів­відношення (від 3:1 до 100 відсотків) рослин з біли­ми квітами.

Таке коливання класів при розщепленні залежно від умов середовища отримало назву пенетрантність - сила фенотипного прояву. Отже, пенетрантність - це частота прояву гена, явище появи або відсутності ознаки у організмів, однакових за генотипом.

Пенетрантність значно коливається як серед домінантних, так і серед рецесивних генів. Поряд з генами, фенотип яких з'являється тільки за поєднан­ня певних умов і досить рідкісних зовнішніх умов (висока пенетрантність), у людини є гени, фенотипний прояв яких відбувається за будь-яких по­єднань зовнішніх умов (низька пенетрантність).

Пенетрантність вимірюється відсотком орга­нізмів з фенотипною ознакою від загальної кількості обстежених носіїв відповідного алеля.

Якщо ген регулярно визначає фенотиповий про­яв, то він має пенетрантність 100 відсотків. Проте деякі домінантні гени проявляються менш регуляр­но. Так, полідактилія має чітке верти­кальне успадкування, але бувають пропуски по­колінь. Домінантна аномалія - передчасне статеве дозрівання - властиве тільки чоловікам, проте іноді може передатися захворювання від чоловіка, який не страждав цією патологією. Пенетрантність по­казує, у якому відсотку носіїв гена виявляється відповідний фенотип. Так, у гомозигот шизофренія проявляється у 100 % - це повна пенетрантність. Якщо в носіїв певного гена ознака виявляється тільки у частини особин - це неповна пенетрантність. На­приклад: шизофренія у гетерозигот складає 20 %, цукровий діабет - 20 %, уроджений вивих стегна -25 %.

Отже, пенетрантність залежить від генів, від середовища, від того й іншого. Таким чином, це не константна властивість гена, а функція генів у пев­них умовах середовища.

Експресивність - це зміна кількісного прояву ознаки у різних особин -носіїв відповідного алеля.

При домінантних спадкових захворюваннях екс­пресивність може коливатися. В одній і тій самій ро­дині можуть проявлятися спадкові хвороби за пере­бігом від легких, ледь помітних до тяжких: різні фор­ми гіпертонії, шизофренії, цукрового діабету тощо.

Рецесивні спадкові захворювання в межах сім'ї проявляються однотипно і мають незначні коливан­ня експресивності.

Самостійна робота № 3.Організація потоків речовини та енергії в клітині. Життя клітин поза організмом. Клонування клітин.