Тема лекции - взаимодействие генов

Тема лекции - ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОВ

План лекции:

1 вопрос – понятие взаимодействия генов

2 вопрос - комплементарное взаимодействие генов

3 вопрос – эпистатическое взаимодействие генов

4 вопрос – полимерное взаимодействие генов

5 вопрос – модифицирующие взаимодействие генов

Взаимодействие генов - это совместное действие нескольких генов, в результате которого появляется признак, которого нет у родителей, или усиливается проявление уже имеющегося признака.

1 вопрос - Для объяснения результатов взаимодействия генов важно понимать механизм формирования признаков.

Ген - это участок ДНК, в котором закодирована информация об одном белке. В простейшем случае формирование признака может происходить в результате действия одного белка, синтез которого определяется одним геном:

Обычно признак формируется в результате сложных биохимических процессов. В клетке происходит взаимодействие между белками-ферментами, синтез которых определяется генами, или между веществами, которые образуются под влиянием этих ферментов.

Возможны следующие типы проявления генов в фенотипе:

· один признак формируется в результате взаимодействия нескольких белков, синтез которых определяется несколькими генами:

· один ген определяет синтез белка, который влияет на формирование нескольких признаков:

Как показано на схеме.

Возможно взаимодействие как между аллельными генами, так и между неаллельными.

Аллельные гены расположены в одинаковых участках гомологичных хромосом и определяют один признак. Примеры взаимодействия аллельных генов:

· полное доминирование;

· неполное доминирование.

(Сведения о взаимодействии аллельных генов изложены в предыдущих подтемах.)

Неаллельные гены расположены в разных участках негомологичных хромосом. Формы взаимодействия неаллельных генов:

· комплементарность;

· эпистаз;

· полимерия;

· модифицирующее взаимодействие.

Типы взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия, модифицирующее действие генов. Изменение расщепления по фено-
типу в зависимости от характера взаимодействия генов. Плейотропное действие генов. Понятие о целостности и дискретности генотипа.

В предшествующей теме вы изучили наследование единичных алле-
ломорфных признаков. Однако в большинстве случаев один признак
развивается под влиянием не одного гена, а нескольких неаллельных генов. Они вступают во взаимодействие в процессе развития признака. Это приводит к его изменению, а отсюда и к изменениям соотношения фенотипов во втором поколении. Эти изменения являются не следствием нарушения генетического механизма расщепления, а результатом взаимодействия генов между собой.

Различают несколько типов взаимодействия неаллельных генов: комплементарное, эпистатическое, полимерное, модифицирующее.

2 вопрос –

Комплементарность- явление, при котором для развития признака необходимо наличие двух неаллельных доминантных генов. К комплементарным (или дополнительным) генам относят
такие доминантные гены, которые при совместном действии в гомозиготном или гетерозиготном состоянии (А-В-) обусловливают развитие нового признака. Действие каждого гена в отдельности (А-вв или ааВ-) воспроизводит признак только одного из скрещиваемых родителей.

При комплементапном взаимодействии генов во втором поколении могут быть различные расщепления по фенотипу: 9:3:3:1; 9:7; 9:3:4; 9:6:1.

Расщепление 9:3:3:1 происходит в тех случаях, когда доминантные гены не имеют самостоятельного фенотипического выражения, а каждый рецессивный неаллельный ген проявляет себя фенотипически. При этом каждый из четырех генотипических классов имеет свой особый фенотип.

Пример со скрещиванием формы гребня у кур. Начертите решетку Пеннета, выпишите типы гамет, заполните клетки решетки и обьясните причины такого расщепления во втором поколении.

Рассмотрите другие примеры.

Расщепление 9:7 есть видоизменение предыдущего расщепления. В этом случае и доминантные и рецессивные аллели не имеют самостоятельного фенотипического выражения. В качестве примера проследите характер наследования окраски баклажанов (при условии, что А,а и Е,е в отдельности формируют белые плоды). Начертите и заполните решетку. Вы увидите, что только в случаях попадания в одну зиготу генов А и Е образуются темно-синие баклажаны.

Самостоятельно найдите в учебных пособиях другие примеры такого расщепления.

Расщепление 9:3:4 происходит в тех случаях, когда один или оба доминантных комплементарных гена характеризуются самостоятельным проявлением. Примером может служить наследование трех типов окраски шерсти у кроликов. Условимся, что ген А стимулирует развитие любой окраски, ген а – отсутствие окраски, В – ген окраски агути, в – ген черной окраски. Эксперимент начинается скрещиванием черных и белых кроликов.

Заполните решетку. При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

Расщепление 9:6:1 возможно в тех случаях, когда доминантные аллели разной генетической природы при изолированном действии дают сходный фенотипический эффект (то есть являются генами сходного действия). Совместно такие гены образуют новый фенотип.

Например, известно, что гены А и С формируют сферические плоды у

фигурной тыквы, а гены а и с - удлиненные плода. От скрещивания

двух растений со сферическими плодами между собой первое поколе-

ние гибридов имеют дисковидную форму плодов, а во втором поколении произойдет расщепление в отношении 9 дисковидных, 6 сферичес-

ких и 1 удлиненный.

Для лучшего усвоения материала введите символику и воспользуйтесь решеткой Пеннета. При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

3 вопрос –

Эпистаз - такое взаимодействие неаллельных генов, при котором гены одной пары подавляют действие генов другой пары. Гены подавители называются супрессорами или ингибиторами. Супрессами могут быть как доминантные, так и рецессивные гены. Поэтому эпистаз подразделяется на доминантный и рецессивный.

При доминантном эпистазе возможны расщепления 12:3:1 и 13:3.

Расщепление 12:3:1 разберите на примере наследования окраски семян у тыквы. Ген А вызывает желтую окраску семян, ген а — зеленую, С – ген-супрессор, ген с не подавляет окраску. При скрещивании белосемянных растений с растениями, дающими зеленые семена, первое гибридное поколение будет иметь белые семена. С помощью решетки Пеннета выявите фенотипические классы и их соотношение во втором поколении.

При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

Расщепление 13:3 случается, когда признак, контролируемый эпистатическим геном, совпадает с особенностями двойного рецессива.

Например, наследование окраски оперения у кур В - ген окраски, в - ген альбинизма, С - ген-супрессор, с - ген, не подавляющий окраску. У большинства пород кур белое оперение рецессивно по отношению к окрашенному, исключение составляют куры породы «леггорн», у которых белое оперение доминирует над окрашенным. При скрещивании белых леггорнов с белыми курами других пород первое поколение будет белым, а во втором на 13 белых будет 3 окрашенных.

Заполните решетку. При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

Рецессивный эпистаз - такое взаимодействие, когда рецессивная аллельная пара препятствует проявлению доминантных или рецессивных генов другой пары.

Рецессивный зпистаз дает расщепление фенотишческих классов в отношении 9:3:4. С таким расщеплением вы встречались при комплементарном взаимодействии. Пример с передачей окраски шерсти кроликов можно рассматривать и как рецессивный эпистаз.

4 вопрос –

Полимерия - такое взаимодействие, при котором доминантные гены из разных аллельных пар оказывают одинаковое действие с одинаковой силой на один и тот же признак. Гены, действующие в одном направлении, называются полимерными.

Различают ненакапливающуюся (некумулятивную) и накапливающуюся (кумулятивную) полимерию. При некумулятивной полимерии действие генов не суммируется. Для развития признака достаточно одного доминантного гена из любой аллельной пары. Совместное действие генов из разных пар дает тот же самый фенотип, что и единичное действие. В этом случае расщепление во втором поколении будет 15:1. Обратитесь к примеру наследования формы стручков у пастушьей сумки. Ген А формирует треугольную форму, а - яйцевидную, ген В ответственен за треугольную форму, в - за яйцевидную. Вначале скрещиваются особи с треугольной и яйцевидной формой стручка. Гибриды первого поколения будут иметь стручки треугольной формы. Анализ фенотипов второго поколения проведите самостоятельно.

При кумулятивной полимерии развитие признака зависит от количества (дозы) генов. Действие генов накапливается. Качественные признаки приобретают количественное выражение. При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

При накапливающейся полимерии имеет место расщепление 1:4:6:4:1. Например, красная окраска зерен пшеницы определяется двумя парами генов. Каждый из доминантных аллелей определяет 25% красного пигмента, рецессивные гены определяют белый цвет зерна. Разберите характер наследования этого признака у пшеницы в первом и втором поколении При работе с учебными пособиями познакомьтесь с другими примерами такого расщепления.

5 вопрос-

Модифицирующее действие генов. Формирование фенотипа зависит не только от генов основного действия (вызывающих признак), но и гековмодификаторов. Это гены, которые изменяют проявление признака (усиливают или ослабляют его). В связи с этим разберитесь с понятиями пенетрантности и экспрессивности.

Пенетрантность - способность генов проявиться в фенотипе. Масштабом пенетрантности служит доля особей, гетерозиготных или гомозиготных по определенному доминантному гену, или особей, гомозиготных по определенному рецессивному гену, у которых этот ген фенотипически проявился. Например 100 %-ая пенетрантность рецессивного гена а означает, что все особи с генотипом аа имеют фенотипические особенности, отличающие их от особей АА и Аа; если же этой фенотипической особенностью обладает только половина особей аа, а другая половина их фенотипически похожа на особей с генотипом AА и Аа, то это значит, что ген а имеет 50 %-ую пенетрантность.

Количественная степень проявления гена в фенотипе называется экспрессивностью. Пенетрантность и экспрессивность находятся в прямой зависимости от условий внешней среды.

При работе с учебными пособиями выпишите в свои тетради примеры, характеризующие эти понятия.

В ряде случаев одна пара аллелей определяет формирование не одного признака, а нескольких. Такой тип действия генов получил название плейотропного (множественного). Степень плейотропности зависит от времени вступления гена в действие в ходе онтогенеза (чем раньше ген начинает действовать, тем сильнее его влияние на фенотип). Приведите примеры плейотропного действия генов. Обратите внимание на то, что плейотропное действие генов приводит к коррелятивной изменчивости.

Иногда взаимодействие генов приводит к летальному исходу. Это бывает в тех случаях, когда образующиеся доминантные или рецессивные гомозиготы оказываются нежизнеспособными.

Подводя итог изучению данной темы, выделите главные положения из всего материала.

Во-первых, наследственность является дискретной (прерывистой);

Во-вторых, элементарной единицей наследственности является ген, он определяет отдельный, элементарный признак; в третьих, определенный признак может формироваться многими генами; в-четвертых, один ген действует на проявление многих признаков.

На основании этого делаем общий вывод о том, что становление фенотипа определяется в целом всем генотипом.

Контрольные вопросы:

1. Что такое взаимодействие генов? Какие типы взаимодействия генов вы изучили?

2. В чем суть комплементарного взаимодействия генов?

3. Что такое эпистаз?

4. В чем различия между доминированием и эпистазом?

5. Что такое полимерное наследование? Объясните различные случаи расщепления.

6. Каким образом генетический анализ вскрывает сложность наследственной основы развития признака?

7. Как влияют различные факторы внешней среды на реализацию генотипа?

8. Какие имеются основания считать, что генотип организма в целом определяет развитие особи? Является ли ген зачатком признака?

9. Что такое плейотропия? Приведите примеры.

10. Что такое гены основного действия и гены – модификаторы?