Генетика пола

Лекция-9

План: ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОЛА И МЕХАНИЗМ ЕГО НАСЛЕДОВАНИЯ

НАРУШЕНИЯ В РАЗВИТИИ ПОЛА

В ходе эволюции у большинства раздельнополых ор­ганизмов сформировался механизм детерминации пола, обес­печивающий образование равного количества самцов и самок, что необходимо для нормального самовоспроизве­дения вида. Детерминация пола может происходить на разных этапах размножения. Различают три основных типа детерминации:

1) эпигамный, когда пол особи определяется в процессе онто-щн£за^Детерминация пола в данном случае значительно зависит от внешней среды;

2) прогамный, когда пол будущего дочернего организма опре­деляется в ходе гаметогенеза у родителей особи;

3) сингамный, ггои котором пол дочерней особи определяется в момент слгоШия гамет. Это наиболее распространенный тип детерминации пола, характерный для животных всех видов.

При прогамном и сингамном типах детерминации пол зави­сит от определенных половых хромосом.

У самок млекопитающих в диплоидном наборе хромосом выделяют пару одинаковых по форме гоносом (половых хромосом), обозначаемых ХХ-хромосомами. Самцы в кариотипе содержат Х- и Y-хромосомы. Самки птиц содержат две разные (XY), а самцы одинаковые (XX) половые хромосомы. В период редукционного деления (мейоза) у самок млеко­питающих образуется один тип гамет с Х-хромосомой, поэтому женский пол называют гомогаметным. У самцов образуется два типа гамет с Х- и Y-хромосомами, поэтому мужской пол называют гетерогаметным. Определение пола млекопи­тающих зависит от того, каким спермием будет оплодотворена яйцеклетка. Если яйцеклетка оплодотворена спермием, со­держащим Х-хромосому, то происходит закладка особи жен­ского пола, если спермий несет Y-хромосому — закладывается особь мужского пола.

Схема образования гамет в мейозе самцов и самок, определе­ния пола при оплодотворении следующая:

Существует равная вероятность закладки особи мужского или женского пола, так как число сперматозоидов у самцов (яйце­клеток у птиц) с Х- и Y-хромосомами одинаково.

Самцов обычно рождается на несколько процентов больше, чем самок, но в ходе эволюции выработался механизм сохране­ния числового соотношения полов, поэтому к возрасту половой и физиологической зрелости это соотношение выравнивается вследствие более высокой смертности самцов.

НАРУШЕНИЯ В РАЗВИТИИ ПОЛА. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) происхо­дит дифференциация пола — формирование первичных и вто­ричных половых признаков, которые приводят к возникновению полового диморфизма, т. е. различию между особями противопо­ложных полов по внешним признакам (пропорции телосложе­ния, масса, окраска шерсти, перьев, наличие или отсутствие вымени, различие в строении половых органов и т. д.). Так, самцы сельскохозяйственных животных всех видов крупнее самок, имеют более мужественный вид — массивную голову, пе­редняя часть туловища у них развита сильнее задней и т. д. У самок лучше развита задняя часть туловища, выражены органы, связанные с осуществлением детородной функции и выкармли­ванием приплода.

У животных нередко нарушено развитие признаков пола. Важный вклад в объяснение причин такого рода патологии внес­ли исследования Бриджеса и Гольдшмидта. Изучая явления пер­вичного и вторичного нерасхождения половых хромосом у мухи-дрозофилы, Бриджес обнаружил у них изменения первичных и вторичных половых признаков, что зависело от числа половых хромосом и их отношения к числу аутосом в кариотипе (табл. 5). Интерсексуальные особи имели переходные формы между сам­цами и самками; «сверхсамки» и «сверхсамцы» характеризова­лись резко выраженными женскими или мужскими признаками. На основании результатов этих исследований Бриджес пришел к выводу, что пол особи определяется отношением числа Х-хромосом к числу аутосом (А). У нормальных самок отношение числа X: А равно 1, а у самцов 0,5. Эксперименты Бриджеса показали, что у дрозофил Х-хромосома не содержит генов, определяющих пол. Исходя из этих данных, Бриджес сформулировал теорию пола, суть которой состоит в том, что развитие половых признаков зависит от баланса генов, контролирующих их развитие.

5. Зависимость пола дрозофилы от отношения числа Х-хромосом к числу наборов аутосом (Бриджес, 1932)

Набор хромосом	Фототипическое проявление пола	Отношение числа Х-хромосом к числу наборов аутосом
2А + ЗХ	Сверхсамка	1,5
4А + 4Х	Нормальная самка
ЗА + ЗХ	Тоже
ЗА + ЗХ + 1Y	»
2А + 2Х	»	Г
2А + 2Х + 1Y	»
ЗА + 2Х + 1Y	Интерсекс	0,67
ЗА + 2Y	Летальный
ЗА + 2Х	Интерсекс	0,67
2А + IX + 1Y	Нормальный самец	0,5
2А + IX + 2Y	»	0,5
2А+ IX	»	0,5
ЗА+ IX	Сверхсамец	0,33

Нарушения в системе половых хромосом. В процессе изучения кариотипов животных были выявлены аномалии в системе поло­вых хромосом, связанные в основном с нарушениями расхожде­ния в мейозе, а также в результате обмена клетками разных индивидуумов. В таблице 6 дана сводка таких нарушений и их связь с фенотипом. Как видно из ее данных, нарушения в систе­ме половых хромосом приводят к резко выраженным нарушени­ям воспроизводительных функций у животных.

Половой хроматин. В ядрах интерфазных клеток у нормальных особей женского пола очень часто обнаруживают небольшую глыбку хроматина, лежащую у ядерной оболочки или представ­ленную в форме барабанной палочки, прикрепленной тонкой нитью к ядру. Барр и Бертрам, впервые обнаружившие это тель­це, назвали его «сателлитом ядра». Лайон установила, что эта глыбка хроматина представляет собой одну из двух Х-хромосом, которая находится во время интерфазы в гетеропикнотическом состоянии. Положительный гетеропикноз, по гипотезе Лайон, свидетельствует о генетической инактивации одной из Х-хромо­сом кариотипа женского пола. Ввиду того что это тельце встре­чается только в ядрах клеток самок, его рассматривают как при­знак, отличающий клетки самок от клеток самца, и называют половым хроматином или тельцем Барра.

6. Нарушения в системе половых хромосом и их фенотипическое проявление

Половые хромосомы	Виды	Главный фенотипический эффект
ХО	Свинья, лошадь	Интерсексуальность, гипоплазия
		яичников
ХО/ХХ	Кошка, лошадь	Смерть до рождения, гипоплазия
		яичников
XO/XX/XYXXX	Свинья, корова	Интерсексуальность, гипоплазия
		яичников
XXY	Лошадь, крупный	Стерильность, гипоплазия
	рогатый скот, овцы,	семенников
	свиньи, собаки, кошки
XXY/XY	Крупный рогатый скот	Тоже
XXY/XX	Тоже	Интерсексуальность
	Ч^ШШЬЯ Лошадь
	Кошка	Тестикулярная гипоплазия
XXY/XX/XY	Крупный рогатый скот	Тоже
XXY/XY/X0	Тоже	»
XXY/XY/XX/XO	Лошадь	Крипторхизм
XXXY	»	Интерсексуальность
XXXY/XXY	Свинья	Не установлен
XYY/XY	Крупный рогатый скот	»

Этот признак можно использовать для изучения нарушений в системе половых хромосом, в диагностике пола при интерсексу­альности. Количество телец Барра всегда на единицу меньше числа Х-хромосом. Так, если у самок обнаруживается два тельца Барра, то они являются носителями трисомии по Х-хромосоме. Если половой хроматин отсутствует, то у особи женского пола имеется только одна Х-хромосома. Если у самца обнаруживают тельце Барра, это значит, что у него в кариотипе не одна, а две Х-хромосомы.

Для исследования полового хроматина используют клетки лейкоцитов, слизистых полостей и др.

Интерсексуальность у животных. Влияние внутренней среды организма на изменение признаков пола в онтогенезе прослежи­вается при изучении интерсексуальности. У домашних животных существуют разные формы интерсексуальности, которые объеди­няются под названием гермафродитизм. Кроме того, обнаружены отдельные формы, очень сходные с известными синдромами Клайнфельтера и Тернера.

Образование гермафродитов — особей, имеющих гонады и (или) половые органы противоположного пола, рассматриваются как результат нарушения мейоза в период развития бластоцисты.

Синдром Клайнфельтера характеризуется недораз­витием гонад, повышением выделения гонадотропина и другими изменениями. Классической формой кариотипа синдрома Клайнфельтера является 2л (аутосом) + XXY. Однако часто в кариотипе обнаруживают мозаицизм по половым хромосомам: XXY/XY/XX и трисомию XXX (синдром «трипло-Х»). У крупно­го рогатого скота XXY-синдром наблюдали в сочетании с Х-три-сомией. Характерными признаками животных были нарушения роста и развития, двусторонняя гипоплазия семенников с олиго-я некроспермией и другими изменениями.

Возникновение синдрома Клайнфельтера связано с нерасхож­дением половых хромосом в мейозе. Примечательной особеннос­тью фенотипа при этом синдроме является то, что животные при наличии даже двух Х-хромосом и одной Y-хромосомы имеют признаки мужского пола, хотя и стерильные. При отсутствии Y-хромосомы животные имеют женский фенотип. Это указывает на то, что Y-хромосома у животных содержит гены, контроли­рующие развитие мужского пола и плодовитость.

СиндромТернера характеризуется женским фенотипом с дисгенезией гонад и другими генитальными дефектами. Цито-гснетически синдром Тернера определяется формулой 2л (ауто­сом) + ХО (отсутствует вторая Х-хромосома).

Животных с признаками гермафродитизма, а также носителей синдромов Клайнфельтера и Тернера следует своевременно вы­делять в группы откорма.

Фримартинизм— особая форма интерсексуальности, выявляемая у крупного рогатого скота. Наблюдения показывают, что бесплодные телки — фримартины рождаются в двойне с быч­ком. Установлено, что в среднем 95 % телок из разнополых двоен имеют признаки фримартинизма. У них часто обнаружива­ют мужской тип экстерьера, недоразвитие матки и др.

Для объяснения причин бесплодия телок-фримартинов уче­ные выдвигают разные теории. Основные из них — гормональная и клеточная. Гормональная теория предполагает возникновение фримартинизма вследствие слияния плодного мешка при бере­менности двойней и образования анастомозов между плацентар­ными сосудами разнополых плодов, по которым осуществляется обмен мужскими гормонами — андрогенами (тестостерон) и женскими — эстрогенами. Поскольку мужской гормон тестосте­рон начинает продуцироваться раньше, то длительное воздейст­вие на женские половые органы приводит к вирилизации (недо­развитию) последних, отклонениям в сторону мужского пола и рождению, наконец, бесплодных телок. Клеточная теория исхо­дит из того, что при плацентарных анастомозах происходит обмен не только гормонами, но и другими элементами. Так, у телок-фримартинов был обнаружен химеризм по эритроцитар-ным антигенам и по половым хромосомам (рис. 16).

Химеризм по половым хромосомам наблюдается и у быков из разнополых двоен. У бычков на племпредприятиях частота химезма в среднем составляла 1,5 %, у отдельных из них — свыше % (А. И. Жигачев и др., 1989). Эти животные часто имеют

Рис. 16. Химеризм XX/XY у крупного рогатого скота (2n =* 60XY/60XX):

я — мегафазная пластинка с XX хромосомами; б — метафазная пластинка с XY хромосомами

нарушения воспроизводительной функции — от снижения коли­чества спермиев в эякуляте и пониженной оплодотворяющей способности до полного бесплодия. Степень нарушения плодо­витости связана, очевидно, с временем образования сосудистых анастомозов во время внутриутробного развития быков-химери-ков. Химеризм по половым хромосомам наблюдается не только в двойнях, но и в отелах коров с большим числом телят разного пола. Присутствие Y-хромосомы в кариотипе телок-фримарти-нов и изменение у них признаков в сторону мужского пола — явное свидетельство ее влияния на половые признаки. Цитогене-тический анализ — надежный метод ранней диагностики фри-мартинизма у телок. Выявление химеризма XY/XX-хромосом у быков — это критерий малопригодности их в воспроизводстве.

Химеризм по половым хромосомам обнаружен также у коз, овец, свиней, норок. В некоторых породах коз (зааненская, тог-денбургская) интерсексуальность встречается довольно часто — 6,5—8,4 %. Этот признак связан с комолостыо животных.

По данным Г. И. Исаевой и Д. К. Беляева, химеризм наибо­лее часто регистрировали у норок, гомозиготных или гетерози­готных по генам алеутской окраски или хедлунд