Психогенетика. Учебно-методический комплекс дисциплины по выбору (стр. 4 )

Если же иметь в виду, что понятием «привычка» охватывал весьма широкий спектр психических явлений, что он разделял привычку-навык и привычку-наклонность, привычку пассивную и привычку как принцип действий и согласно именно этой логике анализировал и онтогенез психики, и становление нравственности, усвоение знаний и т. д., то придется признать, что за всем этим лежит некоторая наследственно заданная «наклонность». Однако формируется она благодаря наследственному закреплению приобретенных привычек.

В знаменитом «Энциклопедическом словаре» и , в большой статье «Психология», написанной проф. Н.Я. Гротом, говорится о наследственности как «родовой памяти, являющейся основной индивидуального опыта: она есть «готовый для индивидуального опыта запас потенциальных психических состояний и связей». Способности, таланты, гениальность «рассматриваются как продукты родового накопления опытов и потенциальных запасов психической энергии, развивающиеся и обнаруживающиеся при благоприятных условиях индивидуальной психической и физиологической жизни».

Как самостоятельная экспериментальная научная дисциплина генетика в России стала развиваться после 1917 г., когда появились первые научные учреждения, специализированные журналы, фундаментальные труды российских генетиков. В 1919 г. в Петроградском университете была создана первая в России кафедра экспериментальной зоологии и генетики, руководителем которой стал () – один из основоположников отечественной генетики.

Изучение наследственности психических особенностей человека проводилось в двух исследовательских учреждениях: в созданном в 1921 г. Бюро по евгенике (Петроград) и в Медико-биологическом институте, организованном в Москве в 1924 г. Руководителем Бюро по евгенике также был .

В 1928 г. в Медико-биологическом институте была организована Кабинет-лаборатория наследственности и конституции человека, которую возглавил . В 1935 г. институт был преобразован в Медико-генетический институт им. , стал его директором, но в 1937 г. был арестован, а институт расформирован.

рассматривал достоинства человека как генетического объекта автор усматривал в следующем:

- в почти полном отсутствии естественного отбора, что должно привести к «огромному накоплению» менделирующих признаков;

- возможности относительно точно изучать генетику психических особенностей, главным образом психических аномалий;

- в гораздо большей изученности физиологии и морфологии; поскольку даже «идеальное фенотипическое сходство признаков не гарантирует их генетической идентичности», такая изученность позволяет более надежно идентифицировать изучаемые признаки. Более того, «физиологические и морфологические различия могут получить подтверждение со стороны этого (генетического) анализа, и таким образом дифференциация признаков в значительной мере облегчается». Хорошее знание физиологии объекта «подсказывает и курс искания механики развития признака, его феногенеза», т. е. решается «проблема осуществления признака».

Помимо всего этого, такие исследования имеют большое значение для новой главы биологии – геногеографии.

Контрольные вопросы

1. В каком году вышла в свет книга Ф. Гальтона «Наследственный гений: исследование его законов и последствий»?

2. Назовите методологический подход, выделенный немецким психогенетиком Х. фон Браккеном.

3. Перечислите журналы, которые первыми опубликовали научные работы, касающиеся проблемы психогенетики поведения.

4. Какие два международных научных общества объединили исследователей в области психогенетики?

5. Какой области психогенетики касались научные исследования Т. Рибо, проводимые им в 1890-х?

Лекция 4. Психогенетика: основные понятия

1. Генетический аппарат человека; генетическая уникальность каждого индивида; взаимодействие генотипа и среды; норма реакции; фенотип как результат реализации данного генотипа в данной среде.

2. Количественные и качественные, моногенные и мультифакторные признаки. Основное уравнение генетики количественных признаков.

3. Три типа гено-средовой ковариации.

Наследственность – это важнейшая особенность живых организмов, заключающаяся в способности передавать свои свойства и функции от родителей к потомкам. Эта передача осуществляется с помощью генов.

Ген – это единица хранения, передачи и реализации наследственной информации. Ген представляет собой специфический участок молекулы ДНК, в структуре которого закодирована структура определенного полиптида (белка). В структуре генома человека только около 2 % ДНК представляют последовательности, на основе которых идет синтез РНК (процесс транскрипции), которая затем определяет последовательность аминокислот при синтезе белков (процесс трансляции). В настоящее время полагают, что в геноме человека имеется около 30 тыс. генов.

Гены расположены на хромосомах, которые находятся в ядрах клеток и представляют собой гигантские молекулы ДНК. Хромосомная теория наследственности была сформулирована в 1902 году Сэттоном и Бовери. Согласно этой теории, хромосомы являются носителями генетической информации, определяющей наследственные свойства организма. У человека в каждой клетке имеется 46 хромосом, разделенных на 23 пары. Хромосомы, образующие пару, называются гомологичными хромосомами.

Половые клетки (гаметы) образуются с помощью особого типа деления, которое называется мейоз. В результате мейоза в каждой половой клетке остается только по одной гомологичной хромосоме из каждой пары, то есть 23 хромосомы. Такой ординарный набор хромосом называется гаплоидным. При оплодотворении, когда сливаются мужская и женская половые клетки и образуется зигота, двойной набор, который называется диплоидным, восстанавливается. В зиготе и у организма, который из нее развивается, одна хромосома из каждой пары получена от отцовского организма, другая – от материнского.

Генотип – это совокупность генов, полученных организмом от его родителей.

Другое явление, которое изучает генетика – это изменчивость, способность понимать способность организмов приобретать новые признаки – различия в пределах вида. Выделяют две формы изменчивости: наследственную и модификационную (ненаследственную).

Наследственная изменчивость

Наследственная изменчивость – это форма изменчивости, вызванная изменениями генотипа, которые могут быть связаны с мутационной либо комбинативной изменчивостью.

Мутационная изменчивость. Гены время от времени подвергаются изменениям, которые получили название мутаций. Эти изменения имеют случайный характер и проявляются спонтанно. Причины возникновения мутаций могут быть самыми разнообразными. Имеется целый ряд факторов, воздействие которых повышает вероятность возникновения мутаций. Это может быть воздействие определенных химических веществ, радиации, температуры и т. д.

Возникшие мутации передаются потомкам, то есть определяют наследственную изменчивость. Различают несколько основных типов мутаций.

1. Генные мутации, при которых изменения происходят на уровне отдельных генов, то есть участков ДНК. Это может быть утрата нуклеотидов, замена одного основания на другое, перестановка нуклеотидов или добавление новых.

2. Хромосомные мутации, связанные с нарушением структуры хромосом. Они приводят к серьезным изменениям, которые могут быть обнаружены даже при помощи микроскопа. К таким мутациям относятся утраты участка хромосом, добавление участков, поворот участка хромосомы на 1800 , появление повторов.

3. Геномные мутации, вызванные изменением числа хромосом. Могут появляться лишние гомологичные хромосомы, в хромосомном наборе на месте двух гомологичных хромосом оказываются три – трисомия. В случае моносомии наблюдается утрата одной хромосомы из пары. При полиплодии происходит кратное увеличение генома. Еще один вариант геномной мутации – гаплодия, при которой остается только одна хромосома из каждой пары.

На частоту возникновения мутаций влияют самые разнообразные факторы. При возникновении ряда геномных мутаций большое значение имеет возраст матери.

Комбинативная изменчивость

Данный тип изменчивости определяется характером полового процесса. При комбинативной изменчивости возникают новые генотипы из-за новых комбинаций генов. Этот тип изменчивости проявляется уже на стадии образования половых клеток. В каждой половой клетке (гамете) представлена только одна гомологичная хромосома из каждой пары. Хромосомы попадают в гамету абсолютно случайным образом, поэтому половые клетки одного человека могут довольно сильно отличаться по набору генов в хромосомах. Еще более важная стадия для возникновения комбинативной изменчивости – это оплодотворение, после которого у вновь возникшего организма 50 % генов унаследовано от одного родителя, а 50 % - от другого.

Модификационная изменчивость

Модификационная изменчивость – форма изменчивости, не связанная с изменениями генотипа и вызванная влиянием среды на развивающийся организм.

Наличие модификационной изменчивости очень важно для понимания сущности наследования. Наследуются не признаки. Можно взять организмы с абсолютно одинаковым генотипом, например вырастить черенки от одного и того же растения, но поместить их при этом в разные условия (освещенность, влажность, минеральное питание) и получить достаточно сильно отличающиеся растения с разными признаками (рост, урожайность, форма листьев и т. п.). Для описания реально сформировавшихся признаков организма используют понятие фенотип.

Фенотип – это весь комплекс реально возникших признаков организма. Фенотип формируется как результат взаимодействия генотипа и влияний среды в ходе развития организма. Таким образом, сущность наследования заключается не в наследовании признака, а в способности генотипа в результате взаимодействия с условиями развития давать определенный фенотип.

Так как Модификационная изменчивость не связана с изменениями генотипа, то модификации не передаются по наследству.

Для характеристики пределов модификационной изменчивости существует понятие норма реакции. Некоторые признаки у человека невозможно изменить за счет средовых влияний, например группу крови, пол, цвет глаз.

Причем, хотя норма реакции характеризует ненаследственную форму изменчивости (модификационную изменчивость), она тоже определяется генотипом.

Генотип, ген, аллель

Ген (греч. genos – род, происхождение) представляет собой единицу генетического материала. Гены выполняют несколько функций, одна из которых заключается в кодировании первичной структуры полипептида (белка).

В основе формирования молекулы любого белка лежат всего четыре химических вещества, а именно четыре азотистых основания (аденин – А, гуанин – G, Тимин – Т и цитозин – С). В организме эти азотистые основания – нуклеотиды – образуют дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), а гены представляют собой участки ДНК, различающиеся порядком расположения этих оснований.

У всех живых организмов сходные системы осуществляют сначала транскрипцию (переписывание), а затем трансляцию (перевод) генетической информации, хранящейся в генах. Результатом этих двух процессов является производство белков, состоящих из разных комбинаций 20 главных аминокислот. Изменение структуры даже одного единственного гена (мутация) может привести к синтезу видоизмененного белка, который во многих случаях утрачивает или меняет свою биологическую функцию.

Последствия подобных явлений обнаруживаются как определенный фенотип. Кроме того, часто бывает так, что изменение одного белка вызывает цепную реакцию в организме, приводя к изменению множества фенотипических признаков (так называемый феномен плейотропии).

Ген может существовать в нескольких структурных состояниях (аллелях).

Аллели (греч. аlleon – различные формы) – это альтернативные формы гена, определяющие альтернативные формы одного и того же признака. Они возникают в результате изменений структуры гена за счет таких генных процессов, как мутация и рекомбинация. Аллели, обусловливающие развитие признаков, типичных для вида, называют аллелями дикого типа, а происходящие от них аллели – мутантными. Качественное отличие аллелей друг от друга проявляется, в частности, на биохимическом уровне. Иными словами, если провести сравнительный анализ белков, формируемых разными аллелями одного гена, то они будут отличаться друг от друга по каким-нибудь признакам, например по составу нуклеотидов.

В норме у каждого человека имеется два аллеля каждого гена – одному аллелю на каждой из хромосом. Но в популяциях каждый ген может встречаться в виде множества аллелей. Наличие нескольких аллелей каждого гена в популяциях обеспечивает определенный уровень генетического полиформизма (например, три аллеля обусловливают существование четырех групп крови у человека) и комбинативной изменчивости.

Существует несколько типов взаимодействия аллелей, ведущими среди которых являются доминантность и рецессивность.

Доминантностью называют участие только одного аллеля в определении фенотипического признака у гетерозиготной особи. Этот тип взаимодействия аллелей был открыт еще Г. Менделем в его первых классических опытах. Доминантные аллели обозначаются заглавными буквами А, В и т. д. При отсутствии доминирования в строгом смысле этого слова (т. е. когда признак, исследуемый у гибрида, не повторяет признак, имеющийся у родителей, при любом сочетании аллелей) обычно различают проявление следующих вариантов фенотипа: неполное доминирование, сверхдоминирование и кодоминантность. Типы доминантности отличаются друг от друга по степени выраженности фенотипов гомозигот и гетерозигот. При доминантности фенотип гетерозиготы (Аа) повторяет фенотип гомозиготы по доминантному аллелю (АА); при неполном доминировании фенотип гетерозиготы Аа по своей выраженности занимает промежуточное положение между фенотипами АА и Аа; при сверхдоминировании наиболее сильно фенотипический признак выражается у Аа (сильнее, чем у любой из гомозигот АА и аа); наконец, при кодоминантности в детерминации признака у гетерозиготы Аа участвуют оба аллеля.

Рецессивностью называют отсутствие фенотипического проявления одного аллеля у гетерозиготной особи. Рецессивные аллели обозначаются малыми буквами а, b и т. д.

Человек является носителем пары аллелей каждого гена, а по наследству своим потомкам он передает только один аллель, поскольку половые клетки (яйцеклетка или спермий) содержат по одной хромосоме каждой пары. Этот механизм обеспечивает случайное перекомбинирование аллелей в каждом последующем поколении, в результате чего ни один потомок не воспроизводит полностью генетическую индивидуальность своего родителя. Таким образом, разные аллели сочетаются у конкретного человека только на исторически короткий временной промежуток – на период существования этого человека как организма.

Для нормального развития и функционирования человеческого организма необходима координация усилий по крайней мере 100 000 генов. Вероятность появления двух генетически одинаковых людей, даже родственников, практически нулевая. Моджно смело утверждать, что за исключением однояйцевых близнецов, развивающихся из одной оплодотворенной яйцеклетки и потому являющихся генетически идентичными индивидуумами, мы генетически неповторимы; генетическая индивидуальность каждого из нас уникальна.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение понятию «наследственность».

2. Что из себя представляет и какие функции выполняет ген, как специфический участок молекулы ДНК?

3. В каком году была сформулирована хромосомная теория наследственности?

4. Дайте определение понятию «генотип».

5. Изменчивость, как изучаемое психогенетикой явление и ее виды.

6. Перечислите основные типы мутационной изменчивости.

7. Каким образом наличие нескольких аллелей обуславливает определенный уровень генетического полиформизма в популяции?

8. Какова вероятность появления двух генетически одинаковых людей?

Лекция 5. Классические законы Г. Менделя

Основные законы наследуемости были описаны более века назад чешским монархом Георгом Менделем (), преподававшим физику и естественную историю в средней школе г. Брюнна. Мендель занимался селекционированием гороха, и именно гороху, научной удаче и строгости опытов Менделя мы обязаны открытием основных законов наследуемости: закона единообразия гибридов первого поколения, закона расщепления и закона независимого комбинирования.

Множественный аллелизм (первый закон)

У любого индивида может быть только два аллеля для каждого локуса хромосомы, поскольку имеются только две гомологичные хромосомы. Однако вариантов определенного аллеля может быть много. Это явление получило название множественного аллелизма. У человека примером множественного аллелизма являются группы крови АВ0. Аллель IА определяет наличие в эритроцитах антигена А, аллель IВ связан с наличием антигена В, аллель I0 определяет отсутствие в эритроцитах обоих антигенов. Аллели IА и IВ доминируют по отношению к аллелю I0. Если в генотипе оказываются аллели IА и IВ, то наблюдается кодоминирование. В результате существует шесть генотипов, которым соответствуют четыре фенотипа (четыре группы крови).

Группы крови (фенотипы)	Генотипы
0 (I)	I0I0
А (II)	IАIА либо IAI0
В (III)	IВIВ либо IBI0
АВ (IV)	IAIB

Обратите внимание на то, что если в брак вступят лица с первой и четвертой группами крови, то в полном соответствии с законами генетики у них не может быть детей именно с этими группами крови – ни с первой, ни с четвертой!! У детей будет с равной вероятностью наблюдаться либо вторая ( с генотипом IAI0), либо третья группа крови (с генотипом IBI0).

Множественное действие генов (второй закон)

До сих пор мы рассматривали ситуацию, когда разные аллели влияли на появление одного альтернативного признака. Оказалось, что очень часто наблюдается влияние гена не на один признак организма, а на несколько. Такое действие гена называется плейотропным. Множественное действие генов связано с тем, что гены и продукты их деятельности находятся в тесной взаимосвязи и одно изменение может повлиять на несколько признаков.

Пример множественного действия гена.

Мутация, приводящая к нарушению структуры фермента синтазы цистатиониона, связана с блокированием одной-единственной реакции в метаболизме аминокислоты метионина. В результате начинается накопление гомоцистеина и метионина и возникает болезнь гомоцистинурия, при которой наблюдается целый ряд симптомов:

1. Дефекты органов зрения – развитие множественных катаракт, отслоение сетчатки, атрофия зрительного нерва.

2. Нарушение структуры соединительной ткани с симптомами, напоминающими болезнь Марфана, - паучьи пальцы, деформация коленных суставов.

3. Нейрологические симпотмы – мышечная слабость, судороги, задержка умственного развития, эмоциональные нарушения по типу шизофренических.

4. Ломкость сосудов и повышенное тромбообразование.

При множественном действие гена (плейотропизме) один ген имеет различные фенотипические эффекты. Те же причины – тесная взаимосвязь генов – приводят к тому, что один признак может контролироваться многими генами. Это явление получило название взаимодействия генов.

Генетика пола. Наследование, сцепленное с полом

В хромосомном наборе человека 22 пары хромосом представляют собой аутосомы – они не отличаются у мужчин и женщин. Лишь одна пара хромосом, называется половыми, различна у мужчин и женщин. У женщин это две Х-хромосомы, а у мужчин одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. Половые хромосомы несут самые разнообразные гены, в том числе не имеющие отношения к первичным и вторичным половым признакам.

У человека развитие организма по мужскому типу определяет Y-хромосома. Если она отсутствует, развитие идет по женскому типу.

У женщин при образовании половых клеток в результате расхождения половых хромосом во всех яйцеклетках оказывается Х-хромосома. У мужчин в половине половых клеток оказывается Х-хромосома, а в другой половине – Y-хромосома. Пол будущего ребенка определяется в момент оплодотворения. Если в спематозоиде будет Y-хромосома, то у возникшей в результате оплодотворения зиготы будут Х - и Y-хромосомы – этот набор обусловливает развитие мужчины. Если сперматозоид, оплодотворивший яйцеклетку, будет с Х-хромосомой, то и в зиготе будут две Х-хромосомы и родится девочка.

Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя)

Данный закон утверждает, что скрещивание особей, различающихся по данному признаку (гомозиготных по разным аллелям), дает генетически однородное потомство (поколение F1), все особи которого гетерозиготны. Все гибриды F1 могут иметь при этом либо фенотип одного их родителей (полное доминирование), либо промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первого поколения F1 могут проявить прихнаки обоих родителей (кодоминирование). Этот закон основан на том, что при скрещивании двух гомозиготных по разным аллелям форм (АА и аа) все потомки одинаковы по генотипу (гетерозиготны – Аа), а значит, и по фенотипу.

Закон расщепления (второй закон Менделя)

Этот закон называется законом (независимого) расщепления. Суть его состоит в следующем. Когда у организма, гетерозиготного по исследуемому признаку, формируются половые клетки – гаметы, то одна их половина несет один аллель данного гена, а вторая – другой. Поэтому при скрещивании таких гибридов F1 между собой среди гибридов второго поколения F2 в определенных соотношениях проявляются особи с фенотипами как исходных родительских форм, так и F1.

В основе этого закона лежит закономерное поведение пары гомологичных хромосом (с аллелями А и а), которое обеспечивает образование у гибридов F1 гамет двух типов возможных генотипов в соотношении 1АА:2Аа:1аа. Иными словами, «внуки» исходных форм – двух гомозигот, фенотипически отличных друг от друга, дают расщепление по фенотипу в соответствии со вторым законом Менделя.

Однако это соотношение может меняться в зависимости от типа наследования. Так, в случае полного доминирования выделяются 75 % особей с доминантным и 25 % с рецессивным признаком, то есть два фенотипа в отношении 3:1. При неполном доминировании и кодоминировании 50 % гибридов второго поколения (F2) имеют фенотип гибридов первого поколения и по 25 % - фенотипы исходных родительских форм, то есть наблюдается расщепление 1:2:1.

Доминантное наследование: болезнь Гентингтона (Хорея Гентингтона)

Хорея Гентингтона (ХГ) – дегенеративное заболевание нервных клеток в базальных структурах переднего мозга. Оно начинается с изменений личности больного и сопровождается прогрессирующей забывчивостью, слабоумием и проявлением непроизвольных движений. Обычно заболевание диагностируется в зрелом возрасте (45-60 лет), и в течение последующих 15-20 лет пациент полностью теряет контроль над моторикой и когнитивной сферой. Способ лечения пока не известен. Частота встречаемости ХГ составляет примерно 1 на 20 000 человек, то есть примерно четверть миллиона человек.

При изучении родственников больных ХГ выяснилось, что это заболевание может быть прослежено в семьях пациентов на много поколений назад и что ХГ наследуется согласно определенному механизму: по крайней мере один из родителей каждого пациента страдал этим заболеванием и примерно половина детей этих больных также страдают им. Рис.1. представляет собой иллюстрацию родословной семьи пробанда – носителя заболевания, страдающего ХГ.

Рис. 1. Пример родословной семьи, в которой хорея Гентингтона передается по наследству. – мужчина; - женщина; - супружеская пара; - супружеская пара и их ребенок; или - носитель заболевания; - пробанд – носитель заболевания, через которого были собраны сведения о родословной.

ХГ передается по наследству как доминантный признак. Индивидуум, страдающий ХГ, является носителем одного доминантного аллеля (Х), вызывающего развитие заболевания, и одного рецессивного аллеля (х). Крайне редки случаи, когда пациент имеет два доминантных аллеля – эта ситуация предполагает, что оба родителя такого пациента страдают ХГ. Люди, не страдающие ХГ, обладают двумя рецессивными аллелями (хх). Родитель, страдающий ХГ, чаще всего является носителем генотипа Хх и в момент скрещивания порождает гамету (яйцо и спермий) либо с Х, либо с х аллелями. Гаметы нормального родителя всегда содержат рецессивные аллели х. Четыре возможных комбинации этих аллелей показаны на рис. 2.

Рис.2. Схема скрещивания: аллельный механизм наследования хореи Гентингтона (пример доминантного наследования). Х – доминантный аллель, вызывающий развитие ХГ; х – рецессивный аллель (здоровый).

Для ХГ характерна одна особенность: первые симптомы этого заболевания проявляются лишь в зрелом возрасте, то есть тогда, когда большинство людей уже создали семью и обзавелись детьми.

Рецессивное наследование: фенилкетонурия

Закон расщепления объясняет и наследование фенилкетонурии (ФКУ) – заболевания, развивающегося в результате избытка важной аминокислоты – фенилаланина в организме человека. Избыток фенилаланина приводит к развитию умственной отсталости. Частота встречаемости ФКУ относительно низка (примерно 1 на 10 000 новорожденных), тем не менее около 1 % умственно отсталых индивидуумов страдают ФКУ, составляя, таким образом, сравнительно большую группу пациентов, умственная отсталость которых объясняется однородным генетическим механизмом.

Как и в случае ХГ, исследователи изучали встречаемости ФКУ в семьях пробандов. Оказалось, что пациенты, страдающие ФКУ, обычно имеют здоровых родителей. Кроме того, было замечено, что ФКУ чаще всего встречается в семьях, в которых родители являются кровными родственниками. Пример семьи пробанда, страдающего ФКУ, на рис.3: больной ребенок родился у фенотипически здоровых родителей – кровных родственников (двоюродных брата и сестры), но сестра отца ребенка страдает ФКУ.

Рис.3. Пример родословной семьи, в которой ФКУ передается по наследству (тетя пробанда страдает этим заболеванием) двойная линия между супругами означает кровнородственный брак.

Рис.4. схема скрещивания: аллельный механизм наследования ФКУ.

Ф – доминантный аллель («здоровый»); ф – рецессивный аллель, вызывающий развитие заболевания. ФФ, Фф – фенотипически нормальные дети (их 75 %): только 25 % имеют нормальный генотип (ФФ); еще 50 % фенотипически здоровы, но являются носителями аллеля ФКУ (Фф). Оставшиеся 25 % потомков – больные ([ф][ф]).

Как уже отмечалось, ФКУ чаще всего встречается среди тех, кто вступает в брак с кровными родственниками.

Контрольные вопросы

1. Дайте описание первому закону Менделя.

2. Какова сущность процесса независимого расщепления?

3. Каково процентное отношение между собой у гибридов второго поколения при независимом расщеплении?

4. Дайте определение понятию «доминантное наследование».

5. Какие изменения в структуре поведения сопровождают Хорею Гентингтона?

6. Дайте определение понятию «рецессивное наследование».

7. В каких семьях чаще всего встречается фенилкетонурия?

Лекция 6. Закон независимого комбинирования (наследования) признаков (третий закон Менделя)

Этот закон говорит о том, что каждая пара альтернативных при­знаков ведет себя в ряду поколений независимо друг от друга, в ре­зультате чего среди потомков первого поколения (т. е. в поколении F1) в определенном соотношении появляются особи с новыми (по срав­нению с родительскими) комбинациями признаков. Например, в слу­чае полного доминирования при скрещивании исходных форм, раз­личающихся по двум признакам, в следующем поколении (F2) выяв­ляются особи с четырьмя фенотипами в соотношении 9:3:3:1. При этом два фенотипа имеют «родительские» сочетания признаков, а оставшиеся два — новые. Данный закон основан на независимом по­ведении (расщеплении) нескольких пар гомологичных хромосом. Так, при дигибридном скрещивании это приводит к образованию у гибри­дов первого поколения (F1) 4 типов гамет (АВ, Ав, аВ, ав), а после образования зигот — к закономерному расщеплению по генотипу и, соответственно, по фенотипу в следующем поколении (F2).

Парадоксально, но в современной науке огромное внимание уде­ляется не столько самому третьему закону Менделя в его исходной формулировке, сколько исключениям из него. Закон независимого комбинирования не соблюдается в том случае, если гены, контроли­рующие изучаемые признаки, сцеплены, т. е. располагаются по сосед­ству друг с другом на одной и той же хромосоме и передаются по наследству как связанная пара элементов, а не как отдельные элемен­ты. Научная интуиция Менделя подсказала ему, какие признаки должны быть выбраны для его дигибридных экспериментов, — он выб­рал несцепленные признаки. Если бы он случайно выбрал признаки, контролируемые сцепленными генами, то его результаты были бы иными, поскольку сцепленные признаки наследуются не независимо друг от друга.

С чем же связана важность исключений из закона Менделя о неза­висимом комбинировании? Дело в том, что именно эти исключения позволяют определять хромосомные координаты генов (так называе­мый локус).

В случаях когда наследуемость определенной пары генов не подчи­няется третьему закону Менделя, вероятнее всего эти гены наследу­ются вместе и, следовательно, располагаются на хромосе в непосред­ственной близости друг от друга. Зависимое наследование генов назы­вается сцеплением, а статистический метод, используемый для анализа такого наследования, называется методом сцепления. Однако при оп­ределенных условиях закономерности наследования сцепленных ге­нов нарушаются. Основная причина этих нарушений - явление кроссинговера, приводящего к перекомбинации (рекомбинации) генов. Био­логическая основа рекомбинации заключается в том, что в процессе образования гамет гомологичные хромосомы, прежде чем разъеди­ниться, обмениваются своими участками.

Кроссинговер — процесс вероятностный, а вероятность того, про­изойдет или не произойдет разрыв хромосомы на данном конкретном участке, определяется рядом факторов, в частности физическим рас­стоянием между двумя локусами одной и той же хромосомы. Кроссин­говер может произойти и между соседними локусами, однако его веро­ятность значительно меньше вероятности разрыва (приводящего к об­мену участками) между локусами с большим расстоянием между ними.

Данная закономерность используется при составлении генетичес­ких карт хромосом (картировании). Расстояние между двумя локусами оценивается путем подсчета количества рекомбинаций на 100 гамет. Это расстояние считается единицей измерения длины гена и называ­ется сентиморганом в честь генетика Т. Моргана, впервые описавшего группы сцепленных генов у плодовой мушки дрозофилы — любимого объекта генетиков. Если два локуса находятся на значительном рас­стоянии друг от друга, то разрыв между ними будет происходить так же часто, как при расположении этих локусов на разных хромосомах.

Используя закономерности реорганизации генетического материала в процессе рекомбинации, ученые разработали статистический метод анализа, называемый анализом сцепления.

Законы Менделя в их классической форме действуют при нали­чии определенных условий. К ним относятся:

1) гомозиготность исходных скрещиваемых форм;

2) образование гамет гибридов всех возможных типов в равных соотношениях (обеспечивается правильным течением мейоза; одина­ковой жизнеспособностью гамет всех типов; равной вероятностью встречи любых гамет при оплодотворении);

3) одинаковая жизнеспособность зигот всех типов.

Нарушение этих условий может приводить либо к отсутствию рас­щепления во втором поколении, либо к расщеплению в первом поколении; либо к искажению соотношения различных генотипов и фенотипов. Законы Менделя имеют универсальный характер для всех диплоидных организмов, размножающихся половым способом. В целом они справедливы для аутосомных генов с полной пенетрантностью (т. е. 100-процентной частотой проявления анализируемого признака; 100% пенетрантность подразумевает, что признак выражен у всех носи­телей аллеля, детерминирующего развитие этого признака) и постоянной экспрессивностью (т. е. постоянной степенью выраженности при-I знака); постоянная экспрессивность подразумевает, что фенотипическая выраженность признака одинакова или примерно одинакова у всех носителей аллеля, детерминирующего развитие этого признака.

Знание и применение законов Менделя имеет огромное значение в медико-генетическом консультировании и определении генотипа фенотипически «здоровых» людей, родственники которых страдали наследственными заболеваниями, а также в выяснении степени риска развития этих заболеваний у родственников больных.

Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику третьему закону Менделя.

2. Охарактеризуйте кроссинговер, как явление приводящее к перекомбинации генов.

3. Какой метод анализа разработали ученые, опираясь на закономерности реорганизации генетического материала?

4. Перечислите условия в которых в классической форме действуют законы Менделя.

5. К чему может привести нарушение этих условий?

6. В какой области знаний нашли применение законы Менделя?

Лекция 7. Неменделевская генетика

Гениальность законов Менделя заключается в их простоте. Стро­гая и элегантная модель, построенная на основе этих законов, служила генетикам точкой отчета на протяжении многих лет. Однако в ходе дальнейших исследований выяснилось, что законам Менделя подчиняются только относительно немногие генетически контролируемые признаки. Оказалось, что у человека большинство и нормальных, и ^патологических признаков детерминируются иными генетическими механизмами, которые стали обозначать термином «неменделевская генетика». Таких механизмов существует множество, но в этой главе мы рассмотрим лишь некоторые из них, обратившись к соответствую­щим примерам, а именно: хромосомные аберрации (синдром Дауна); наследование, сцепленное с полом (цветовая слепота); импринтинг (син­дромы Прадера—Вилли, Энгельмана); появление новых мутаций (раз­витие раковых заболеваний); экспансия (инсерция) повторяющихся нуклеотидных последовательностей (миотоническая дистрофия); наследо­вание количественных признаков (сложные поведенческие характеристики).