Взаимодействие аллельных генов

1. Полное доминирование (рис. 32) – вид взаимодействия аллельных генов, при котором в гетерозиготном состоянии доминантный аллель полно-стью подавляет проявление рецессивного аллеля, фенотипически гибриды F1 100% обладают доминантными признаками (гетерозигота имеет фенотип одного из родителей – фенотип доминантной гомозиготы).

При наследовании всех менделирующих признаков наблюдается пол-ное доминирование. Менделирующие признаки – признаки, наследующие-ся по законам Менделя, например: альбинизм – рецессивный признак, не проявляется в гетерозиготном состоянии. Поэтому у гибридов F2 наблюдает-ся расщепление по генотипу 1:2:1, по фенотипу – 3:1.

2. Неполное доминирование (рис. 33) – вид взаимодействия аллельных генов, при котором в гетерозиготном состоянии доминантный аллель непол-ностью подавляет проявление рецессивного аллеля. В результате имеет место промежуточный характер наследования (гетерозигота имеет промежуточный фенотип).

У гибридов F2 расщепление по генотипу и фенотипу совпадают – 1:2:1.

Другим примером неполного доминирования служит серповиднокле-точная анемия – наследственная гемоглобинопатия, связанная с таким нару-шением строения белка гемоглобина, при котором он приобретает особое кристаллическое строение – так называемый гемоглобин S. Эритроциты, несущие гемоглобин S вместо нормального гемоглобина А, под микроскопом имеют характерную форму серпа (рис. 34), за что эта форма гемоглоби-нопатии и получила название серповидноклеточной анемии.

Эритроциты, несущие гемоглобин S, обладают пониженной стойко-стью и пониженной кислород-транспортирующей способностью, поэтому у больных с серповидноклеточной анемией повышено разрушение эритроци-тов в селезенке, укорочен срок их жизни, повышен гемолиз и часто имеются признаки хронической гипоксии.

Серповидноклеточная анемия наследуется по аутосомно-рецессивному типу. У больных, гетерозиготных по гену серповидно-клеточной анемии (Аа), наряду с серповидными эритроцитами, несущими гемоглобин S, в крови наличествуют и нормальные, несущие гемоглобин А. При этом болезнь менее выражена клинически, протекает легче, а иногда вообще не вызывает симптомов, и серповидные эритроциты выявляются случайно при лабораторном исследовании крови. У гомозигот (аа) по гену серповидноклеточной анемии в крови имеются только серповидные эритроциты, несущие гемоглобин S, болезнь протекает тяжело и заканчивается летальным исходом.

3. Сверхдоминирование (рис. 36) – вид взаимодействия аллельных ге-нов, при котором фенотипическое выражение признака у гетерозиготы (Аа) намного ярче, чем у доминантной гомозиготы (АА). Этот вид взаимодействия генов лежит в основе гетерозиса.

4. Аллельное исключение (рис. 37) – вид взаимодействия аллельных генов, при котором в части соматических клеток организма, гетерозиготного по данному локусу, активен один аллель, тогда как в других клетках другой. Такой вид взаимодействия аллельных генов наблюдается при наследовании признаков у организмов-мозаиков.

5. Кодоминирование – вид взаимодействия аллельных генов, при ко-тором у гетерозиготы отсутствуют доминантно-рецессивные отношения, ал-лели фенотипически проявляют себя как бы независимо друг от друга. Примером кодоминантного взаимодействия аллелей является наследование IV группы крови у человека.

В популяциях людей известны 4 антигенные группы крови человека: А, В, АВ, О и три типа аллелей этого гена: IA, IB, i (табл. 4).

Аллели в популя-ции	Генотипы	Фенотипы
Группы крови	Агглюти-ногены (антигены) на мембране эритроцитов	Агглюти- нины (антитела) в плазме крови
i	ii	I(O)	─	α, β
IA	IAIA, IAi	II (A)	А	β
IB	IBIb, IВi	III(B)	В	α
─	IAIBкодоминирование	IV (AB)	А, В	─

 

Генотипы IAIA, IAi имеют эритроциты, содержащие на поверхности только антиген А, а в плазме крови гемагглютинин β (группа крови А или II). Генотипы IBIb, IВi имеют эритроциты, содержащие на поверхности только антиген В, а в плазме крови гемагглютинин α (группа крови В или III). Гено-тип IAIB имеет эритроциты, несущие оба антигена А и В, а в плазме крови отсутствуют гемагглютинины α и β (группа крови IV или АВ). Это и есть случай кодоминирования (рис. 38).

 

 

Экспрессивность (лат. “ехргеssio” – выражение) – это изменение ко-личественного проявления признака в разных особях-носителях соответ-ствующего аллеля.

При доминантных наследственных заболеваниях экспрессивность мо-жет колебаться. В одной и той же семье могут проявляться наследственные болезни от легких, едва заметных до тяжелых: различные формы гиперто-нии, шизофрении, сахарного диабета и т.д. Рецессивные наследственные за-болевания в пределах семьи проявляются однотипно и имеют незначитель-ные колебания экспрессивности.

Таким образом, пенетрантность – это вероятность фенотипического проявления гена, которая выражается в процентах (отношение больных осо-бей к числу носителей соответствующего гена).

Экспрессивность – степень клинического проявления гена, которая может быть слабой или сильной. Пенетрантность и экспрессивность генов зависят от эндогенных и экзогенных факторов. Например, если для проявле-ния гемофилии решающее значение имеет нарушение в геноме, то возникно-вение сахарного диабета зависит от взаимодействия генетических факторов и внешней среды. В последнем случае говорят о наследственном предрасположении. Способность генотипа по-разному проявляться в различных условиях среды называется нормой реакции. Норма реакции наследуется, а изменения в пределах нормы реакции не наследуются.

Ряд сходных по внешнему проявлению признаков, в том числе и наследственных болезней, может вызываться различными неаллельными генами. Такое явление называется генокопией. Биологическая природа генокопий заключается в том, что синтез одинаковых веществ в клетке в ряде случаев достигается различными путями.

В наследственной патологии человека большую роль играют также фенокопии – модификационные изменения. Они обусловлены тем, что в про-цессе развития под влиянием внешних факторов признак, зависящий от определенного генотипа, может измениться; при этом копируются признаки, характерные для другого генотипа. Таким образом, фенокопия – ненаслед-ственное изменение фенотипа организма, вызванное действием определён-ных условий среды и копирующее проявление какого-либо известного наследственного изменения – мутации – у этого организма.

Множественный аллелизм – присутствие в генофонде популяции одновременно 3 и более различных аллелей одного гена. Примером может служить разнообразие окраски глаз человека, разнообразие групп крови. Ген I может быть представлен тремя разными аллелями: IA, IB, i, которые комби-нируются в зиготах только попарно.

Другим примером является наследование окраски шерсти у кроликов (рис. 40). В популяции кроликов существует четыре аллеля.

Ген А отвечает за наследование темной окраски шерсти и доминируют над всеми другими аллелями. Ген ach обуславливает шиншилловую окраску и по отношению к генам ah и a ведет себя как доминантный. Ген ah отвечает за гималайскую окраску шерсти и доминирует над геном a (белая окраска). Таким образом, А > ach > ah > a (табл. 5).

Фенотипы	Аллели	Генотипы
Темная окраска	А	АА, Ааch, Ааh, Аа
Шиншилловая окраска	аch	аchаch, аchаh, аchа
Гималайская окраска	аh	аhаh, аhа
Белая окраска	а	аа

Причиной множественного аллелизма являются случайные изменения структуры гена (мутации), сохраняемые в процессе естественного отбора в генофонде популяции.

У людей с генотипом ii на поверхности эритроцитов нет антигенов А и В, а в плазме крови присутствуют гемагглютинины α и β.

Агглютинин α специфически связывается и осаждает эритроциты с ан-тигеном А, агглютинин β – эритроциты с антигеном В. На этих взаимоотно-шениях основана система переливания крови. Долгие годы придерживались так называемого закона Отенберга, согласно которому агглютинируют только эритроциты перелитой донорской крови (а не эритроциты реципиен-та), учитывая, что агглютинины донорской крови разводятся в крови реципи-ента и не способны агглютинировать его эритроциты. Это обстоятельство разрешало переливать наравне с одногруппной и кровь другой группы, сыво-ротка которой не агглютинировала эритроциты реципиента.

На практике используется следующая схема (рис. 39): реципиенту 0(I) группы допустимо переливать донорскую кровь только 0(I) группы, реципи-ентам А(II) группы – донорскую кровь А(II) и 0(I) групп, реципиентам В (III) группы – донорскую кровь В (III) и 0(I) групп, реципиентам АВ(IV) группы – донорскую кровь всех четырех групп. Любому реципиенту можно вводить кровь I группы (0), так как ее эритроциты не содержат агглютиногены и не склеиваются, поэтому лиц с I группой крови называют универсальными донорами, но им самим можно вводить кровь только I группы. Кровь от до-нора IV группы можно переливать только лицам данной группы, но им самим можно переливать кровь всех четырех групп. Людей с IV группой крови называют универсальными реципиентами.

 

Генотипы IAIA, IAi имеют эритроциты, содержащие на поверхности только антиген А, а в плазме крови гемагглютинин β (группа крови А или II). Генотипы IBIb, IВi имеют эритроциты, содержащие на поверхности только антиген В, а в плазме крови гемагглютинин α (группа крови В или III). Гено-тип IAIB имеет эритроциты, несущие оба антигена А и В, а в плазме крови отсутствуют гемагглютинины α и β (группа крови IV или АВ).

КОМПЛЕМЕНТАРНОЕ ДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ – это вид взаимодей-ствия неаллельных генов по принципу дополнения или комбинирования, ко-гда доминантные аллели этих генов при совместном сочетании в генотипе обусловливают новое фенотипическое проявление признаков.

Взаимодействие аллелей с новообразованием – межаллельная компле-ментация. В некоторых случаях при объединении в гибриде разных аллелей независимого происхождения, рецессивных по отношению к дикому типу, наблюдают восстановления нормы, т.е. признака дикого типа. Разные рецес-сивные аллели одного и того же гена отличаются друг от друга тем, что ко-дируют пептиды с повреждением разных доменов. Если в гетерозиготе (ком-паунде) объединятся аллели с разными повреждениями таким образом, что в молекуле фермента, состоящей из субъединиц-продуктов одного и того же гена, соберутся все необходимые функциональные центры, то ферментатив-ная активность будет восстановлена.