Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках. Плейотропия, пенетрантность, экспрессивность, генокопии.

Плейотропия (от греч. Pléiōn— более многочисленный, больший и trópos — поворот, направление), множественное действие гена, способность одного наследственного фактора — гена — воздействовать одновременно на несколько разных признаков организма. В начальный период развития менделизма, когда не делали коренного различия между генотипом и фенотипом, преобладало представление об однозначном действии гена («один ген — один признак»). Однако соотношение между геном и признаком оказалось гораздо более сложным. Ещё Г. Мендель обнаружил, что один наследственный фактор у растений гороха может определять различные признаки: красную окраску цветков, серую — кожуры семени и розовое пятно у основания листьев. В дальнейшем было показано, что проявление гена может быть многообразным и что практически всем хорошо изученным генам присуща Плейотропия, т. е. каждый ген действует на всю систему развивающегося организма, а любой наследственный признак определяется многими генами (фактически всем генотипом). Так, гены, определяющие окраску шерсти у домовой мыши. влияют на размеры тела; ген, влияющий на пигментацию глаз у мельничной огнёвки, имеет ещё 10 морфологических и физиологических проявлений и т.д. Плейотропия часто распространяется на признаки, имеющие эволюционное значение, — плодовитость, продолжительность жизни, способность выживать в крайних условиях среды. У дрозофилы многие изученные мутации влияют на жизнеспособность (например, ген белоглазия воздействует также на цвет и форму внутренних органов, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни). Значение Плейотропия для эволюции подчёркивалось ещё С. С. Четвериковым в 1926: «Для понимания деятельности отбора чрезвычайно важно представление о множественном действии гена (плейотропии), введённое Морганом. Это приводит нас к представлению о генотипической среде как комплексе генов, внутренне и наследственно воздействующих на проявление каждого гена в его признаке».

Пенетрантность может быть полная или неполная либо выражена в процентах. В родословных, в которых прослеживается наследование аутосомно-доминантного заболевания, неполная пенетрантность гена, вызывающего это заболевание, будет проявляться так называемым пропуском поколения (рис. 5.3).

Как следует из рис. 5.3, женщина III должна быть облигатной носительницей мутантного гена, так как был болен ее отец и больны двое из ее детей. В то же время сама женщина здорова и, следовательно, у нее ген не пропенетрировал.

На рис. 5.3 также изображены так называемые трехпоколенные цепи. В обширных родословных метод трехпоколенных цепей может быть использован для прямой оценки пенетрантности гена. Для этого учитывают все трехпоколенные семьи, происходящие от больных и имеющие больных в 3-м поколении так, чтобы в них не было общих промежуточных предков. Доля промежуточных предков, у которых проявилось заболевание, от общего числа промежуточных предков даст оценку пенетрантности гена.

Экспрессивность гена означает степень выраженности проявлений гена. Как правило, любой геноконтролируемый признак варьирует в своем проявлении. Для наследственных болезней, особенно аутосомно-доминантных, варьирование в степени выраженности каждого симптома заболевания и даже в количестве симптомов заболевания является хорошо установленным фактом из-за того, что каждый больной подвергается клиническому обследованию. В общем виде причиной различной выраженности симптомов наследственного заболевания или варьирующей экспрессивности мутантного гена могут быть как генотипическая среда, т.е. другие гены организма, так и факторы внешней среды. К сожалению, конкретные причины варьирующей экспрессивности мутантных генов остаются неизвестными.

Сцепленное наследование. Эксперименты Т.Моргана.

Сцепленное наследование — феномен скоррелированного наследования определённых состояний генов, расположенных в одной хромосоме.

Полной корреляции не бывает из-за мейотического кроссинговера, так как сцепленные гены могут разойтись по разным гаметам. Кроссинговер наблюдается в виде расцепления у потомства тех аллелей генов и, соответственно, состояний признаков, которые были сцеплены у родителей.

Наблюдения, проведённые Томасом Морганом, показали, что вероятность кроссинговера между различными парами генов разная, и появилась идея создать генные карты на основании частот кроссинговера между разными генами. Первая генная карта была построена студентом Моргана, Альфредом Стёртевантом (англ.) в 1913 году на материале Drosophila melanogaster.

Расстояние между генами, расположенными в одной хромосоме, определяется по проценту кроссинговера между ними и прямо пропорционально ему. За единицу расстояния принят 1 % кроссинговера (1 морганида или 1 сантиморганида). Чем дальше гены находятся друг от друга в хромосоме, тем чаще между ними будет происходить кроссинговер. Максимальное расстояние между генами, расположенными в одной хромосоме, может быть равно 49 сантиморганидам.

Явление сцепленного наследования Т.Х. Морган ус­тановил с помощью такого эксперимента. Он скрестил самцов дрозофилы, гомозиготных по доминан­тным аллелям окраски тела (серая) и формы крыльев (нормальные), с самками, гомозиготными по соответ­ствующим рецессивным аллелям (черная окраска тела – недоразвитые крылья). Все гибриды первого поколе­ния, полученные от такого скрещивания, были гетеро­зиготны по обоим генам и имели серую окраску тела и нормальную форму крыльев. После этого Т.Х. Морган провел анализирующее скрещивание: он скрестил гиб­риды первого поколения с особями, гомозиготными по соответствующим рецессивным аллелям.

Теоретически от такого скрещивания можно было ожидать два варианта расщепления по фенотипу. Если бы гены, определяющие окраску тела и форму крыль­ев, были расположены в негомологичных хромосомах, то есть наследовались независимо, расщепление дол­жно было быть таким: 25% особей с серым телом и нор­мальной формой крыльев, 25% – с серым телом и недоразвитыми крыльями, 25% – с черным телом и нор­мальными крыльями и 25% — с черным телом и недо­развитыми крыльями (т. е. в соотношении 1:1:1:1). Если бы эти гены располагались в одной хромосоме и насле­довались сцепленно, то среди потомков можно было бы ожидать 50% особей с серым телом и нормальной фор­мой крыльев и 50%) – с черным телом и недоразвитыми крыльями (т. е. в (’оотношении 1:1).