Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5

• сцепление генов;

• ограничения признака полом;

• вероятность проявления признака при данном генотипе;

• влияние среды (не всегда формализуемое).

Напомним, что менделевский характер наследования относится к признакам качественным. Сколько менделирующих признаков известно у человека? Они зафиксированы в базе данных OMIM («Менделевское наследование у человека»). Их там перечислено около пяти тысяч признаков. А мы у себя можем насчитать гораздо больше признаков. Огромное количество остальных наших признаков зависит от действия многих генов. Здесь следует отметить важный идеологический аспект. Общей модели, по которой происходит формирование признаков под воздействием многих генов, сейчас нет. Наверное, ее и быть не может. Чтобы понять, как данный фенотип возникает на фоне данного генотипа, нам нужно еще узнать, как конкретно реализуется каждый этап передачи генетической информации: что происходит с модификацией ДНК, с какой из многих возможных вариантов РНК образуется с данного участка генетической информации, как модифицируется белок, образуемый с этой мРНК. В ДНК заложена лишь возможность всех этих вариантов реализации генетической информации. Произойдет ли это или нет, зависит от среды. Понятие среды мы пока толком формализовать не можем. Но если, подобно структуре ДНК, мы их будем знать структуру и модификацию РНК и белков, то понимание связи генотипа с фенотипом будет гораздо более глубоким, а предсказательная сила наших знаний будет больше. Как бы там ни было, одного знания генотипа часто недостаточно для предсказания фенотипа. Поэтому мы должны изучать следующие этапы экспрессии генетической информации.

В заключительной части лекции речь пойдет об определении пола и признаках, сцепленных с полом. Ниже показано, как выглядят половые хромосомы человека. Х-хромосома по длине ДНК больше чем Y-хромосома приблизительно в три раза.

А так выглядят клетки, транспортирующие эти хромосомы. Маленькая образована организмом генотипа XY, а большая — генотипа XX. Такое соотношение физических размеров имеют половые клетки.

Так выглядит человек после того, как он уже начал развиваться:

Вид человека на кончике иглы на стадии первых делений после оплодотворения яйцеклетки

Это игла, и на ее конце находится несколько поделившихся клеток, полученных из оплодотворенной яйцеклетки. Такой наш размер на стадии 4-5-ого деления.

Еще раз напомню, что у нас цикл развития двухстадийный. На нижней части рисунка изображена диплоидная стадия, период нашей долгой и счастливой жизни, которая с точки зрения генетического процесса заканчивается мейозом, после которого мы начинаем жить как бы в следующей стадии, гаплоидной. Это гаметы, у нас они не обладают способностью к самостоятельному существованию, хотя у многих растений именно гаплоид является основной частью жизненного цикла. Существование гамет заканчивается оплодотворением и появлением опять диплоидного организма.

X и Y хромосомы сильно отличаются. Они гомологичны только в так называемых псевдоаутосомных зонах, которые присутствуют и в папиных и в маминых хромосомах, как и обычные аутосомы. Спермии могут быть двух типов: X и Y, а яйцеклетки только одного типа — X и X. Поэтому расщепление получается 1:1 (две женщины и два мужчины). Именно расщепление 1:1 по полу на первом этапе исследования признака, сцепленного с полом, — окраски глаз у дрозофилы — привело Моргана к мысли о том, что гены находятся в хромосомах. Пол определяется хромосомами и гены находятся именно в них.

Не у всех организмов, в отличие от человека, пол однозначно определяется при слиянии гамет. Ниже показан моллюск, у которого в нижней части женские клетки, а в верхней части только мужские. У некоторых пресмыкающихся мужской пол не формируется при повышенной температуре (в частности, у крокодилов), образуются только женские организмы.

У дрозофилы всего четыре пары хромосом, три пары хромосом называются аутосомы и одна пара половых хромосом. У самок набор хромосом XX, а у самца XY — как и у человека (у самки на конце брюшка находится яйцеклад, поэтому у нее брюшко заостренное, а у самца оно овальное, — так их отличают).

Хромосомы Drosophila melanogaster (2n=8) состоят из трек пар аутосом (поры II. III, IV) и одной пары поповых хромосом X и Y

У плодовой мушки пол определяется не столько наличием той или иной половой хромосомы, а отношением числа Х-хромосом к числу гаплоидных наборов аутосом (А). Это видно на схеме ниже. Набор ХХ+2А (2 Х-хромосомы и 2 набора аутосом) дает соотношение 1,0 — такое соотношение является нормой для самок. Набор X Y+2A (1 Х-хромосома и 2 набора аутосом) дает соотношение 0,5 — такое соотношение является нормой для мужского пола. Если оказывается, что Y-хромосома утеряна (набор 1Х+2А, соотношение 0,5), то образуется мужской организм, хоть Y-хромосомы и нет. А если на фоне двух Х-хромосом добавилась Y-хромосома (набор 2Х+2А), пол формируется женский, хоть Y-хромосома и присутствует. У человека, сколько бы ни было Х-хромосом, если есть хоть одна Y-хромосома, то фенотип будет мужской.

Таким образом, у человека и мухи, при внешне одинаковой хромосомной формуле нормы (гомогаметный пол, XX, женский; гетерогаметный пол, X Y — мужской), механизм генетического контроля образования пола различен.

У птиц и ряда других групп организмов гомогаметный пол (XX) — мужской, а гетерогамтный пол (XY) — женский, что противоположно тому типу хромосомного определения пола, который оказался зафиксирован эволюцией в линии человека и других млекопитающих.

На следующем слайде показано месторасположение SPY-гена, отвечающего за формирование признаков мужского пола. Уже говорилось, что если в геном мыши, которая должна развиться самкой, пересадить SPY-ген, то у такого организма разовьется мужской фенотип. Человек почти не отличается от мыши в этом плане. У человека известны случаи, когда индивид кариотипически (то есть по типу хромосом в ядре) соответствовал женщине (в частности с двумя XX хромосомами и без наблюдаемой Y-хромосомы), но проявлял фенотип мужчины. В таких индивидов была обнаружена хромосомная перестройка — ген SPY был транслоцирован (перемещен) на одну из аутосом.

Ген SRY контролирует развитие по мужскому типу

На внизу на рисунке представлен случай отклонения по составу половых хромосом — синдром Тернера: индивид генотипа ХО (Y-хромосомы нет, а Х-хромосома одна). Фенотип индивида — женский. Отклонений в поведении нет, хотя при большем дисбалансе в генотипе наблюдаются проблемы в умственном развитии.

Другой случай отклонения по составу половых хромосом — это синдром Клайнфельтера: генотип XXY, фенотип мужской. Хотя две Х-хромосомы присутствуют, как в норме у женщин. То есть для определения пола у человека важно, чтобы присутствовала Y-хромосома

Напомним, что гены, локализованные в Y-хромосоме и не имеющие пары в X-хромосоме, наследуются только от отца к сыну. У человека аллель одного из таких генов определяет признак «волосатые уши». Через мать к ребенку могут передаваться гены, находящиеся в митохондриях, но т. к. генов в митохондриях на три порядка меньше чем в ядре, то и отклонений, передающихся только материнской линии лишь тысячная часть от всех известных для человека.

Избыток или недостаток какой-то хромосомы в геноме приводит к очень серьезным нарушениям у человека. Для примера можно привести трисомию по 21-ой хромосоме — синдром Дауна. Причина заболеваний при утрате или избытке любой хромосомы — дисбаланс в количестве продуктов генов этой хромосомы относительно количества продуктов генов других хромосом (все — по две). Дисбаланс по всем крупным хромосомам человека вообще не совместим с жизнью.

X хромосома одна из крупных хромосом человека. У женщин таких хромосом две, а у мужчин — одна. Но оба пола живы и здоровы — хоть на себя погляди. Почему разница в числе копий Х-хромосомы не смертельна, в отличие от ситуации с другими хромосомами?