АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Условия действия и значение законов Менделя

1. Основные законы наследуемости были описаны Грегором Мен­делем (1822—1884). 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.

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

2. Э тот закон называют законом независимого расщепления. Суть его 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 появляются особи с фенотипами как исходных родитель­ских форм (F₀), так и f₁.

В основе этого закона лежит закономерное поведение пары гомологичных хромосом (с аллелями А и а), которое обеспечива­ет образование у гибридов F, гамет двух типов, в результате чего среди гибридов F₂ выявляются особи трех 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, т. е. 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 (F₀), т. е. наблюдается расщепление 1:2:1.

Приведем некоторые примеры этих типов наследования.

3. Хорея Гентингтона (ХГ) — дегенеративное заболевание нерв­ных клеток в базальных структурах переднего мозга. Оно начи­нается с изменений личности больного и сопровождается про­грессирующим ухудшением памяти, слабоумием и появлением непроизвольных движений.

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.

ХГ передается по наследству как доминантный признак. Инди­видуум, страдающий ХГ, является носителем одного доминант­ного аллеля (X), вызывающего развитие заболевания, и одного нормального, 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 гено-гипа(Хх) и в момент скрещивания порождает гамету либо с X, либо с х аллелем. Гаметы нормального родителя всегда содержат рецессивные аллели х. Дети таких родителей всегда наследуют один здоровый аллель, передаваемый по наследству нормальным родителем. Однако, поскольку при зачатии аллели родителей комбинируются по случайному закону, для каждого из потомков вероятность наследования аллеля X от родителя, страдающего ХГ, составляет 50 %. Этим и объясняется тот факт, что у супружеской пары, один из супругов которой страдает ХГ, только 50% детей страдают тем же заболеванием.

Для ХГ характерна одна особенность: первые симптомы этого заболевания проявляются лишь в зрелом возрасте, т. е. тогда, ког­да большинство людей уже создали семью и обзавелись детьми. В ином случае пациенты, страдающие ХГ, вообще не могли бы иметь потомков, так как умирали бы до наступления половой зрелости. Передача по наследству доминантного аллеля X воз­можна именно потому, что его летальный эффект не проявляется до начала репродуктивного периода.

4. 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 (1 на 1 0 000 новорожденных). Как и в случае ХГ, исследователи изучали частоту встречаемости ФКУ в семьях пробандов. Оказалось, что пациенты, страдающие ФКУ, обычно имеют здоровых родителей. Кроме того, было замечено, что ФКУ чаще встречается в семьях, в которых родители являются кровными родственниками.

ФКУ передается по рецессивному типу наследования, т. е. генотип больного содержит два аллеля ФКУ, полученных от обо­их родителей. Потомки, которые имеют только один такой аллель, не страдают заболеванием, но являются носителями аллеля ФКУ и могут передавать его своим детям.

Ген ФКУ и его структурные варианты, встречающиеся в раз­ных популяциях, хорошо изучены. Имеющиеся знания позволя­ют проводить своевременную пренатальную диагностику, стем чтобы определить, унаследовал ли развивающийся зародыш две, копии аллеля ФКУ от обоих родителей. В некоторых странах, например в Италии, где частота встречаемости ФКУ достаточно высока, такая диагностика проводится в обязательном порядке для каждой беременной женщины.

5. 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 (F₂) 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 (F,) 4 типов гамет (АВ, Ав, аВ, ав), а после образования зигот — к закономер­ному расщеплению по генотипу и, соответственно, по фенотипу в следующем поколении (F₂).

6. В современной науке огромное внимание уделяется не столько самому третьему закону Менделя в его исходной формулировке, сколько исключениям из него. Закон независимого комбиниро­вании 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.

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 называемые локусы).

В случаях, когда наследуемость определенной пары генов не подчиняется третьему закону Менделя, вероятнее всего, эти гены наследуются вместе и, следовательно, располагаются на хро­мосоме 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 дву­мя 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 (картрировании). 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 мушки дрозофи-1Ы. Если два локуса находятся на значительном расстоянии друг oт 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.

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

· гомозиготность исходных форм;

· 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);

· 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%-ной частотой проявления анализи­руемого признака; 100%-ная пенетрантность подразумевает, что признак выражен у всех носителей аллеля, детерминирующего развитие этого признака) и постоянной экспрессивностью (т. е. постоянной степенью выраженности признака). Постоянная экс­прессивность подразумевает, что фенотипическая выраженность признака одинакова или примерно одинакова у всех носителей аллеля, детерминирующего развитие этого признака.

Законы Менделя имеют 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.

Лекция

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 1702 | Нарушение авторских прав