Менделевської і неменделевская генетика

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Менделевської генетики

Протягом довгої історії наукової (більшою мірою натурфілософської) думки переважаючими були метафізичні уявлення про спадковість і мінливість. Вже в далекі часи, коли почався період одомашнення різних тварин, робилися спроби поліпшити їхні корисні якості. Вирішуючи ці завдання, людство інтуїтивно спиралося на біологічні закономірності успадкування. Починаючи з праць Гіппократа, Аристотеля, Платона, інших давньогрецьких лікарів і філософів, з'являються перші теоретичні пояснення явищу спадковості. У XVIII і XIX століттях вивченням проблеми спадкування займалися такі видатні ботаніки і лікарі, як І. Кельейтер, Т. Найт, Ш. Ноден, П. Мопертюї та інші. Було показано, що ознаки батьків, у тому числі і небажані, наприклад хвороби, передаються через статеві клітини; описано переважання у гібрида однієї ознаки над іншим. Однак основоположником науки генетики, що відкрили головні закони успадкування ознак, є геніальний чеський учений Г. Мендель.
Головна заслуга Менделя полягає у розробці та використанні гибридологического методу для аналізу явищ наслідування.
До відкриттів Менделя визнавалася теорія так званої злитої спадковості. Суть цієї теорії полягала в тому, що при заплідненні чоловіче і жіноче «початок» перемішувалися, «як фарби в склянці води», даючи початок новому організму. Мендель заклав фундамент уявлень про дискретному характері спадкового речовини й про його розподілі при утворенні статевих клітин у гібридів.
Основні результати семирічних експериментів з вивчення законів успадкування Мендель опублікував в бюлетені товариства дослідників природи в м. Брюнні (нині м. Брно, Чехія) у 1866 р. Дослідження називалося «Досліди над рослинними гібридами». Однак ця публікація не привернула уваги сучасників. Тільки через 35 років, в 1900 р., коли закони спадкування були знову відкриті відразу трьома ботаніками - К. Корренсом, Е. Чермак та іншими) вони отримали загальне визнання. До теперішнього часу правильність законів Менделя підтверджений на величезному числі рослинних і тваринних організмів, у тому числі і на людині. Відкриття Менделем законів, відображають процес передачі спадкової інформації і принципу дискретності (генної детермінації спадкових ознак), стало першим експериментальним доказом існування спадковості як реального матеріального явища.
Гибридологического методу Г. МЕНДЕЛЯ
Гибридологический метод - це система спеціальних схрещувань для отримання гібридів з метою аналізу характеру успадкування ознак.
Мендель об'єктом своїх експериментів вибрав рослина, що повністю відповідає поставленому завданню: воно мало надійний захист від сторонньої пилку під час цвітіння та мало, нормальної плодовитістю. Такими рослинами були різні сорти самозапильних посівного гороху (Pisum sativum).
Суть розробленого Менделем методу складається з декількох основних постулатів.
1. Підбір вихідних «константної розрізняються" батьківських пар.
Для схрещування використовувалися рослини, що відрізнялися деякими ознаками: наприклад, забарвленням квітки (в однієї рослини пурпурова, в іншого - біла), довжиною стебла (в однієї рослини близько 2 м, в іншого - до 60 см) і т.д. У своїх експериментах Мендель вивчав успадкування 7 альтернативних пар ознак: забарвлення квітки, розташування квіток (пазушні або кінцеве), висоти рослин, характеру поверхні горошин (гладка або зморшкувата), забарвлення горошин (жовта або зелена) і т.д. У кожному поколінні Мендель вів облік альтернативних ознак окремо по кожній парі. До початку експериментальних схрещувань Мендель протягом декількох років проводив роботу на отримання «чистих ліній», тобто сортів, постійно і стійко відтворюють аналізований ознака. (Термін «чисті лінії» виник багато пізніше, датський генетик - селекціонер В. Йогансен так назвав групу особин з однорідною спадковістю.)
2. Кількісний аналіз отриманих гібридів, які відрізняються за окремими ознаками від кожної батьківської пари.
3. Індивідуальний аналіз потомства від кожного схрещування в низці поколінь.
Революційне нововведення даного методичного прийому полягала в обліку та аналізі потомства, отриманого шляхом розмноження всіх без винятку гібридних особин.
4. Застосування статистичних методів оцінювання результатів експерименту.
Г. Мендель мав на практику генетичного аналізу систему записів схрещування, в якій символ P позначає батьків (лат. parenta - батьки); F - нащадків від схрещування (лат. filii - діти). Пізніше стали використовувати нижній цифровий індекс в символі F для позначення наступних поколінь. Наприклад, F - Позначає потомство від схрещуванні батьківських форм; F - Позначає потомство від схрещування гібридів першого покоління і т.д.; символ «x» означає схрещування особин.
Моногибридное схрещування
У першому поколінні, отриманому від схрещування батьківських форм, які мають відмінності тільки по одній парі ознак (наприклад, гладкі і зморшкуваті горошини; високі і низькі стебла; забарвлені і білі квіти), були отримані гібриди, у яких виявився ознака тільки одного з батьків (тільки гладкі горошини, тільки високі рослини, тільки пофарбовані квіти і т.д.). Жодних перехідних (змішаних) форм рослин за іншими ознаками не було виявлено. Ознака одного з батьків, виявляється у гібрида, Мендель назвав домінантним (від лат. Dominare - панувати, панувати), а парний, не проявився ознака був названий рецесивним (від лат. Гесеssus - поступається, відступає назад) ознакою. У подальшому явище переважання у гібридів першого покоління ознаки одного з батьків стали називати законом одноманітності гібридів першого покоління, або першим законом Менделя.
Аналіз нащадків гібридів першого покоління, отриманих шляхом самозапилення, дозволив виявити, що поряд з домінантними формами знову з'являються рослини з ознаками, відсутніми в поколінні гібридів першого покоління, причому в суворих числових відносинах. Таким чином, батьківські ознаки у гібридів першого покоління не зникали і не змішувалися. Мендель припустив, що ці ознаки були присутні у гібридів першого покоління в прихованому вигляді, але не виявлялися, чому він і назвав їх рецесивними ознаками. Виявилося, що по всіх парах вивчених ознак особини з домінантними і рецесивними ознаками з'являлися у співвідношенні 3:1. Поява домінантних і рецесивних форм у потомстві, отриманому від самозапилення гібридів першого покоління, і складає сутність чакона розщеплення, або другого закону Менделя.
На підставі отриманих результатів Мендель прийшов до наступних висновків:
1. Оскільки вихідні батьківські сорти не давали розщеплення, у гібрида першого покоління (з домінантною ознакою) повинно бути два спадкових завдатку (у сучасній термінології - два алелі).
2. Гібриди першого покоління містять по одному завдатку, отриманому від кожного з батьківських рослин через статеві клітини.
3. Спадкові задатки у гібридів першого покоління не зливаються, а зберігають свою індивідуальність.
Для підтвердження своїх висновків Мендель зробив аналізує, або зворотний, схрещування - схрещування гібрида першого покоління з рецесивною батьківського особиною. У потомстві від цього виду схрещування він, як і очікував, отримав як домінантні, так і рецесивні форми у співвідношенні 1:1. Це підтвердило, що окремі спадкові задатки при утворенні статевих клітин потрапляють в різні гамети. Таким чином, гібрид першого покоління утворює два типи статевих клітин: клітини, що містять спадковий завдаток, що визначає домінантна ознака, і клітини, що містять спадковий завдаток, що визначає рецесивна ознака. У цьому сенсі кожна статева клітина «чиста», тобто містить один, і тільки один, алель з пари (правило чистоти гамет). Розподіл контрастних спадкових задатків у співвідношенні 1:1 є загальним біологічним законом, що лежить в основі всіх інших закономірностей успадкування ознак.
В даний час особина, яка має два розрізняються аллеля в кожному локусі гомологічних хромосом і яка, отже, утворює два типи статевих клітин, називається гетерозигот (від грец. Heteros - інший, різний + zygotos - з'єднання, пари). Особина, в кожній гомологічною хромосомі якої знаходяться ідентичні алелі і яка, отже, утворює тільки один тип статевих клітин, називається гомозиготой (від грец. Homos - той же самий + zygotos - з'єднання, пари). Використовуючи буквену символіку, введену Г. Менделем для позначення кожного спадкового задатку (для домінантного - прописна літера «А», для рецесивним - «а» рядкова), можна зобразити схему дослідів.
На рис. V.1 показано, що всі нащадки від даного виду схрещування успадкували ознака тільки одного з батьків, тобто вони одноманітно. Оскільки кожен з батьків утворив тільки один тип гамет (тільки «А» або тільки «а»), всі нащадки виявилися гетерозиготами.
На ріс.V.2 видно, що, судячи із зовнішнього вигляду, на кожні три рослини з домінантною ознакою припадає одна особина з рецесивним ознакою, в той час як по спадкових потенціям спостерігається інше розщеплення - 1АА: 2Аа: 1аа.

Рис. V. I. Схема, що ілюструє закон одноманітності гібридів першого покоління. Всі потомство - гетерозиготи
Дійсно, при подальшому розмноженні нащадків від схрещування гібридів першого покоління (Аа) Мендель спостерігав, що рецесивні особини (аа) і одна третина домінантних (АА) не дають розщеплення ознак у потомстві. Проте 2 / з домінантних нащадків (Аа) знову утворюють при самозапиленні домінантні і рецесивні форми у співвідношенні 3:1.
Істотним результатом схрещування двох гетерозигот стала поява зовні схожих рослин (з домінантними ознаками, наприклад, з гладкими горошинами; забарвленими квітками і т.д.), в той же час розрізнялися за спадковим завдаткам (АА і Аа). Виявилося, що організми з однаковими ознаками можуть мати різну генетичну конституцію.

Рис. V.2. Схема, що ілюструє закон розщеплення.
Таким чином, стали розрізняти розщеплення за зовнішнім прояву ознак, яке відповідає відношенню 3:1 (розщеплення за фенотипом), і розщеплення по спадкових задатків, яке виражається відношенням 1:2:1 (розщеплення за генотипом). Терміни «генотип» і «фенотип» були запропоновані В. Іогансеном в 1909 р. Генотип - це спадкова конституція особини як сукупність генів організму. Термін «генотип» часто використовується для позначення генетичної конституції особини стосовно аналізу успадкування конкретної ознаки. Фенотип (від грец. Phaino - являю + typos - зразок) - сукупність ознак організму (анатомічних, фізіологічних, біохімічних, психічних і т.д.). Термін «фенотип» часто використовується для позначення конкретного ознаки (зовнішнього або внутрішнього) як результату прояви конкретного гена.
На підставі отриманих результатів можна зробити висновок, що при моногибридном схрещуванні двох гетерозиготних особин розщеплення в потомстві за фенотипом відповідає двом класам ознак і може бути виражено відношенням 3:1; розщеплення за генотипом відповідає відносинам 1:2:1, тобто виникає три генотипових класу.
Спадкові задатки, що визначають парні альтернативні ознаки (позначені Менделем латинськими літерами А, а), згодом стали називати алельному парою, а окремий конкретний фактор - аллель. В даний час аллель визначають як одне з альтернативних станів одного й того ж гена.
ТИПИ міжалельних взаємодій
Розглянуті в попередньому розділі явища домінантних і рецесивних представляють собою один з прикладів взаємодії різних алелей. Однак незабаром після повторного відкриття законів Менделя були виявлені факти, що вказують на існування і інших видів межеаллельних відносин.
Так, в деяких випадках при моногибридном схрещуванні розщеплення за фенотипом і генотипом можуть збігатися. Це має місце в ситуації, коли у гетерозигот відзначається проміжне вираз ознаки, тобто гібрид F, не відтворює повністю жоден з батьківських ознак. Наприклад, при схрещуванні гомозиготною домінантною форми рослини - нічної красуні (Mirabilis jalapa), що має червоні квітки (АА), і гомозиготною рецесивною форми, що має білі квіти (аа), у першому поколінні гібридів спостерігаються тільки рожеві квіти (генотип Аа), що відрізняються від обох батьківських форм. У другому поколінні (F ) Відзначається розщеплення за забарвленням квітки на три фенотипи-чеських класу відповідно розщепленню генотипів: 1АА (червоні): 2Аа (рожеві): 1аа (білі).
Той випадок, коли ознака у гетерозигот має проміжне між домінантним і рецесивним прояв, отримав назву неповного домінування. Явище неповного домінування широко поширене в природі, в тому числі і в людини. Воно може стосуватися як нормальних, так і патологічних ознак. Наприклад, у людини за типом неповного домінування успадковується одна з форм анофтальміі (відсутність очних яблук). У домінантних гомозигот (АА) очні яблука нормальних розмірів; у гетерозигот (Аа) очні яблука зменшені в розмірі, але зір збережено, а у рецесивних гомозигот (аа) очні яблука відсутні. У шлюбі двох індивідів із зменшеними розмірами очних яблук в середньому 1 / 4 частина дітей буде мати нормальні очі (АА), 1 / 2 частина - зменшені очні яблука (Аа) і 1 / 4 частина дітей народжується без очних яблук (аа).
Інша ситуація виникає у разі, коли відносини домінантних і рецесивних відсутні і обидва алелі виявляються у фенотипі. Подібна взаємодія алелів було названо спільним домінуванням, або кодомінуваннем.
Явище кодомінуваннем можна проілюструвати на прикладі успадкування груп крові системи MN у людини. Відомо, що групи крові системи MN знаходяться під контролем одного гена (L), що має два алелі (L і L ). Якщо один з батьків має групу крові ММ (гомозигота по аллелю М), а інший - NN, то в еритроцитах їх дітей (гетерозиготи MN) виявляються як антигени М, так і антигени N. Подібні гени носять назву кодомінантних генів.
Визначаючи термін «аллель» як альтернативне стан одного гена, вчені слідом за Менделем зупинилися на розгляді лише двох його станів. Насправді один і той же ген може мати більш ніж два стани. Наприклад, ген А може видозмінюватися (мутувати) у кілька станів: а , А , А , І т.д. до багатьох десятків. Подібні алелі, тобто зміни одного і того ж гена, називаються серією множинних алелів. У диплоїдного організму вона може бути представлена ​​тільки однією парою - двома будь-якими алелями. Наприклад, АА, Аа , А а , А , А і т.д. Спадкування членів серії множинних алелей підпорядковується розглянутим законам. Кожен з членів серії множинних алелей може повністю домінувати один над іншим, наприклад в порядку убування: А> а > А > А і т. д. У цій ситуації кожен наступний член алельному серії буде домінувати над усіма іншими, крім попередніх.
СПАДКУВАННЯ ГРУП КРОВІ СИСТЕМИ АВ0
Група крові системи АВО (читається як «а, б, нуль») контролюється одним аутосомним геном, тобто геном, розташованим в одній із аутосомним (не статевих) хромосом. Локус цього гена позначається латинською літерою I (від слова «ізогемагглютіноген»), а його три алелі 1 , 1 і 1 позначаються для стислості, як А, В і 0. Аллели А і В - кодомінантни по відношенню один до одного, і обидва домінантні по відношенню до аллелю 0. При поєднанні різних алелей можуть утворитися 4 групи крові, що розрізняються між собою імунологічними властивостями як еритро-
Генотип
Фенотип
Група крові
Антитіла сироватки
I I
0 (I)

I I
A (II)

I I
A (II)

I I
B (III)

I I
B (III)

I I
AB (IV)
0
Зв'язок між генотипом і фенотипом груп крові системи АВ0
цитов, так і сироватки (табл. V.1). Еритроцити містять антигени (агтлютіногени), а в сироватці знаходиться речовина агглютинин (від лат. Agglutinatio - склеювання), зване антитілом.
Визначення групової приналежності людини за системою АВ0 здійснюється при проведенні реакції аглютинації (рис. V.3).

Рис. V.3. Взаємодія еритроцитів індивідів з групами крові 0, А, В і АВ з антитілами сироватки (анти-А і анти-В).
 
Знати групову належність крові людини - необхідна умова безпечного проведення переливання крові. Термін «універсальний донор» означає особу з 0 (I) групою крові, так як його еритроцити не можуть бути агглютинировала сироваткою жодного реципієнта. «Універсальний реципієнт» - індивід з AB (IV) групою крові, сироватка якого не може агглютинировать еритроцити будь-якого донора.
 
Полігібридне схрещування
Основні закономірності, відкриті Г. Менделем, стосувалися спадкування і розщеплення тільки по одній парі альтернативних ознак (при моногибридном схрещуванні). На наступному етапі Менделя цікавило питання, якими ознаками буде мати потомство від схрещування батьківських форм, що розрізняються одночасно кількома ознаками.
Гібриди, отримані від схрещування особин, що розрізняються одночасно по двох парах альтернативних ознак, носять назву дігібрідов. Розглянемо результати класичного досвіду Менделя по дигибридном схрещування.
Для схрещування були відібрані рослини, які мали гладкі жовті горошини (обидві ознаки домінантні), і рослини з зморшкуватими зеленими горошинами (обидві ознаки рецесивні). Відповідно до першого закону все потомство було одноманітно: дигибридное рослини давали тільки гладкі жовті насіння. У потомстві від самозапилення 15 дигибридное рослин було отримано 556 горошин: з них 315 гладких жовтих, 108 гладких зелених, 101 зморшкуватих жовтих і 32 горошини були зморшкуваті зелені. Це співвідношення близько до співвідношення 9:3:3:1 і відображає відносні частоти 4 класів фенотипів.
При аналізі за кожною ознакою окремо (тільки по формі або тільки за забарвленням) розщеплення гібридів в F відповідало співвідношенню 3:1.
Простежимо розщеплення за ознакою форми насіння. Гладких горошин було 315 + 108, що склало у сумі 423 гладких. Зморшкуватих горошин було 101 + 32, що склало 133 насіння. Ставлення 423 до 133 було близько до вже відомого відношенню 3:1. Те ж саме ставлення було отримано при аналізі розщеплення за ознакою забарвлення. Жовтих горошин незалежно від їх форми було 416 (315 + 101), а кількість зелених склало 140 горошин (108 + 32). Ставлення також близько до 3:1.
Отримані результати свідчили, що розщеплення за кожною парі алелів при дигибридном схрещуванні відбувається як два незалежних події. Таким чином, співвідношення фенотипів при дигибридном схрещуванні представляє собою результат випадкового або незалежного об'єднання результатів двох моногибридное схрещувань. Цей висновок відображає сутність третього закону Менделя - закону незалежного комбінування генів.
Позначивши домінантний алель, що визначає жовте забарвлення, буквою А і рецесивний алель, що визначає зелене забарвлення, буквою а, буквою В - домінантний алель, контролюючий розвиток гладкої форми горошини, і відповідно рецесивний алель, контролюючий розвиток зморшкуватою форми, буквою b, дигибридное схрещування можна записати наступним чином (рис. V.4).
Для того щоб представити фенотипічні і генотипічну класи нащадків дігібрідов першого покоління, скористаємося так званої гратами Пеннета, яка дозволяє встановити всі можливі поєднання чоловічих і жіночих гамет (табл. V.2).
Легко переконатися, що 9 з 16 (тобто 9 / 16) теоретично очікуваних нащадків мають одночасно два домінантних ознаки (жовті гладкі горошини - ЖГ); 3 / 16 - домінантний і рецесивний ознака (жовті зморшкуваті - жм); 3 / 16 - рецесивний і домінантний ознаки (зелені гладкі - зг) і 1 / 16 частина нащадків має одночасно два рецесивних ознаки (зелені і зморшкуваті - зм).
При аналізі генотипів за решітці Пеннета ми виявляємо 9 різних класів у співвідношенні 1: 2: 2: 4: 1: 2: 1: 2: 1.


Розщеплення в дигибридном схрещуванні в F за фенотипом і генотипом можна отримати, перемножая відносні частоти окремих фенотипів або окремих генотипів, оскільки гени, які контролюють розвиток різних ознак, успадковувалися незалежно один від одного. По кожному з незалежних ознак (забарвлення горошин і характеристика їх поверхні) відношення частот, як було раніше показано, складає 3:1. Тоді, перемножая (ЗЖ: 1З) на (Зг: 1м), отримуємо 9жг: 3жм: 3зг: 1зм, що точно відповідає даним грати Пеннета.
Рис. V.4. Схема дігібрідного схрещування.
Гібриди першого покоління одноманітно як за фенотипом, так і за генотипом. Вони утворюють гамети чотирьох різних типів - АВ, Ab, aB, ab
 
Таблиця V.2
Розщеплення за фенотипом і генотипом в F2 при дигибридном схрещуванні:


Таблиця V.3
Співвідношення фенотипічних і генотипових класів у другому поколінні при моно-, ді-, три-і полігібридне схрещуванні:
ref SHAPE \ * MERGEFORMAT
Знаючи, що при моногибридном схрещуванні розщеплення за генотипом відповідає 1АА: 2Аа: 1аа для однієї пари і 1BB: 2Bb: 1bb для іншої, можна підрахувати частоти, або ймовірності, генотипів різних класів. Вірогідність генотипів відповідають: АА - ј, Аа - Ѕ, аа - ј, ВВ - ј, ВB - Ѕ, bb - ј. Наприклад, відносна частота генотипу ААВВ розраховується шляхом перемноження ймовірностей јАА х јBB = 1/16AABB, для АаВЬ - јAA х ЅВb = 1 / 8 або 2 / 16, АаВЬ. Тим же шляхом отримуємо розподіл всіх інших розрізняються по генетичній конституції класів особин у відношенні 1: 2: 2: 4: 1: 2: 1: 2: 1, що також повністю відповідає даним грати Пеннета.
Поступаючи аналогічним чином, можна представити результати розщеплення за фенотипом і генотипом для трігібрідного схрещування, коли батьківські форми розрізняються по трьох незалежних ознаками і в F , Утворюються трігібріди. Експерименти показують, що при трігібрідном схрещуванні розщеплення в F за фенотипом дає 8 різних класів особин у співвідношенні 27:9:9:9:3:3:3:1, а розщеплення за генотипом дає 27 різних класів.
Подібним чином можливий розрахунок ймовірностей фенотипових і генотипових класів для будь-якого полігібридне схрещування (табл. V.3).
У загальному вигляді ці співвідношення можна виразити простими формулами: число фенотипічних класів дорівнює 2 , Де «2» відображає парність алелів, а показник ступеня «n» - число незалежних генів. Число генотипових класів одно З , Де основа ступеня «3» - число генотипових класів при моногибридном схрещуванні, а показник ступеня «n» - число генів.
Очевидно, що в основі наведених формул лежать закономірності моногібридного схрещування. Вони справедливі для будь-якого числа генів, але не перевищують гаплоидное число n.
Важливо зазначити, що закономірності, відкриті Менделем, реалізуються при аналізі великої кількості особин, оскільки мала кількість в потомстві гібридів (наприклад, діти однієї сім'ї) може давати відхилення від точного співвідношення очікуваних класів розщеплення в силу випадкових подій.
Гибридологический аналіз, розроблений Менделем, і результати, отримані на його основі, заклали концепцію фундаментального поняття генетики і біології в цілому - поняття гена. В останні десятиліття XIX ст. були виявлені хромосоми, описані мітотичний і мейотичний поділу клітини. Тим не менше не були відомі матеріальні носії спадкової інформації. Тільки після того як закони Менделя були відкриті знов у 1900р., Зіставлення менделевської розщеплення ознак і розподілу хромосом в мейозі дозволило зробити остаточний висновок про те, що саме хромосоми є носіями генетичної інформації. Цими подіями ознаменувався початок нового наукового періоду розвитку генетики, а спостереження і висновки Менделя і в даний час складають найважливішу главу вчення про спадковість і мінливість.
 
ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
Описано декілька типів взаємодії неалельних генів: комплементарність, епістаз і полімерія.
Комплементарність - взаємодія неалельних генів, які обумовлюють розвиток нової ознаки, відсутнього у батьків. Прикладом комплементарного дії в людини можуть бути випадки, коли у глухих батьків народжуються діти з нормальним слухом.
Розвиток нормального слуху знаходиться під генетичним контролем десятків різних неалельних генів, гомозиготний рецесивне стан одного з яких може призводити до однієї з форм спадкової глухоти. Таких форм у людини відомо більше 30. Якщо один з батьків є гомозиготой за рецесивним геном аа (рис. V.5), а інший - гомозиготой по іншому рецесивним геном bb, то всі їхні діти будуть подвійними гетерозиготами і, отже, чути, оскільки домінантні алелі будуть взаємно доповнювати один одного ( див. рис. V.5). Таким чином формується новий по відношенню до батьків ознака - нормальний слух.
Епістаз (від грец. Epi - над + stasis - перешкода) - взаємодія неалельних генів, при якому спостерігається пригнічення прояву одного гена дією іншого, неалельних гена. Переважний ген називається геном-супрессором, а придушений - гіпостатіческіх геном. Мабуть, дія гена-супресора на придушений ген схоже з принципом домінантність - рецесивність. Але істотна відмінність полягає в тому, що ці гени не є алельними, тобто розташовані в негомологічних хромосомах або займають різні локуси в Гомоле-

Рис. V.5. Схема, що пояснює можливість народження дітей з нормальним слухом у глухих батьків з різними генетичними формами глухоти.
 
гічних. Розрізняють домінантний і рецесивний епістаз. При домінантному епістаз домінантний алель гена-супресора пригнічує прояв домінантного алеля іншого гіпостатіческіх гена. При рецессивном епістаз, або криптомерії, рецесивний алель гена-супресора, будучи в гомозиготному стані, не дає виявитися домінантною або рецесивним аллелям інших генів.
Прикладом рецесивного епістазу у людини може служити так званий бомбейський фенотип, коли індивід, який має домінантний алель групи крові системи АВ0 (наприклад, алель В, що визначає приналежність людини до III або IV групі), ідентифікується в реакції аглютинації як людина з 0 (I). Цей стан виникає в результаті того, що даний індивід є рецесивною гомозиготой (hh) за іншою, ніж система АВ0, генетичній системі Hh. Для реалізації алелів I і I необхідна присутність хоча б одного домінантного алеля Н.
Полімерія (від грец. Polys - багато + meros - частина) - вид взаємодії, коли ефекти кількох неалельних генів, що визначають один і той самий ознака, приблизно однакові. Подібні ознаки отримали назву кількісних, або полімерних ознак. Як правило, ступінь прояву полімерних ознак залежить від числа домінантних генів. Спадкування полімерних ознак було вперше описано шведським генетиком Г. Нільсон-Еле в 1908 р. Проводячи схрещування різних форм пшениці (з червоними і білими зернами), він спостерігав розщеплення в F ознаки забарвлення у відношенні: 15/16 забарвлених і 1 / 16 білих. Серед забарвлених зерен він спостерігав всі переходи - від інтенсивно забарвлених до слабо забарвлених.
Аналіз особливостей розщеплення показав, що в даному випадку забарвлення зерен визначають два домінантних алелі двох різних генів, а поєднання їх рецесивних алелей визначають відсутність забарвлення. Оскільки полімерні гени мають однонаправлений дію, їх, як правило, позначають однаковими буквами. Таким чином, вихідні батьківські форми мали генотипи A A A A і a a a a . Наявність всіх чотирьох домінантних алелів визначало найінтенсивнішу забарвлення, трьох домінантних алелів (типу A A A a ) - Менше інтенсивне забарвлення і т.д.
Прикладом полімерного успадкування у людини є успадкування забарвлення шкірних покривів. У шлюбі індивіда негроїдної раси (корінного мешканця Африки) з чорним забарвленням шкіри і представником європеоїдної раси з білою шкірою діти народжуються з проміжним кольором шкіри (мулати). У шлюбі двох мулатів нащадки можуть мати будь-який забарвленням шкіри: від чорної до білої, оскільки пігментація шкіри обумовлена ​​дією трьох або чотирьох неалельних генів. Вплив кожного з цих генів на забарвлення шкіри приблизно однаково.
Полімерне успадкування характерно для так званих кількісних ознак, таких, як зріст, вага, забарвлення шкірних покривів, швидкість протікання біохімічних реакцій, артеріальний тиск, вміст цукру в крові, особливості нервової системи, рівень інтелекту, і багатьох інших, які не можна розкласти на чіткі фенотипічні класи. Чим більше число неалельних генів контролюють розвиток кількісної ознаки, тим менш помітні переходи між фенотипическими класами.
НЕМЕНДЕЛЕВСКАЯ ГЕНЕТИКА.
Геніальність законів Менделя полягає в їх простоті. Строга і елегантна модель, побудована на основі цих законів, служила генетикам точкою звіту протягом багатьох років. Проте в ході подальших досліджень з'ясувалося, що законам Менделя підкоряються лише щодо деякі генетично контрольовані ознаки. Виявилося, що у людини більшість і нормальних, і патологічних ознак детермінуються іншими генетичними механізмами, які стали позначати терміном «неменделевская генетика». Таких механізмів існує безліч: хромосомні аберації (синдром Дауна); успадкування, зчеплене зі статтю (дальтонізм); імпринтинг (синдроми Прадера-Віллі, Енгельмана); поява нових мутацій (розвиток ракових захворювань); експансія (інсерцій) повторюваних нуклеотидних послідовностей (міотонічна дистрофія); успадкування кількісних ознак (складні поведінкові характеристики).
Хромосомні аберації: синдром Дауна
Синдром Дауна (СД) - одне з дуже обмеженого числа успадкованих захворювань, фенотип якого добре відомий навіть неспеціалістам. Його «популярність» є результатом того, що, по-перше, частота зустрічальності СД досить висока і, по-друге, фенотип цього захворювання легко впізнати: хворим СД властиві характерні зовнішні риси, вираз обличчя і розумова відсталість.
Перші клінічні та наукові опису СД з'явилися в середині минулого століття, а його точне визначення було дано в 1866 р. Дж. дауном, який описав кілька таких пацієнтів. Гіпотези про те, що СД контролюється генетично, були сформульовані на початку XX ст. До 30-х років було висловлено припущення, що це захворювання розвивається в результаті аберації хромосом (структурних відхилень у хромосомному наборі), причиною якої служить їх нерасхожденіе в процесі мейозу. У 1959 р. було виявлено, що СД викликається трисомією хромосоми 21, тобто наявністю в клітинах трьох, а не двох, як зазвичай, хромосом. Сьогодні відомо, що приблизно 1 з 600 новонароджених є носієм цієї аномалії. Крім того, за сучасними оцінками, приблизно 1 з 150 запліднених яйцеклітин людини є носієм трисомії 21 (більшість яйцеклітин з трисоміями гине). Пацієнти з ЦД становлять близько 25% всіх розумово відсталих, формуючи найбільшу етіологічно однорідну групу розумово відсталих.
Генетичний механізм СД являє собою ілюстрацію явища хромосомних аберацій. Під час формування статевих клітин - гамет - всі 23 пари хромосом діляться, і кожна гамета стає носієм однієї хромосоми з кожної пари. Коли спермій запліднює яйцеклітину, хромосомні пари відновлюються, причому в кожній парі одна хромосома приходить від матері, друга - від батька. Незважаючи на налагодженість процесу утворення гамет, в ньому трапляються помилки, і тоді поділ хромосомних пар порушується - з'являється гамета, яка містить не одну хромосому, а їхню пару. Це порушення називається нерозходження хромосом. Коли така гамета при заплідненні зливається з нормальною гаметою, утворюється клітина з трьома однаковими хромосомами; подібне явище і називається трисомією (див. рис. 1.7). Нерасхожденіе хромосом служить головною причиною спонтанних абортів протягом перших декількох тижнів життя плоду. Проте існує певна ймовірність того, що зародок з аномальним хромосомним набором продовжить розвиток.
Точна причина нерозходження невідома. Надійним корелятом трисомії-21 є вік матері: згідно з дослідженнями, у 56% матерів старше 35 років плоди виявляються носіями трисомії-21, і в таких випадках приблизно 90% діагностованих жінок вважають за краще штучно перервати вагітність. Оскільки СД з'являється «заново» в кожному поколінні (нерасхожденіе - одинична подія, імовірність появи якого збільшується з віком матері), остільки СД не можна розглядати як захворювання, що передається у спадок.
СПАДКУВАННЯ, зчеплений з підлогою (Х-хромосоми): дальтонізм.


Рис. 3.1. Родоводи пробандів, які страждають колірною сліпотою (ознака успадковується по поло-зчепленого механізмом).
 
У випадку а засновником родоводу, в якій колірна сліпота передається у спадок, є мати, у випадку б - батько. Позначення ті ж, що й на рис. 2.1.
Найбільш часто зустрічається приклад колірної сліпоти - нерозрізнення червоного і зеленого кольорів (синдром, який розвивається в результаті нестачі відповідного кольорово-поглинаючого пігменту в сітківці ока). Колірна сліпота зустрічається частіше у чоловіків, ніж у жінок. При вивченні спадкування колірної сліпоти були описані два типи родоводів: а) мати страждає колірною сліпотою, батько - ні, і всі їхні сини (але ні одна з дочок!) Також мають це захворювання (рис. 3.1а), б) батько страждає колірної сліпотою, мати і всі діти мають нормальний колірний зір, але один з онуків також кольорово-сліпий.
Феномен, що пояснює тип спадкування колірної сліпоти, називається спадкуванням, зчепленим з підлогою, - гени, відповідальні за дану аномалію, локалізовані у статевих хромосомах. Оскільки особини різної статі несуть різні статеві хромосоми (XX у жінок і XY у чоловіків), це призводить до певних відхилень від Менделя закономірностей успадкування.
Колірна сліпота викликається рецесивним алелем с на X-хромосомі. У результаті того, що чоловіки отримують свою єдину X-хромосому від матері, навіть одного алелі, що викликає цветослепоту, достатньо, щоб у чоловіка, який успадкував алель с на Af-хромосомі матері, розвинулося це захворювання. Для жінок же однієї копії алелі з недостатньо, вони повинні успадкувати дві X-хромосоми, що несуть гени колірної сліпоти. Саме цим пояснюється те, що у чоловіків дальтонізм зустрічається частіше, ніж у жінок.
У людини існує пара хромосом, яка розрізняється у чоловіків і жінок. Жінки мають дві X-хромосоми, а чоловіки несуть одну Х-і одну У-хромосому. У-хромосома значно менше за розміром, ніж будь-яка інша хромосома в геномі людини, і містить «чоловічі гени», а також відносно невелика кількість генів, що відповідають за інші ознаки. Син і дочка успадковують одну хромосому X від матері, від батька дочки успадковують другому X-хромосому, а сини - Y-хромосому. Сини не можуть успадкувати батьківську X-хромосому (якщо в зародку зіллються два X-хромосоми - одна від матері, інша від батька, то це злиття і визначить стать дитини, тобто розвинеться жіноча особина). Дочки успадковують одну X-хромосому від своїх батьків, але для прояву рецесивних ознак вони повинні отримати ідентичну копію рецесивного алеля від своїх матерів.
Механізми успадкування колірної сліпоти показані на рис. 3.2. Якщо сім'я складається з кольорово-сліпий матері і нормального батька (рис. 3.2а), то це означає, що мати несе два алелі з (по одному на кожній з X-хромосом), а на X-хромосомі батька розташовується стандартний аллель С. Тому кожен із синів неминуче успадкує одну з X-хромосом матері, що несе з-алель, і, відповідно, буде страждати колірною сліпотою. Всі дочки теж успадкують одну з X-хромосом матері, яка несе алель с, проте в результаті того, що вони отримують X-хромосому батька з нормальним алелем С, фенотипічно вони будуть нормальні, але будуть носіями рецесивного ознаки (для позначення фенотипічно нормального носія патологічного аллеля символ цього індивідуума штрихує наполовину). У разі, коли сім'я складається з кольорово-сліпого батька і здорової матері, що не є носієм рецесивного алеля, фенотипічно всі діти здорові (рис. 3.2б, перше покоління), але всі дочки виявляться носіями алелі колірної сліпоти, оскільки успадкували батькову X-хромосому , що містить аллель с. Якщо ж одна з дочок утворює сім'ю з чоловіком, нормально що розрізняють кольори, то половина її синів (але ні одна з дочок!) Будуть страждати колірною сліпотою (рис. 3.26, друге покоління). Половина дочок такої жінки буде нести аллель c, який може проявитися в наступному поколінні.
Рис. 3.2. Схема схрещування: механізм спадкування колірної сліпоти.



Імпрінтінг: СИНДРОМИ ПРАДЕРА-Віллі І Енгельмана.
Клінічна картина синдрому Прадера-Віллі (СПВ) включає широкий спектр поведінкових (наприклад, переїдання, нестриманий темперамент, пригнічений стан, депресія) і фізичних (ожиріння, низький зріст) ознак. Серед симптомів синдрому Енгельмана (СЕ) називаються розумова відсталість, незграбна хода і частий неадекватний сміх. Примітно, що в розвиток цих двох фенотипічно різних захворювань залучений один і той же ділянку хромосоми 15; різниця полягає в тому, від кого ця хромосома успадковується - від батька чи від матері. Такий генетичний механізм називається ефектом фіксації (гаметную / генного фіксації або імпринтингу) - залежністю прояви (експресії) гена від того, від кого (батька чи матері) успадковується даний ген.
Механізм, за яким метится (закарбовується) один з алелів, невідомий. Якщо мутантна хромосома 15 успадковується від батька, то дитина страждає СПВ; якщо від матері, то у дитини розвивається СЕ.
Поява нових мутацій: Ракові захворювання
Рак грудей є одним з найбільш часто зустрічаються онкологічних захворювань серед жінок, сукупний ризик якого, за сучасними оцінками, складе до віку 85 років для дівчаток, які народилися в 1990 р., близько 12,6% (інакше кажучи, захворіти може 1 з 8 дівчаток). Припущення про існування гена (генів), відповідального за спадкову схильність до раку грудей, вперше було висловлено більше 100 років тому. Коли воно було підтверджено, то виявилося, що приблизно 5-10% всіх випадків раку грудей контролюються мутаціями певних генів (до цього моменту були картіровани два таких гена - по одному на хромосомах 17 і 13).
Мутації, тобто зміни спадкового апарату клітини, що зачіпають цілі хромосоми або їх частини * - найбільш часто зустрічаються приклади механізмів неменделевской генетики. Розглянемо коротко одну з класифікацій мутацій, що розділяє два їх типи: гаметную (генеративні) і соматичні. Перші змінюють гени, що знаходяться в статевих клітинах, другі - в клітинах тіла.
Гаметную мутації не впливають на фенотип батьків, оскільки вони відбуваються під час формування гамети, тобто коли фенотип батька вже сформувався. Але з моменту виникнення нової мутації вона передається з покоління в покоління за законами Менделя. У результаті таких мутацій, що виникають в поколінні F (Покоління батьків), фенотипічно не виявляють ознак хвороби, а потім передаються з покоління F1 в наступні покоління (F2, F3), ... F , За законами Менделя, розвиваються багато спадкових захворювань. Якщо мутація не детальна і не веде до серйозного пошкодження репродуктивної здатності, процес передачі мутованого гена з покоління в покоління призводить до появи родоводів з багатьма носіями мутації, що почалася тільки в одному алелів (на одній з хромосом представника покоління F ). Так, одна з мутацій гена на хромосомі 17, яка призводить до розвитку ракових захворювань, викликає приблизно 57% всіх успадкованих випадків раку грудей. Механізм виникнення шкідливих мутацій невідомий. Передбачається, що в більшості випадків це спонтанні мутації. Не встановлено також, відбуваються вони в одному алелів (в одного індивідуума) і потім поширюються в популяції або однакові мутації відбуваються у декількох індивідуумів.
Соматичними мутаціями називаються мутації в клітинах, не пов'язаних з формуванням гамет. Вони впливають тільки на самого носія мутації (визначають його фенотип). Найбільш широко відомі соматичні мутації пов'язані з розвитком раку. Соматичні мутації призводять до зникнення вихідних алелів і заміну їх алелями-мутантами. Якщо клітка з таким алелем-мутантом починає ділитися, то у всіх її дочірніх клітинах з'являються алелі-мутанти. Ось чому в індивіда-носія соматичних мутацій співіснують різні клітинні популяції - і та, яка розвивається з «нормальних» клітин (непошкоджених впливом мутагену), і та, яка розвивається з клітин, що містять алелі-мутанти і є причиною захворювання. Таких індивідів-носіїв змішаних клітинних популяцій називають «мозаїками».
Індуковані мутації. До цих пір мова йшла про спонтанні мутації, тобто відбуваються без якої-небудь відомої причини. Виникнення мутацій - процес імовірнісний, і, відповідно, існує набір чинників, які на ці ймовірності впливають і змінюють їх. Чинники, що викликають мутації, називаються мутагенами, а процес зміни ймовірностей появи мутації - індукуванням. Мутації, що виникають під впливом мутагенів, називають індукованими мутаціями.
У сучасному технологічно складному суспільстві люди піддаються впливу самих різних мутагенів, тому вивчення індукованих мутацій набуває все більшого значення.
До фізичних мутагенів належать усі види іонізуючих випромінювань (гамма-та рентгенівські промені, протони, нейтрони тощо), ультрафіолетове випромінювання, високі і низькі температури; до хімічних - багато алкілуючі сполуки, аналоги азотистих основ нуклеїнових кислот, деякі біополімери (наприклад, чужорідні ДНК і РНК), алкалоїди і багато інших хімічних агенти. Деякі мутагени збільшують частоту мутацій в сотні разів.
До числа найбільш вивчених мутагенів належать радіація високих енергій і деякі хімічні речовини. Радіація викликає такі зміни в геномі людини, як хромосомні аберації і втрату нуклеотидних основ. Частота зустрічальності мутацій статевих клітин, індукованих радіацією, залежить від статі та стадії розвитку статевих клітин. Незрілі статеві клітини мутують частіше, ніж зрілі; жіночі статеві клітини - рідше, ніж чоловічі. Крім того, частота мутацій, індукованих радіацією, залежить від умов та дози опромінення.
Соматичні мутації, що виникають в результаті радіації, являють собою основну загрозу населенню, оскільки часто поява таких мутацій є першим кроком на шляху утворення ракових пухлин. Так, одне з найбільш драматичних наслідків Чорнобильської аварії пов'язано зі зростанням частоти зустрічальності різних типів онкологічних захворювань. Наприклад, в Гомельській області було виявлено різке збільшення числа дітей, хворих на рак щитовидної залози. За деякими даними, частота цього захворювання сьогодні в порівнянні з доаварійної ситуацією збільшилася в 20 разів.
ЕКСПАНСІЯ (інсерцій) Повторюємо нуклеотидної послідовності: міотонічна ДИСТРОФІЯ (МД).
 
Зустрічальність міотонічної дистрофії становить 1 на 8000. Це захворювання успадковується як аутосомно домінантне захворювання і є найбільш часто зустрічається форму м'язової дистрофії у дорослих. Клінічно це захворювання вкрай різноманітно; його симптоми включають: міотонії, прогресуючу слабкість, атрофію м'язів, розлади серцево-дихальної системи, катаракти, раннє облисіння, розумову відсталість і атрофію статевих органів. Зазвичай перші клінічні прояви МД спостерігаються в 30-40 років, проте в деяких випадках вона розвивається з моменту народження, і тоді її симптоматика набагато важче. Вроджена МД відрізняється високою смертністю тих, що вижили ж дітей класична симптоматика МД виявляється вже до 10-річного віку.
Мутація, що викликає розвиток МД, була виявлена, описана і картована. Біологічний механізм цієї мутації пов'язаний з нестабільною природою повторюваної послідовності азотистих основ (про структуру ДНК) на ділянці гена, розташованому на довгому плечі хромосоми 19. Генетичний механізм нестабільних повторюваних послідовностей був відкритий порівняно недавно. З невідомої досі причини короткі сегменти ДНК, які складаються з 2, 3 і 4 нуклеотидів, вибудовують повторюваних послідовностей, які включають від двох до декількох сотень таких сегментів. Повторювану послідовність можна представити наступним чином:
АСАСТ - сегмент повторюваної послідовності;
АСАСТАСАСТАСАСТАСАСТ АСАСТ - актуальна послідовність з 5 сегментів;
(А) АСАСТ АСАСТ, (а) АСАСТ АСАСТ АСАСТ АСАСТ - 2 різних алелі (А і а) локусу, що містить повторювану послідовність. Мовою генетики це означає, алель А містить 2 повтору (2 сегмента нуклеотидів), а алель а містить 4 повтору (4 сегмента нуклеотидів).
Сьогодні ці повторювані послідовності знайдені більш ніж в 50 000 локусів людського геному. Кожен локус містить кілька (іноді до 20 і більше) алелів, що включають різну кількість таких повторюваних послідовностей. Ці алелі зазвичай успадковуються за законами Менделя, проте були виявлені і відхиляються від них випадки, коли при переході від одного покоління до іншого кількість повторюваних сегментів змінюється. Завдяки цьому, а також високою варіативності алелів в кожному локусі, повторювані послідовності привертають особливу увагу генетиків, які займаються картуванням і локалізацією генів в геномі людини.
Було відмічено, що чим більше кількість повторюваних послідовностей (тобто чим довше вся повторювана послідовність) у хворих з МД, тим важче протікає захворювання (табл. 3.1).
Як правило, здорові люди є носіями повторюваних послідовностей довжиною в 5-35 сегментів. Аллели хворих, страждаючих легкою формою МД, містять 50-150 повторів. Аллели хворих з класичним МД фенотипом (зазвичай це хворі, у яких клінічні симптоми з'являються в 30-40-річному віці) містять від 100 до 1000 повторів, а алелі хворих МД, симптоматика яких проявляється при народженні, можуть містити більше 2000 повторів. У цілому, чим довше актуальна послідовність (чим більше повторів вона містить), тим раніше виявляє себе захворювання і тим важче воно протікає. Це явище відоме під назвою «генетична антиципація». Генетична антиципація характерна не тільки для МД, але і для ряду інших захворювань (наприклад, хореї Гентінгтона та синдрому «ломкою» Х-хромосоми - другого, після синдрому Дауна, за частотою зустрічальності серед розумово відсталих).
 
 
 
 
Таблиця 3.1
Фенотип
Клінічні
Кількість повторень

симптоми
ряющіхся сегментів
Легка форма
катаракти
50-150
МД


Класична
міотонія
100-1000
форма МД
м'язова атрофія


передчасне облисіння


атрофія статевих органів


кардіорасстроіства

Вроджена МД
гіпотонія
> 1000

розумова відсталість


дісплегія

Фенотипічні прояви МД в залежності від кількості сегментів нуклеотидних послідовностей, що повторюються
СПАДКУВАННЯ СКЛАДНИХ ПОВЕДІНКОВИХ ОЗНАК.
 
До цих пір ми говорили про спадкування якісних ознак (форми та кольору насіння гороху, статевих відмінностей, визначених захворювань). При класифікації цих ознак ніяких труднощів не виникає - ми легко розрізняємо гладкі і шорсткі насіння запашного горошку, чітко розбиваємо людей на групи страждають і не страждають колірною сліпотою і т.д. Проте існує цілий ряд ознак людини, подібна класифікація яких або взагалі неможлива, або можлива тільки зі спеціальними застереженнями. Такі ознаки називаються кількісними (або континуальним) (наприклад, зріст, вага, бали IQ та ін.) Розподілити людей на альтернативні групи за такими ознаками (високі і низькі, «розумні» і «дурні») можна тільки умовно.
Більшість ознак, що вивчаються психогенетикой, характеризується тим, що в середині варіаційного ряду (ряду значень) такого ознаки розташовуються одна або дві максимальні частоти, а праворуч і ліворуч від них розташовуються убуваючі до кінців ряду частоти, причому праві і ліві частоти, однаково віддалені від середнього , приблизно рівні. Він належить до класу кількісних і має нормальне (або наближається до нього) розподіл. Його властивості описані в будь-якому керівництві по статистиці, тому викладати їх тут ми не будемо. Зазначимо тільки, що крива нормального розподілу має надзвичайно важливе значення для психології. Справа в тому, що кожен психологічний ознака у своєму розвитку залежить від дуже великої кількості факторів (і багатьох генів, і багатьох середовищних обставин), що діють у сприятливому або несприятливому напрямі. І саме нормальний розподіл відображає фенотипическое різноманітність, що у результаті множинних факторів на досліджуваний ознака.
Випереджаючи виклад того, що відомо про успадкування кількісних ознак, наведемо більш розгорнутий приклад психогенетических досліджень мінливості складних фенотипів людини.
Коефіцієнт інтелекту, а точніше, його оцінки (бали тощо, отримані в результаті виконання випробуваним набору різних субтестів, а потім усереднені з тим, щоб отримати узагальнену змінну, що описує пізнавальні ознаки людини), розподілений континуально, тобто є прикладом кількісної ознаки. При дослідженні континуальних характеристик неможливо визначити кількість «хворих» і «здорових», тобто не можна застосувати закони Менделя, що описують механізми дослідження дискретних ознак. Тим не менш численні психогенетические дослідження інтелекту показали, що вони передаються у спадок. Наприклад, батьки з високими показниками за інтелектом зазвичай мають дітей, чиї інтелектуальні здібності вище середнього. Однак механізм передачі в спадщину інтелектуальних здібностей не відповідає законам Менделя.
Крім того, на функціонування кожного гена впливають характеристики середовища. Припустимо, що деякий ген А чутливий до зміни температури в навколишньому його клітинної середовищі (тобто експресія гена залежить від характеристик навколишнього середовища). Тоді можна припустити існування наступної причинного ланцюжка: температура клітинної середовища підвищується (у відповідь на якісь зовнішні середовищні впливу або на внутрішню реакцію організму, наприклад, на інфекцію); у змінених температурних умовах аллель А виробляє більше білка (найімовірніше, в якійсь своїй зміненій формі), що впливає на досліджуваний нами ознака, і ознака проявляється сильніше. Міркування про подібні ланцюжках подій призвело до виникнення ще однієї моделі успадкування, званої мультифакторної. Відповідно до цієї моделі, формування ознаки контролюється складною взаємодією багатьох і генних, і середовищних факторів.
Отже, в ситуації, коли розглядається ознака чутливий до середовищних впливів, коли алелів у кожного гена більше двох і коли кожен з цих алелей може мати або не мати відмінні за величиною вклади в фенотип, всі ці фактори призводять до формування континуальних (безперервних) розподілів. Тому не дивно, що часто в природі спостерігається континуальність, навіть у тих випадках, коли самі алелі генів, контролюючих досліджуваний ознака, успадковуються відповідно до законів Менделя.
Уявлення про те, що кількісні ознаки формуються в результаті дії безлічі генів, є наріжним у роздiлi генетики, званому генетикою кількісних ознак. Ця галузь науки була розроблена Р. Фішером і С. Райтом. Генетика кількісних ознак являє собою основу для загальної теорії походження (етіології) індивідуальних відмінностей, будучи міждисциплінарною наукою. Її міждисциплінарність визначається як знаннями, що створюють її основу (загальна біологія, генетика, психологія та статистика), так і використовуваними нею методологічними та концептуальними апаратами різних наук (генетики, психології, психофізіології і т.д.). У даному випадку має місце двосторонній рух, оскільки, збагачуючись від різних наук, генетика кількісних ознак сама збагачує ці науки. Центральної догмою генетики кількісних ознак є твердження про те, що всередині популяції існують континуально (безперервно) розподілені кількісні оцінки індивідуально-психологічних особливостей. Генетика кількісних ознак систематизує міжіндивідуальні відмінності і розглядає їх не як "шум в системі» (як це властиво, наприклад, наукам, увага яких зосереджена на міжгрупових відмінностях), а як закономірну мінливість всередині досліджуваної групи. Крім того, генетика кількісних ознак вказує на джерела появи мінливості і визначає внесок кожного з цих джерел.
Якщо генетичні чинники впливають на формування індивідуальних відмінностей за якоюсь ознакою, то ступінь фенотипического подібності родичів повинна змінюватися в залежності від ступеня їх генетичної спорідненості. Наприклад, родичі першого ступеня спорідненості (батьки - діти і рідні сиблинги) в середньому мають 50% загальних генів. Іншими словами, дитина успадковує приблизно по 50% генів від кожного з батьків (але це - середня величина; в кожному конкретному випадку може бути і більше, і менше). Якщо один з сиблингов успадкує якийсь аллель від одного батька, то ймовірність успадкування того ж алелі іншим сиблингам складе в середньому 50%.
У разі пізнавальних здібностей (і деяких захворювань, наприклад, шизофренії) ступінь фенотипического подібності між родичами збільшується у міру збільшення їх генетичної близькості. Наприклад, імовірність того, що окремо взятий в популяції людина захворіє на шизофренію, становить 1%. Якщо ж у сім'ї є хворий, то ризик захворювання на шизофренію для його родичів другого ступеня (онуків і племінників) складе приблизно 4%. Однак для родичів першого ступеня спорідненості (батьків, сиблингов, дітей) цей ризик збільшується до 9%. Нарешті, ризик розвитку шизофренії стрімко зростає до 48% для монозиготних близнюків-шизофреніків. Ця цифра набагато більше цифри, одержаної для дизиготних пар (17%).
Але на якій підставі ми припускаємо, що шизофренія є континуальний ознака? Ми звикли міркувати про шизофренію в термінах дихотомії (людина або хворий, або здорова), а тут чомусь припускаємо, що це захворювання виникає в результаті дії безлічі генів у поєднанні з несприятливою середовищем. Виявляється, що навіть у разі, коли на ознаку впливає безліч генів, проявлятися він може в альтернативній формі (хворий - здоровий). Для пояснення цього факту запропоновано поняття «схильність» («схильність») і «поріг». Схильність проявляється в тому, що в разі спадкових захворювань ризик захворіти у родичів вище, ніж у неродичів, причому сам по собі цей ризик являє континуум зростаючою сприйнятливості до захворювання (чим вище ступінь спорідненості, тим вище ризик). Поріг проявляється в тому, що на умовною шкалою схильності за цим порогом оказиваюхся носії даної ознаки, тобто хворі.
«Схильність» («схильність») і «поріг» - гіпотетичні поняття. Використовуючи їх і засновані на них моделі, можна, тим не менш, отримати багато корисної статистичної інформації про те, як здійснюється передача тієї чи іншої ознаки у спадок. Наприклад, якщо кореляція за ознакою шизофренії для кровних родичів першого ступеня спорідненості дорівнює 0,45, то, грунтуючись на оцінках частоти зустрічальності шизофренії в популяції (1%), можна підрахувати, що ризик захворювання для таких родичів становить 9%.
Альтернативна гіпотеза спадкування складних поведінкових ознак стверджує, що порогів, що розділяють різні стану організму (наприклад, стану «хворий» і «здоровий»), не існує. Відповідно до цієї гіпотези, симптоматика захворювання плавно зростає, створюючи безперервний континуум між нормальним і патологічним. Останнім часом широку підтримку отримує гіпотеза про те, що, наприклад, алкоголізм і депресія є саме такими ознаками без чітких меж між нормою і патологією.
Коли ж мова йде про нормальні психологічних ознаках (балах IQ, швидкості рухових реакцій, особливості пам'яті, уваги тощо), розподіл на альтернативні групи (наприклад, «швидких» і «повільних») можливо лише умовно, в межах дослідженої вибірки («повільний» в даній вибірці може виявитися «швидким» в іншій). Тому для психогенетики моделі кількісної генетики виявляються найбільш адекватними.
Подібність родичів по аналізованих ознаками дозволяє стверджувати, що генетичні чинники впливають на кількісні ознаки, прикладом яких може служити як патологія (наприклад, шизофренія), так і норма (наприклад, когнітивні здібності). Проте незаперечним доказом генетичної етіології аналізованих ознак подібність родичів вважатися не може. Справа в тому, що більшість пар родичів живуть під одним дахом і проводять разом багато часу. Ця схожість сімейного середовища також може відігравати суттєву роль у формуванні подібності родичів по фенотипическим ознаками. Для того щоб розділити вклади середовища і генів, дослідники застосовують спеціальні статистичні моделі або вивчають декілька типів родичів одночасно.
Спадкування континуально розподілених ознак не підкоряється законам Менделя. Ці ознаки, до категорії яких потрапляє більшість складних поведінкових характеристик людини, успадковуються згідно мультифакторний моделям - моделям, враховує спільне вплив багатьох генів і багатьох факторів середовища; при цьому гени і середовище взаємодіють між собою. Одна з таких моделей будується навколо поняття «схильність» («схильність»). Генетична схильність - не достатня умова для розвитку ознаки, однак вона визначає ймовірність його появи. Це поняття частіше використовується в медичній генетиці, але можна вважати, що концепція генетичної схильності застосовна і до нормальних психічних ознаками, оскільки вони також є ознаками мультифакторний; сьогодні це припущення - тільки гіпотеза.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Курсова
145.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Генетика 2
Генетика
Генетика 13
Генетика 2
Медична генетика
Генетика статі
Популяційна генетика
Генетика і еволюція
Фізіологія і генетика мікроорганізмів
© Усі права захищені
написати до нас