Менделюючі ознаки людини. Моногенні хвороби та моногенні ознаки

Реферати > Біологія > Менделюючі ознаки людини. Моногенні хвороби та моногенні ознаки

Ген серпоподібно-клітинної анемії кодує аномальний гемоглобін, який проявляється і у гетерозигот, але вони залишаються життєздатними, а гомозиготи гинуть у ранньому дитячому віці. Серед народів Закавказзя і Середземномор’я зустрічається ген таласемії, який також кодує аномальний гемоглобін. Гомозиготи за ним у 90-95% випадків гинуть, а у гетерозигот відхилення від норми незначне.

Концентрація генів аномальних гемоглобінів особливо велика у районах, де раніше була поширена тропічна малярія. Еритроцити з аномальним гемоглобіном стійкі до проникнення у них малярійних плазмодіїв. Носії цих генів малярією не хворіють (або хворіють у легкій формі). Але тобі, коли ще не було засобів для лікування малярії, вони мали перевагу у виживанні порівняно з людьми, які мали нормальний гемоглобін.

Іноді до алельних можуть відноситися не два, а більше алелів. Тоді їх називають серією множинних алелів. Виникають множинні алелі у результаті багаторазової мутації одного і того ж локуса у хромосомі. Так, окрім основних домінантного і рецесивного алелів гена з’являються проміжні алелі, які по відношенню до домінантного ведуть себе як рецесивні, а по відношенню до рецесивного – як домінантні алелі того ж гена. Домінування – це відносна властивість гена.

У людини деякі патологічні стани успадковуються зчеплено зі статтю. До них належить гемофілія (знижена швидкість зсідання крові, що зумовлює підвищену кровотечу). Алель гена, який контролює нормальне зсідання крові (H), і його алель на пара «ген гемофілії» (h) знаходяться у Х-хромосомі і перший домінує над другим. Запис генотипу жінки гетерозиготною за цією ознакою матиме вигляд XH Xh – така жінка матиме нормальний процес зсідання крові, але вона є носієм цієї вади. У чоловіків лише одна Х-хромосома. Отже, якщо у нього в Х-хромосомі знаходиться алель Н, то він буде мати нормальний процес зсідання крові. Якщо ж Х-хромосома чоловіка має алель h, то він буде хворіти на гемофілію: Y-хромосома не несе генів, які визначають механізм зсідання крові.

Природно, що рецесивний алель гемофілії у гетерозиготному стані може знаходитися у жінок навіть протягом кількох поколінь, доки знову не проявиться у кого-небудь з осіб чоловічої статі. Хвора на гемофілію жінка (Xh Xh ) може народитися тільки від шлюбу гетерозиготної за гемофілією жінки з хворим на гемофілію чоловіком (Xh Y). З огляду на рідкість цієї хвороби таке поєднання малоймовірне.

Аналогічним чином успадковується дальтонізм, тобто така аномалія зору, коли людина не розрізняє кольорів, найчастіше червоний від зеленого. Нормальне сприймання кольорів зумовлене домінантним алелем, який локалізований у Х-хромосомі (XD). Його рецесивний алель у гомо- і гемізиготному стані (Xd Xd Xd Y) спричинює розвиток дальтонізму. Звідси зрозуміло, чому дальтонізм частіше зустрічається у чоловіків, ніж у жінок: у чоловіків тільки одна Х-хромосома і якщо в ній знаходиться рецесивний алель, який детермінує дальтонізм, він обов′язково проявиться. У жінок дві Х-хромосоми; вони можуть бути частіше гетерозиготними, і дуже рідко гомозиготними за цією вадою зору; тільки в останньому випадку вона буде дальтоніком.

Якщо рецесивні прояви ознаки, успадковані через Х-хромосоми у жінок, проявляються тільки у гомозиготному стані, то домінантні рівною мірою проявляються у обох статей. До таких ознак у людини відносяться: вітаміностійкий рахіт, темна емаль зубів тощо.

Ознаки, які успадковуються через Y-хромосому, називають голандричними. Вони передаються від батька всім його синам. До таких у людини відноситься інтенсивний ріст волосся по краю вушної раковини.

У всіх прикладах схрещування, наведених вище, мало місце незалежне комбінування генів, що належать до різних алель них пар. Це можливо лише тому, що названі гени локалізовані у різних парах хромосом. Проте кількість генів значно перевищує кількість хромосом. Отже, у кожній хромосомі локалізовано багато генів, які успадковуються разом. Гени, локалізовані в одній хромосомі, називають групою зчеплення. Природно, що у кожного виду організмів кількість груп зчеплення дорівнює кількості пар хромосом.

Отже, встановлений Менделем принцип незалежного успадкування і комбінування ознак проявляється тільки тоді, коли гени, які визначають ці ознаки, знаходяться у різних парах хромосом (належать до різних груп зчеплення).

Проте виявилось, що гени, які знаходяться в одній хромосомі, зчеплені не абсолютно. Під час мейозу, при кон’югації хромосом гомологічні хромосоми обмінюються ідентичними ділянками. Цей процес називають кросинговером, або перехрестом. Кросинговер може відбутися у будь-якій ділянці хромосоми, навіть у кількох місцях однієї хромосоми. Чим більша відстань між окремими локусами, тим частіше між ними відбувається перехрест і обмін ділянками.

Обмін ділянками між гомологічними хромосомами має велике значення для еволюції, тому що значно збільшує можливості комбінативної мінливості. Внаслідок перехресту добір у процесі еволюції йде не за цілими групами зчеплення, а за групами генів і навіть окремими генами. Адже в одній групі зчеплення можуть знаходитися гени, які кодують поряд з адаптативними (пристосувальними) і неадаптативні стани ознак. У результаті перехресту “корисні” для організму алелі можуть бути відділені від “шкідливих” і, отже, виникнуть більш корисні для існування виду генні комбінації – адаптативні. Прикладом тісного зчеплення генів у людини може бути успадкування резус-фактора. Воно зумовлене трьома парами генів C, D, K, які тісно зчеплені між собою, тому успадкування резуса відбувається за типом моно гібридного схрещування. Наявність резус-фактора зумовлена домінантними алелями. Тому у шлюбі жінки з наявністю резус-негативної крові і чоловіка з резус-позитивною кров'ю всі діти будуть резус-позитивними, якщо батько гомозиготний за цією ознакою. Якщо ж батько за цією ознакою гетерозиготний, то необхідно очікувати розщеплення у співвідношенні 1:1.

Так само близько розташовані у Х-хромосомі гени гемофілії і дальтонізму. Якщо вже вони є, то успадковуються разом. Локалізований у цій же хромосомі ген альбінізму знаходиться на великій відстані від гена дальтонізму і може дати з ним досить високий процент перехресту.

Аутосомно-домінантний тип успадкування. Вперше описується родовід з аутосомно-домінантним типом успадкування аномалії людини у 1905р. Фарабі (це - брахідактилія).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 × 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 ауто сомі;

5)імовірність народження хворої дитини, якщо хворий один з батьків, складає 50%.

Генетика тісно пов’язана з медициною. Відомо більше двох тисяч спадкових хвороб і аномалій розвитку. Їх вивчають на молекулярному, клітинному рівнях, на рівні організму і популяції. Генетикою отримані важливі відомості про те, що спадкові хвороби у певних умовах можуть не проявлятися; у ряді випадків можуть бути дані цінні рекомендації по їх запобіганню. І на сучасному етапі актуальними завданнями генетики є подальше вивчення цих хвороб, розроблення методів по запобіганню дефектів розвитку, спадкових хвороб та злоякісних новоутворень.

Моногенним називається такий тип успадкування, коли спадкова ознака контролюється одним геном. Досліджував закономірності моногенного успадкування видатний вчений Г.Мендель. Він експериментально обґрунтував наявність одиниць спадковості (спадкових задатків, спадкових факторів) і описав їх важливі властивості – дискретність, стабільність, специфічність алельного стану.

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

Основні закономірності успадкування були відкриті Менделем. За рівнем розвитку науки свого часу Мендель не міг ще пов’язати спадкові фактори з певними структурами клітини. Згодом було встановлено, що гени знаходяться у хромосомах, тому при поясненні закономірностей, які встановив Мендель, будемо виходити із сучасних уявлень на клітинному рівні. Мендель досяг успіхів у своїх дослідженнях завдяки зовсім новому, розробленому ним методу, який назвали методом гібридологічного аналізу (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 рецесивної ознак; домінантна (від лат.dominans – панувати) ознака, яка проявляє себе, рецесивна(від лат. recessivus – відступаючий) 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 чистоти 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 ґрунтуються правила (закони) успадкування, сформульовані Г.Менделем.

Закон одноманітності гібридів першого покоління. У дослідах Менделя при схрещуванні сортів гороху, які мали жовте і зелене насіння, все потомство (тобто гібриди першого покоління) виявилось із жовтим насінням. Виявлена закономірність була названа законом одноманітності гібридів першого покоління. Вияв ознаки у першому покоління отримав назву домінантного, а той вияв, що був пригнічений, тобто не проявився, назвали рецесивним. “Спадкові фактори” (за сучасною термінологією - гени) Мендель запропонував позначати літерами латинського алфавіту. Домінантний – великою літерою, рецесивний – малою. Кожна клітина тіла має диплоїдний набір хромосом. Всі хромосоми парні, алелі ж генів знаходяться у гомологічних хромосомах. Отже, у зиготі завжди є дві алелі, і генотипові формулу за будь-якою ознакою необхідно записувати двома літерами (АА – особина, гомозиготна за домінантним алелем, за рецесивним – аа, гетерозиготна Аа). Досліди показали, що рецесивний алель проявляється тільки у гомозиготному стані, а домінантний – як у гомозиготному, так і у гетерозиготному стані. Гени розташовані у хромосомах. Отже, в результаті мейозу гомологічні хромосоми (а з ними алелі генів) розходяться у різні гамети. Оскільки гомозиготна особина у своєму наборі хромосом містить один і той же алель, то така особина утворює один тип гамет.

Розглянемо приклад моногібридного схрещування. Із спостережень відомо, що у людини здатність краще володіти правою рукою домінує над здатністю краще володіти лівою. Якщо припустимо, що взяли шлюб гомозиготні правша і лівша, то генотипи батьків і дітей у цій сім'ї необхідно записати так:

P АА × аа

G А а

F Аа 100%

Оскільки у першого батька тільки один тип гамет (А) і у другого батька також один тип гамет (а), можливе лише одне поєднання – Аа. Всі гібриди першого покоління виявляються одноманітними; гетерозиготними за генотипом і домінантними за фенотипом (правшами).

Отже, перший закон Менделя, або закон одноманітності гібридів першого покоління, у загальному вигляді можна сформулювати так: при схрещуванні гомозиготних особин, які відрізняються за однією парою альтернативних виявів ознаки, все потомство у першому поколінні одноманітне як за фенотипом, так і за генотипом.

При схрещуванні однорідних гібридів першого покоління між собою (самозапилення або споріднене схрещування) у другому поколінні з'являються особини як з домінантними так і з рецесивними виявами ознаки, тобто спостерігається розщеплення. Узагальнюючи фактичний матеріал Мендель дійшов висновку, що у другому поколінні відбувається розщеплення виявів ознаки у певних частотних співвідношеннях, а саме 75% особин мають домінантні ознаки, а 25% - рецесивні. Ця закономірність отримала назву другого закону Менделя, або закону розщеплення.

З другого закону Менделя, використовуючи сучасну термінологію, можна зробити висновок, що:

1) алелі гена, перебуваючи у гетерозиготному стані, не змінюють один одного;

2) при дозріванні гамет у гібридів утворюється приблизно однакова кількість гамет з домінантними і рецесивними алелями;

3) при заплідненні чоловічі й жіночі гамети, що несуть домінантні і рецесивні алелі, вільно комбінуються.

При схрещуванні двох гетерозигот (Аа), у кожної з яких утворюється два типи гамет – половина з домінантним алелем (А), половина з рецесивним алелем (а), необхідно очікувати чотири типи поєднання. Яйцеклітина з алелем А може бути запліднена з однаковою долею ймовірності як сперматозооном з алелем А, так і сперматозооном з алелем а. Точно так само яйцеклітина з алелем а може бути запліднена сперматозоонами тих же двох типів або з алелем А, або з алелем а. Виникнуть зиготи АА, Аа, Аа, аа. За зовнішнім виглядом (фенотипом) особини АА і Аа не відрізняються, тому розщеплення відбувається у співвідношенні 3:1. Проте генотипом співвідношення залишиться 1АА:2Аа:1аа.

Таким чином, другий закон Менделя формулюється так: при схрещуванні двох гетерозиготних особин, тобто гібридів, які аналізуються за однією парою альтернативних виявів ознаки, у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 3:1 і за генотипом 1:2:1.

Алелі гена, знаходячись у гетерозиготному стані, не зливаються, не розводяться, не змінюють один одного. Цю закономірність Мендель назвав гіпотезою чистоти гамет. Згодом гіпотеза отримала цитологічне обґрунтування. Ми пам’ятаємо, що у соматичних клітинах диплоїдний набір хромосом. У однакових місцях (локусах) гомологічних хромосом знаходяться алелі гена. Якщо це гетерозиготна особина, то у одній із гомологічних хромосом розташований домінантний алель, у другій – рецесивний. При утворенні статевих клітин відбувається мейоз і у кожну з гамет потрапляє лише одна з гомологічних хромосом. У гаметі може бути лише один алель гена. Гамети залишаються “чистими”, вони несуть тільки якийсь один алель, що визначає один з альтернативних виявів ознаки.

Успадкування однієї з груп крові у людини пов’язане з серією множинних алелів. Система груп крові АВО успадковується за типом множинних алелів. Вона має чотири фенотипи: група І (О), група ІІ (А), група ІІІ (В) і група IV (АВ). Кожний з цих фенотипів відрізняється специфічними білками-антигенами, які містяться у еритроцитах, і антитілами – зосереджуються у сироватці крові. Фенотип І (О) зумовлений відсутністю у еритроцитах антигенів А і В і наявністю у сироватці крові антитіл α і β. Фенотип ІІ (А) характеризує наявність у еритроцитах антигена А і антитіл β у сироватці. Фенотип ІІІ (В) пов’язаний з наявністю у еритроцитах антигена В, а у сироватці крові – антитіла α. Фенотип IV (АВ) залежить від наявності у еритроцитах антигенів А і В та відсутності у сироватці крові антитіл α і β. Встановлено, що чотири групи крові людини зумовлені успадкуванням трьох алелів одного гена (ІА, ІВ, і). При цьому І (нульова) група зумовлена рецесивним алелем (і), над яким домінує як алель ІА, який визначає ІІ групу, так і алель ІВ, від якого залежить ІІІ група. Алелі ІА, ІВ у гетерозиготі визначають IV групу, тобто має місце кодомінування. Таким чином, І група крові буває лише при генотипі і і, ІІ – при генотипах ІА ІА і ІА і, ІІІ – при генотипах ІВ ІВ і ІВ, і, IV – при генотипі ІА, ІВ.

Кодомінування має місце і при успадкуванні групи крові за системою MN, відкритою у 1927 році. Ця система визначається двома алелями: ІM і ІN. У сироватці крові з тим чи іншим фенотипом за цією системою груп крові немає антитіл до відповідних антигенів, як це має місце у системі АВО. Тому звичайно при переливанні крові ця система може не враховуватись. Принцип успадкування груп крові, зокрема за системою АВО, використовується у судовій практиці з метою експертизи батьківства. При цьому необхідно пам’ятати таке: за групою крові не можна встановити , що певний чоловік є батьком дитини. Можна лише сказати, чи міг він бути батьком дитини чи батьківство виключене.

Таблиця успадкування груп крові за системою

АВО

Групи Гени, які визначають синтез специфічних Можливі генотипи

еритроцитарних білків

І (О) і іі

ІІ (А) ІА ІА ІА, ІА і

ІІІ (В) ІВ ІВ ІВ, ІВ і

IV (АВ) ІА, ІВ ІА ІВ

Правило незалежного комбінування ознак. Вивчаючи розщеплення при дигібридному схрещуванні, Мендель виявив, що ознаки успадковуються незалежно одна від одної. Ця закономірність відома як правило незалежного комбінування ознак, формулюється так: при схрещуванні гомозиготних особин, які відрізняються парами альтернативних виявів двох (або більше) ознак, у другому поколінні спостерігається незалежне успадкування і комбінування ознак, якщо гени, що їх визначають розташовані у різних гомологічних хромосомах. Це можливе, бо при мейозі розподіл (комбінування) хромосом у статевих клітинах при їх дозріванні іде незалежно, що може привести до виникнення нащадків, які несуть ознаки у поєднаннях, що не властиві батьківським і прабатьківським особинам.

Розглянемо це на прикладі успадкування ознак у людини. Припустимо, беруть шлюб дигетерозиготи за кольором очей і здатністю краще володіти правою рукою (АаBb). При формуванні гамет при мейозі не гомологічні хромосоми можуть комбінуватися у будь-якому поєднанні, тому хромосома, яка несе алель А, ймовірно може відійти в гамету як з хромосомою, що несе алель В, так і з хромосомою, яка несе алель b. Так само хромосома, яка несе алель а, може комбінуватися як з хромосомою, що несе алель В, так і з хромосомою, що несе алель b. Отже, у дигетерозиготної особини утворюється чотири можливі комбінації генів у гаметах: AB, Ab, aB, ab. Всіх гамет буде порівну (по 25%). При схрещуванні цих гетерозиготних особин будь-яка з чотирьох типів гамет одного батька може бути запліднена будь-якою з чотирьох типів гамет, що сформувалися у іншого батька, тобто можливі 16 комбінацій. Таку ж кількість необхідно очікувати за законами комбінаторики.

Решітка Пеннета

F AaBb × AaBb

G AB,Ab,aB,ab; AB,Ab,aB.ab.

♀ ♂ AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb

Ab AABb Aabb AaBb Aabb

aB AaBB AaBb aaBB aaBb

ab AaBb Aabb aaBb aabb

При підрахунку фенотипів, записаних у решітці Пеннета, виявилось: із 16 можливих комбінацій у другому поколінні у 9 реалізуються домінантні прояви обох ознак (А – В -, у нашому прикладі – кароокі правші), у 3 – перша ознака має домінантний вияв, друга рецесивний (A – bb, у нашому прикладі – кароокі лівші), ще у 3 – перша ознака має рецесивний вияв, друга – домінантний (aaB - , тобто голубоокі правші), а у однієї – обидві ознаки мають рецесивний вияв (aabb, у нашому випадку – голубоокі лівші). Отже, відбулося розщеплення за фенотипом у співвідношенні 9:3:3:1.

Якщо при дигібридному схрещуванні у другому поколінні послідовно провести підрахунок отриманих особин за кожною ознакою окремо, то результат вийде таким же, як і при моногібридному схрещуванні, тобто 3:1.

У нашому прикладі розщеплення за кольором очей вийде співвідношення: карооких 12/16, голубооких 4/16, за іншою ознакою – правців 12/16, лівшів 4/16, тобто, уже відоме співвідношення 3:1.

Дигетерозигота утворює чотири типи гамет, тому при схрещуванні з рецесивною гомозиготою спостерігається чотири типи нащадків: при цьому розщеплення як за фенотипом, так і за генотипом відбувається у співвідношенні 1:1:1:1.

Одним з перших і вагомих доказів ролі хромосом у явищах спадковості було відкриття закономірності, згідно з якою стать успадковується як менделююча ознака, тобто успадковується за законами Менделя. Відомо, що хромосоми, які утворюють одну гомологічну пару, дуже подібні одна до одної, але це справедливо лише що до аутосом. Статеві хромосоми, або гетерохромосоми, можуть дуже відрізнятися між собою як за формою, так і за інформацією, яка у них закодована. Поєднання статевих хромосом у зиготі визначає стать майбутнього організму. Більшу із хромосом цієї пари прийнято називати Х-хромосомою, меншу – Y-хромосомою. У деяких тварин Y-хромосоми немає.

Поиск по сайту: