Примерное время на чтение статьи: 184 минуты

Генетика (от греч. Genetikos — «относящийся к происхождению») — это наука о наследственности и изменчивости организмов. Этот термин ввел английский ученый Уильям Бетсон (1861 -1926) в 1906г. Генетика раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам. Закономерности наследования признаков — это определенные тенденции, отражающие процесс передачи признаков от родителей к  потомкам. Г. Мендель в своей работе «Опыты с растительными гибридами» впервые сформулировал закономерности наследования. В  основу своих экспериментов Мендель положил скрещивание различных сортов гороха. Первый и второй законы описывали закономерности моногибридного скрещивания, а третий — дигибридного и полигибридного.

История развития генетики.

Различают 3 основных этапа развития генетики:
Первый этап (1900-1910 гг.) – многочисленные эксперименты, проведенные в этот период показали, что законы, установленные Г. Менделем, имеют универсальный характер и применимы ко всем живым организмам, размножающимся половым путем (от микро- организмов до человека). Законы наследственности едины для всего органического мира. Этот период получил название «периода триумфального шествия менделизма по планете». В этот период закономерности наследования признаков изучают на уровне це- лостного организма и не связывают с какими-либо материальными структурами клетки. В этот период была сформулирована Г. Де-Фризом теория мутаций, а датский ученый В. Иогансен в 1909 г. ввел в генетику базовые понятия – ген, генотип, фенотип.
Второй этап (1911-1953 гг.) – установлены материальные основы наследственности. Ученые Т. Бовери, У. Сеттон и Э. Вильсон обос-новали хромосомную теорию наследстьвенности. Решающее значение для утверждения хромосомной теории наследственности имели исследования американского генетика Т. Моргана, проводимых на плодовой мушке – дрозофиле.
В 1925 г. советские ученые Г. Надсон и Г. Филиппов впервые в мире получили мутации у дрожжевых грибов под воздействием лучей радия. Были открыты физические и химические факторы, вызывающие мутации. Возникла новая наука – радиационная генетика.
В 1920 г. советский ученый Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости организмов. Другой советский ученый С.С. Четвериков внес решающий вклад в развитие генетики популяций и эволюционной генетики. В 30-х годах советские ученые А. Серебровский и Н. Дубинин разработали теорию гена, впервые экспериментально доказали делимость гена. В этот период американские ученые С. Райт, Дж. Холден и Р. Фишер заложили основы генетико-математических методов изучения процессов, происходящих в популяциях.
Третий этап (1954 г. – по настоящее время) – в генетике стали использовать методы и принципы исследований точных наук: матема-тики, кибернетики, физики, химии, информатики и др. Основным объектом исследований стали микроорганизмы: грибы, бактерии, вирусы. Анализ материальных основ наследственности перешел на молекулярный уровень изучения структурной организации жи-вой материи. Основными достижениями этого этапа являются установление молекулярной структуры и функции гена, связь воспро-изведения клеток со способностью к самоудвоению молекул ДНК, сведение явлений наследственности к передаче в ряду поколений способности организмов в течение всей их жизни воспроизводить сходные типы обмена веществ. Современная генетика характери-зуется проникновением молекулярных принципов исследований во все области учения о наследственности. Широкое развитие полу-чили исследования по проблемам искусственного синтеза генов вне организма, продленного мутагенеза, гибридизации соматичес-ких клеток, получения гаплоидов у растений, регуляция активности генов в процессе индивидуального развития, генной и хромо-сомной инженерии, искусственного синтеза нуклеиновых кислот и белков.

«Основные даты в истории генетики»

Дата	Вклад ученых в развитие генетики
1856-1865	Работы Грегора Менделя по гибридизации растений – первый научный шаг в изучении наследственности.
1900	К. Корренс, Г. де Фриз и К. Чермак  переоткрыли основные законы наследования признаков, открытые Г. Менделем.
1901-1903	Разработана мутационная теория Г. де Фриза
1911	Т. Морган сформулировал хромосомную теорию
1920	Русский ученый Н.И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости.
1962	Английский физик Ф. Крик и американский биофизик Д. Уотсон открывают структуру ДНК как единицы наследственности
1968	Американские биохимики Р. Холи, Х. Коранс и М. Ниренберг расшифровали генетический код
1990-2000	Расшифрованы геномы прокариот и эукариот. Созданы трансгенные организмы.

Основные понятия и термины генетики.

Аллель – одно из возможных состояний гена. Аутосомы – все хромосомы, кроме половых, в соматических клетках каждая аутосома представлена дважды. Альтернативные признаки — контрастные, взаимоисключаю­щие признаки (например, белый — красный, гладкий — морщини­стый). Бивалент (тетрада) – две конъюгированные хромосомы, каждая из которых удвоена. В гаплоидном наборе хромосом (в гаметах) представлен 1 ген, ответственный за развитие признака. В диплоидном наборе хромосом (в соматических клетках) содержатся 2 гомологичные хромосомы, соответственно 2 идентично расположенных аллель­ных гена, определяющих развитие признака. Генотип — совокупность всех генов одного организма. Гомозиготный организм (гомозигота) (от греч. «гомос» — одинаковый)— особь (зигота), даю­щая при самоопылении однородное, нерасщепляющееся потомство. В гомологичных хромосомах содержит одинаковые аллельные гены (АА или аа) и образует один сорт гамет: только с геном А, или только с геном а. Гетерозиготный организм (гетерозигота) (от греч. «гетерос» — другой)— особь (зигота), да­ющая расщепление. В гомологичных хромосомах содержит раз­ные аллели (Аа) и образует два сорта гамет: с геном А и а. Гамета (от греч. «гаметес» — супруг) – половая клетка (женская – яйцеклетка, мужская – спермато-зоид), содержащая гаплоидный набор хромосом (1n). Гаметы несут гены в чистом виде, т.к. образуются путём мейотического деления клеток и содержат одну из пары гомологичных хромосом. Гомологичные хромосомы (от греч. «гомос» — одинаковый) – парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам, набору генов. В диплоидной клетке  набор хромосом  всегда парный: одна хромосома из пары материнского происхождения, другая — отцовского. Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий синтез одной  из видов РНК, белка. Геном – совокупность генов в гаплоидной клетке. Генофонд – совокупность аллелей, встречающихся у особей данной популяции. Гетерогаметный пол – особи этого пола образуют разные по составу половых хромосом гаметы. Гомогаметный пол — особи этого пола образуют одинаковые по составу половых хромосом гаметы. Группа сцепления – совокупность всех генов, локализованных в хромосоме. Доминантный признак (ген) (от лат. «доминас» — господствующий)— преобладающий признак, подав­ляющий развитие другого альтернативного признака. Проявляется всегда как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии. Ген, его контролирующий, обозначается заглавной буквой, например А. Зигота (от греч. «зиготе» -спаренная) – клетка, образующаяся при слиянии двух гамет. Содержит диплоидный набор хромосом (2n). Изменчивость — способность организмов изменяться в про­цессе индивидуального развития под воздействием факторов сре­ды, приобретать новые признаки. Кариотип – совокупность хромосом организма (диплоидный набор), определяемая величиной, формой и числом хромосом. Конъюгация – сближение и объединение в бивалент (тетраду) двух гомологичных хромосом, каждая из которых удвоена, происходя-щее в профазу-1 мейоза. Кроссинговер – обмен идентичными участками (и аллелями генов) между гомологичными хромосомами при их конъюгации.У всех организмов одного и того же вида каждый ген распола­гается в одном и том же месте — локусе строго определенной хро­мосомы. Мейоз – процесс деления клетки, приводящий к уменьшению числа хромосом в дочерних клетках вдвое (1n). Митоз – тип деления клетки, при котором дочерние клетки несут такой же набор хромосом, что и родительская клетка. Наследственность — способность организмов передавать из по­коления в поколение различные признаки, свойства и особенности развития. Негомологичные хромосомы – хромосомы, содержащие несходные гены и не конъюгирующие при мейозе. Нерасхождение хромосом – наблюдается при мейозе, в результате обе гомологичные хромосомы или сестринские хроматиды отходят к одному полюсу деления, образуя анеуплоидные клетки. Основоположником генетики является Г. Мендель, проводив­ший опыты по скрещиванию различных форм гороха, разработав­ший метод гибридологического анализа и установивший ряд зако­нов наследования (1865). Пенетрантность – частота или вероятность проявления аллеля определённого гена у разных особей родственной группы организмов. Половой хроматин (тельце Барра) – окрашивающееся тельце (инактивированная Х — хромосома) в клеточном ядре, число которых всегда на единицу меньше, чем число Х – хромосом. Половые хромосомы – хромосомы, по которым мужской пол отличается от женского. Половые хромосомы женского организма все одинаковы (ХХ), а мужского разные (ХY): Х определяет женский пол, а Y – мужской пол. Поскольку все сперматозоиды образуются путём мейотического деления клеток, половина их несёт Х –хромосомы, а половина Y-хромосомы. Вероятность получения мужского и женского пола одинакова. Рецессивный признак (ген) (от лат. «рецессус» — отступление) — подавляемый признак. Прояв­ляется только в гомозиготном состоянии. Ген, его контролирую­щий, обозначается строчной буквой, например а. Фенотип — совокупность всех внутренних и внешних призна­ков организма, формирующихся в процессе взаимодействия гено­типа с окружающей средой. Хроматиды – субъединицы редуплицированной хромосомы, будущие хромосомы. Хромосомы – суборганоиды ядра, видимые в период деления, имеют определённую форму и структуру, содержат большое число генов, способны к самопроизведению. Экспрессивность – степень фенотипического проявления одного и того же гена.

Методы изучения генетики.

Метод гибридологического анализа — метод скрещивания особей с альтернативными призна-ками; анализ проявления у гиб­ридов только исследуемых признаков, без учета остальных; выра­щивание и анализ потомства каждой особи отдельно от других; ведение строгого количественного учета гибридов, различающих­ся по исследуемым признакам.

Цитологический — микроскопическое изучение хромосом, ДНК на клеточном и субклеточном уровнях.

Цитогенетический — изучение хромосомного набора (кари­отипа) — количества, формы, разме-ров хромосом у различных орга­низмов, а также изменения их количества, строения.

Генеалогический или метод родословных — изучение насле­дования какого-либо признака у человека в ряду поколений род­ственников. Позволяет установить тип и характер наследования при­знаков.

Близнецовый — изучение проявления признаков у однояйце­вых близнецов с оценкой роли внешней среды в реализации дей­ствия генов.

Математический — количественный учет наследования при­знаков.

Биохимический — изучение нарушений обмена веществ, воз­никающих в результате генных наследственных изменений.

Онтогенетический — изучение действия генов в процессе индивидуального развития организма, выявление присутствия ре­цессив-ных генов в гетерозиготном состоянии.

Найдите свой вариант (приложение 1), ответы на вопросы внесите в бланк ответов (приложение 2).

1. Что такое хромосома?
2. Что такое хроматида?
3. Что такое бивалент?
4. Что такое мейоз?
5. Что такое гибридные организмы
6. Что такое альтернативные признаки?
7. Какие признаки называются доминантными?
8. Какие признаки называются  рецессивными?
9. Что такое аллельные гены?
10. Где располагаются аллельные гены?
11. На основании чего высказана гипотеза «чистоты» гамет?
12. Каковы клеточные основы гипотезы «чистоты» гамет?
13.  Дайте определение генетики как науки.
14.  Каковы  основные задачи генетики?
15.  Дайте определение понятия «наследственность».
16.  Дайте определение понятия  «из­менчивость».
17. Дайте определение понятия «ген».
18. Перечислить методы изучения генетики.
19. Что по­зволяет выявить цитогенетический метод?
20. Что по­зволяет выявить генеалогический метод?
21. Что по­зволяет выявить антропометрический метод?
22. Что по­зволяет выявить цитологический метод?
23. Что по­зволяет выявить близнецовый метод?
24. Что по­зволяет выявить математический метод?
25. Что по­зволяет выявить онтогенетический метод?
26. Какие гены называются аллельными?
27. Какие организмы называются гомозиготными?
28. Какие организмы называются ге­терозиготными?
29. Что такое генотип?
30. Что такое фенотип?
31. Дайте определение понятию «моногибридное скрещивание».
32. Каких принципов следует придерживаться при выпи­сывании гамет?
33. С какой целью проводят анализирующее скрещива­ние?
34. Что такое генофонд?
35. Что такое геном?
36. Что такое половой хроматин?
37. Что такое зигота?
38. Что такое гамета?
39. Что такое кариотип?
40. Что такое кроссинговер?

Приложение 1.

Приложение 2.

Гибридологический метод.

8 февраля 1865 г. на заседании Брюннского общества естествоиспытателей Г.Мендель доложил результаты семилетних эксперимен-тов по изучению законов наследования отдельных признаков. К до­кладу Г.Менделя отнеслись недоверчиво и сочли его дилетантом. Однако в кратком виде, как это было принято в трудах общества, работа была на­печатана в бюллетене Брюннского общества естест­воиспытателей (ныне Брно, Чехия) в 1866 г. Резуль­таты этой работы, которая называлась «Опыты над растительными гибридами», справедливы и по сей день. Современники Г.Менделя не смогли оценить важности сделанных им выводов, и закономернос­ти насле-дования оставались незамеченными вплоть до 1900 г., когда они были подтверждены Гуго де Фризом, А.Корренсом и Чермаком.   Четко сформулированные законы и гибридо­логический метод, предложенный Г.Менделем, легли в основу классической генетики.   Г.Мендель высказал предположение о существовании еди­ниц наследственности, называя их задатками. Те­перь мы знаем, что гены (задатки) — представля­ют собой определенные нуклеотидные последовательности ДНК, кодирующие аминокислотный состав белков, реализующих определённые признаки и свойства организма.

Гибридологический метод— это анализ харак­тера наследования признаков с помощью системы скрещиваний, суть которых состоит в получении гибридов и анализе их потомков в ряду поколений (анализ расщепления).

Гибридологический метод Менделя имеет особенности: — анализ начинается со скрещивания гомозиготных особей («чистые линии»); — анализируются отдельные альтернативные (взаимоисключающие) признаки; — проводится точный количественный учёт потомков с различной комбинацией признаков; Суть гибридологического метода можно выразить следующими основными посту­латами: 1. Родительские особи должны отличаться од­ним или несколькими признаками и, кроме того, должны быть чистыми линиями по изучаемым признакам, т.е. быть гомозиготами. 2.Должен осуществляться анализ потомков от каждой родительской пары в каждом поколении. 3. Закономерности результатов скрещиваний должны анализироваться статистически.

Кроме гибридологического метода Г.Мендель предложил систему записей скрещивания, которой пользуются и по сей день: Р — (от лат. «перента» — родители), родительские организмы, взятые для скрещивания; ♀— знак зеркала Венеры — женский пол (при записи схемы скрещивания его ставят первым); ♂— знак «щит и копье Марса» — мужской пол (при записи схемы скрещивания его пишут вторым); « х » — знаком умножения обозначают скрещивание; F — (от лат. «филие» — дети) — обозначают гибридное потомство с цифрой, соответствую­щей номеру поколения (например F₁ — первое поколение, F₂ — второе, и т. д.).

Законы Г. Менделя

Моногибридное скрещивание. Первый закон Менделя.

Моногибридное скрещивание — скрещивание организмов, отличающихся по одной паре признаков. Скрещиваются гомо­зиготные (чистолинейные) родители, отличающиеся друг от друга по проявлению одного признака, например, по окраске цветков гороха (красной и белой). Мендель проводил реципрокные скрещивания — система из двух скрещиваний:  

• прямого скрещивания — когда материнский орга­низм имеет один признак (белый), а отцовский организм — другой признак (красный)
• обратного скрещивания — когда материнский организм имеет один признак (красный), а отцовский организм — другой признак (белый).

При анализе гибридов F₁ Мендель установил, что все особи имеют одинаковые признаки. При этом проявляется только при­знак одного родителя — доминантный (красные цветки), признак другого — рецессивный (белые цветки) отсутствует. Эта законо­мерность в генетике называется законом доминирования, или за­коном единообразия гибридов первого поколения (первый закон Мен- деля).

Р   АА (красные) х аа (белые) G     A;                      a; F1 Аа, Аа, Аа, Аа (все красные)

1 закон – закон единообразия  первого  поколения:  при  скрещивании  чистолинейных  родителей  различающихся  по  альтернатив-ным  вариантам  признаков, гибриды  I поколения  единообразны. Моногибридное скрещивание включает ана­лиз наследования признаков, определяемых лишь одной парой аллельных генов. При скрещивании гомозиготных особей, отличающих­ся фенотипически одним признаком, например (АА х аа), все потомство будет единообразным по фено- и генотипу (Аа). Полученные особи называют гиб­ридами.

Закон единообразия (Первый закон Менделя, закон доминирования): при моногибридном скре­щивании чистолинейных родителей у гибридов первого поколения проявляют­ся только доминантные признаки, если доминиро­вание полное, или среднее выражение признаков (промежуточное), если доминирование неполное (современная трактовка).

Ответьте на вопросы своего варианта (приложение1), внесите ответы в бланк  для ответов (приложение 2).

1.Что передается по наследству — ген или признак?

2. Сколькими генами контролировалось развитие признака в экспериментах Г.Менделя?

3. Объясните понятие «независимое распределение» генов.

4. По каким признакам Г. Мендель избрал горох объектом своих исследований?

5. Сколько альтернативных признаков учитывается при моногибридном скрещивании?

6. В каком случае выделяют признаки доминант­ные и рецессивные?

7. Как называют признаки гибрида, проявляю­щиеся в первом поколении?

8. Как называется зигота, из которой развиваются гибриды первого поколения?

9. Какие гаметы образуются у гибридов первого поколения ?

10. Какие признаки являются парными?

11. Где расположены аллельные гены?

12. Как распределяются аллельные гены при мейозе?

13. Как появляются в клетках гены парных при­знаков?

14. Какую информацию несет ген?

15. Где расположен ген?

16. В состав какой структуры входит ген?

17. Где закодирована информация об одном кон­кретном признаке?

18. Сколько генов в хромосомах гибридного ор­ганизма при моногибридном скрещивании отвечают за один и тот же признак?

19. Как называют гены, отвечающие за один и тот же признак?

20. Какие признаки называют альтернативными и в каких генах они закодированы?

21. Признаком генотипа или фенотипа будет по­явление потомства, аналогичного родителям, напри­мер рождение у собаки щенят, образование у ябло­ни яблок?

22. Что изменяется — генотип или фенотип когда при переселении в горную местность коровы становятся низкорослыми и малоудойными?

23. Что больше подвергается изменениям под влиянием условий внешней среды?

24. Вследствие чего возникает полиплоидная клетка?

25. В чем суть закона единообразия F₁?

26. Какова современная за­пись закона единообразия F₁?

27. Возможно ли появление в природных условиях потомства с крас­ными цветами от растений гороха, имеющих белые цветы, и наоборот?

28. Какова наследственная структура растений ночной красавицы, имею­щих розовые цветы?

29. Сформулируйте первый закон Менделя.

30. Что является причиной промежуточного наследова­ния?

Приложение 1.

Приложение 2.

Второй закон Менделя.

Проводя самоопыление гибридов F₁ (скрещивание между со­бой образующихся гетерозигот), Мендель установил, что в F₂ по­являются особи как с доминантным признаком (красные цветки), так и с рецессивным (белые цветки) в отношении 3:1. Это явле­ние называется законом расщепления гибридов второго поколе­ния (второй закон Менделя).

РF1   Аа (красные) х Аа (красные) G     А; а;                   А; а; F2   АА, Аа, Аа, аа (расщепление по фенотипу — красные : белые = 3 : 1, по генотипу =1:2:1)        Кр.   Кр.  Кр.    Б.

Для объяснения наблюдаемых закономерностей Мендель выдви­нул гипотезу чистоты гамет, предположив следующее: любой при­знак формируется под влиянием материального фактора (гена). Фак­тор, определяющий доминантный признак, — А, рецессивный — а. Каждая особь содержит два фактора, определяющих развитие при­знака, из которых один она получает от матери, другой — от отца. При образовании гамет происходит редукция факторов, и в каждую гамету попадает только один ген. При любых сочетаниях гамет все гибриды имеют одинаковые генотип и фенотип. При образовании гамет у гибридов F₁ 1/2 будет нести фактор А, а 1/2 — а. При самоопылении и равновероятном сочетании га­мет при оплодотворении в F₂ происходит расщепление по генотипу: 1 А А : 2 Аа : 1 аа, а по фенотипу: 3 части красные : 1 часть белые. С открытием мейоза гипотеза чистоты гамет получила цито­логическое подтверждение. Например, предшественники половых клеток (как и все соматические клетки) имеют диплоидный набор хромосом, после мейоза (редукционного деления) в каждую гаме­ту попа-дает только одна из пары гомологичных хромосом, а сле­довательно, только один из аллельных генов — генов, расположен­ных в идентичных участках гомологичных хромосом.

Неполные доминирова­ние (промежуточное наследование) — иногда у гибридов F₁ не наблюдается полного доминирова­ния, их признаки носят промежуточный характер. Такое наследо­вание называется промежуточным или неполным доминирова­нием. При неполном доминировании в F₂ расщепление по феноти­пу и генотипу выражается одинаковым отношением 1:2:1.

Р       АА (красные) х аа (белые) G       A                       a F1     Аа,        Аа,          Аа,         Аа                   Роз.         Роз.            Роз.          Роз. РF1   Аа (розовые) х Аа (розовые) G     A;  a;                 A;  a; F2    АА,        Аа,         Аа,           аа              (красные: розовые: белые = 1:2:1)         Кр.          Роз.          Роз.               Б.

При неполном доминировании расщепления по генотипу и фенотипу совпадают.

Кодоминирование – когда  в  гетерозиготном  состоянии  каждый  аллель  детерминирует  свой  признак.  (наследование  групп  крови: ген  а^А  определяет  антиген А).

 Сверхкодоминирование – когда  доминантный  ген  в  гетерозиготном  состоянии  проявляется  сильнее,  чем  в  гомозиготном (продолжительность  жизни  у  дрозофилы АА-нормальная,  Аа – увеличенная).

Изучая моногибридное скрещивание, Мендель  разработал разные типы скрещиваний: Прямое и обратное: характеризуются взаимопротивоположным сочетанием анализируемого признака и пола. Если в одном скрещивании женская особь – доминантная гомозигота, а мужская – рецессивная гомозигота, то в обратном скрещивании материнский организм будет иметь рецессивный фенотип, а отцовский – доминантный.

Возвратное скрещивание: скрещивание гибрида  с любой родительской особью;

Анализирующее скрещивание : скрещивание гибрида с рецессивной гомозиготой с целью выявления генотипа. При полном домини-ровании среди особей с доминантными при­знаками невозможно отличить гомозиготы от гетерозигот, а в этом часто возникает необ-ходимость (например, чтобы определить, чис­топородна или гибридна данная особь). С этой целью проводят ана­лизирующее скрещи-вание. Если потомство от такого скрещивания окажется однород­ным, значит, особь гомозиготна (ее генотип АА): Р   АА х аа F₁ Аа, Аа, Аа, Аа (единообразное потомство, нет расщепления)

Если же в потомстве будет 50% особей с доминантными признаками, а 50% — с рецессивными, значит, особь гетерозигот­на (Аа): Р Аа х аа F₁Аа, Аа, аа, аа (происходит расщепление 1:1 по фенотипу и генотипу)

На основании этих результатов Мендель пришёл к выводу, что рецессивные задатки не исчезают в гетерозиготном организме, а остаются неизменными и проявляются при встречи с такими же рецессивными задатками. Позже У.Бэтсон сформулировал  правило чистоты гамет: «Находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются, каждая гамета несёт только по одному задатку каждого признака и свободна от других задатков этого признака«.

Множественный  аллелизм. В  период  зарождения  генетики  считалось,  что  один  ген  влияет  на  реализацию  одного  признака.  Но  впоследствии  были  получены  неоспоримые  доказательства  того,  что  чем  сложнее  признак,  тем  большее  число  генов  контролирует  его  проявление.

Найдите номера ваших задач по приложению 1 и решите их. 

Задача 1. У человека ген полидактилии (многопалости) доминирует над нормальным строением кисти. У жены кисть нормальная, муж гетерозиготен по гену полидактилии. Определите вероятность рождения в этой семье многопалого ребенка.

Задача 2. Тетя Маша выращивала прекрасные красноплодные помидоры, а тетя Даша гордилась своими желтоплодными помидорами. Тетя Лиза решила всех перещеголять и получить растения с оранжевыми плодами. Взяв по одному растению у своих соседок, она скрестила жертвы селекционера-любителя. Почему, когда созрели помидоры, тетя Лиза пила валерьянку.

Задача 3. Скрестили черного и белого кроликов. В потомстве были только черные кролики. Какая окраска шерсти у кроликов доминирует? Каковы генотипы родителей и гибридов первого поколения по признаку окраски шерсти? Какие генетические закономерности проявляются при такой гибридизации?

Задача 4. У норок коричневая окраска меха доминирует над голубой. Скрестили коричневую самку с самцом голубой окраски. Среди потомства два щенка коричневых и один голубой. Чистопородна ли самка?

Задача 5. Скрестили пестрых петуха и курицу. Получили 26 пестрых, 12 черных и 13 белых цыплят. Как наследуется окраска оперения у кур?

Задача 6. Растения красноплодной земляники при скрещивании между собой всегда дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодной земляники – с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании между собой гибридных растений земляники с розовыми ягодами? Какое потомство получится, если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми ягодами?

Задача 7.У собак черный цвет шерсти доминирует над коричневым. Каковы возможные генотипы черных и коричневых животных? Можно ли ожидать рождения черных щенков от скрещивания коричневых собак? (Ответы: черные — АА, Аа; коричневый — аа; нет)

Задача 8.У томатов нормальный рост растения доминирует над карликовым. Какого роста будут растения первого поколения от скрещивания гомозиготных высоких растений с карликовыми? Дайте цитологическое объяснение своему ответу.

Задача 9. Скрестили коричневых норок с серыми. В первом поколении потомство получилось коричневым. Во втором поколении на 45 коричневых норок пришлось 15 серых. Определите количество гомозиготных особей среди коричневых и серых норок.

Задача 10. Какого потомства можно ожидать от скрещивания двух черных собак?

Задача 11.Плоды томата бывают круглыми (доминантный признак) и грушевидными. Каков будет внешний вид первого и второго поколения при скрещивании растения гомозиготного по гену, определяющему круглую форму плодов, с растением, имеющим грушевидные плоды?

Задача 12. При скрещивании двух дрозофил с нормальными крыльями у 82 потомков из 332 были укороченные крылья, а у 240 потомков — нормальные. Какой признак является доминантным? Каковы генотипы родителей и потомков? Составьте схему скрещивания.

Приложение 1.

Решение задач, моделирующих моногибридное скрещивание.

Решите задачу под индивидуальным номером.

ЗАДАЧА  1. При скрещивании между собой чистопородных  белых    кур  потомство оказывается белым, а при скрещивании  чёрных  кур — черным. Потомство от скрещивания белой и чёрной  особей оказывается «голубым» (пестрым). Какое оперение  будут  иметь потомки белого петуха и «голубой» курицы?   А  потомки  двух особей с «голубым» оперением?

ЗАДАЧА 2. Растения красноплодной земляники при скрещивании  между собой всегда  дают потомство   с красными  ягодами, а растения белоплодной земляники — с белыми ягодами. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются  розовые ягоды. Какое потомство возникает при скрещивании  между собой гибридных растений земляники с розовыми яго­дами? Какое потомство получится, если опылить красноплодную землянику пыльцой гибридной земляники с розовыми яго­дами?

ЗАДАЧА  3. Кохинуровые норки (светлая окраска с черным крестом на спине) получаются в результате скрещивания белых норок  с темными. Скрещивание между собой белых норок дает белое  потомство, а скрещивание между собой темных — темное. Какое потомство возникнет при скрещивании между собой кохинуровых норок? Какое потомство получится от скрещивания  кохинуровых норок с белыми?

ЗАДАЧА  4. У овец некоторых пород среди животных с ушами нормальной длины (мы будем их называть  «длинноухими»)  встречаются и полностью безухие. При скрещивании длинноухих между собой, а также безухих между собой получается  потомство, сходное по этому признаку с родителями. Гибриды же между длинноухими и безухими имеют короткие уши.  Какое потомство получится при скрещивании таких гибридов  между собой? А в результате скрещивания такого гибрида с  безухой особью?

ЗАДАЧА  5. Ген черной масти крупного рогатого скота доминирует  над  геном красной масти. Какое потомство (F₁) получится от  скрещивания чистопородного черного быка с красными коровами? Каким будет потомство F₂ от скрещивания между собой таких гибридов? Какие телята родятся от красного быка и гибридных коров из F₁?

ЗАДАЧА  6. Стандартные норки имеют коричневый мех, а алеут­ские— голубовато-серый. И те и другие гомозиготны, причем коричневая окраска доминирует. Какое потомство F₁ получит­ся от скрещивания двух названных пород? Что получится в ре­зультате скрещивания между собой таких гибридов? Какой результат даст возвратное скрещивание алеутского отца с его гибридной дочерью?

ЗАДАЧА  7. У томатов ген, обусловливающий нормальный рост, доминирует над геном карликовости. Какого роста будут по­томки f₁ от скрещивания гомозиготных высоких растений с карликовыми? А какое потомство  F₂  следует ожидать от скре­щивания только что упомянутых гибридов? Какой результат дает возвратное скрещивание представителей F₁ с карликовой родительской формой?

ЗАДАЧА  8. Иммунность к головне у овса доминирует над воспри­имчивостью к этой болезни. Какое потомство F₁ получится от скрещивания гомозиготных иммунных особей с растениями, поражаемыми головней? Что получится от скрещивания меж­ду собой таких гибридов? Какой результат даст возвратное скрещивание растений F₁ с родительской формой, лишенной иммунитета?

ЗАДАЧА  9. У кукурузы темная окраска зерна доминирует над свет­лой.  Какая окраска зерен будет у кукурузы, полученной от скрещивания гомозиготной темнозерной формы со светлозерной? Что получится от скрещивания между собой таких гибри­дов? Какой результат даст возвратное скрещивание гибрид­ных растений F₁ с гомозиготной рецессивной формой?

ЗАДАЧА  10. У томатов ген, обусловливающий красный цвет плодов, доминирует над геном желтой окраски. Какие по цвету пло­ды окажутся у растений, полученных от скрещивания гомози­готных красноплодных растений с желтоплодными? Какие пло­ды будут у F₂? Перечислите все формы, какие могут получить­ся от скрещивания одного из красноплодных представителей  F₂ с F₁?   Что получится от скрещивания между собой желтоплодных представителей F₂?

ЗАДАЧА  11. У крупного рогатого скота ген комолости  (безрогости)  доминирует над геном рогатости. Какое потомство  F₁ мож­но ожидать от скрещивания рогатого быка с гомозиготными комолыми коровами? Каким будет потомство F₂   от  скрещивания между собой таких гибридов? Какие телята могут родиться от скрещивания комолого быка из поколения F₂ с  гибридной  коровой из поколения F₁? А от скрещивания между собой двух  рогатых особей поколения F₂?

ЗАДАЧА  12. Ген раннего созревания ячменя доминирует над поздне­спелостью. Какими окажутся растения F₁, полученные в ре­зультате опыления гомозиготного раннеспелого растения пыльцой позднеспелого? Каким будет ячмень поколения F₂? А что  может получиться от скрещивания одного из  позднеспе-лых  представителей F₂ с F₁?

ЗАДАЧА  13. У  овса  иммунность  (невосприимчивость)  к  ржавчине  доминирует над  поражаемостью этой болезнью. Какими окажутся гибриды fi от скрещивания поражаемого ржавчиной  овса с гомози-готным иммунным? Каким будет второе поколе­ние? Что получится, если скрестить между собой поражаемые  ржавчиной растения из поколения F₂? Перечислите все формы,  которые могут воз-никнуть от скрещивания одного из иммунных представителей F₂ с F₁.

ЗАДАЧА  14. Зерно пшеницы может быть стекловидным (содержа­щим много белка) или мучнистым (крахмалистым), причем  стекловидность — доминантный признак. Какие зерна окажут­ся у гибридов F₁ от скрещивания гомозиготных растений со  стекловидными зернами с растениями, имеющими мучнистые  зерна? Какие растения получатся во втором поколении? Kaкие  зерна можно ожидать у растений, полученных от скрещива­ния одного из представителей поколения F₂ со стекловидными  зернами с растением из F₁? Какой результат даст скрещивание  между собой двух представителей F₂ с мучнистыми зернами?

ЗАДАЧА  15. Ген раннеспелости  овса доминирует над геном, определяющим позднеспелость. В потомстве от скрещивания двух  растений обнаружилось расщепление, близкое к 1:1. Что мож­но сказать о генотипах исходных форм? А каковы были бы эти генотипы, если бы расщепление приближалось к 3:1? При ка­ких фенотипах скрещиваемых растений получится фенотипически однородное потомство?

ЗАДАЧА  16. У пшеницы ген карликовости доминирует над геном  нормального роста. Каковы генотипы исходных форм, если в  потомстве получилось расщепление по этому признаку в отно­шении 3:1? А какое заключение об исходных генотипах следовало бы сделать, получив расщепление 1:1? При каких фенотипах  скрещиваемых растений получится фенотипически однородное потомство?

ЗАДАЧА  17. Плоды томатов бывают грушевидными и круглыми. Ген  круглой формы плодов доминирует. Какими должны быть ге­нотипы родительских растений, чтобы в потомстве получилось  по данному признаку расщепление в отношении 1:1? А в отношении 1:3? При каких фенотипах скрещиваемых томатов потомство окажется фенотипически однородным?

ЗАДАЧА  18. Гигантский рост растений овса — рецессивный признак.  Что можно сказать о генотипах родительской пары, если по­ловина потомства имеет нормальный,  а половина — гигант­ский рост? А если только четверть потомства отличается гигантизмом? Какие формы овса надо скрестить, чтобы все потомство получилось заведомо однородным по данному признаку?

ЗАДАЧА  19. У томатов ген высокого роста растения доминирует над геном карликовости. Какой вывод о генотипах  родительских  растений можно сделать, если в потомстве  обнаружено  рас­щепление по данному признаку в отношении 1:1? А в случае расщеп-ления в отношении 1:3? Растения, с какими фенотипами нужно скрестить, чтобы получить фенотипически однородное потомство?

ЗАДАЧА  20. Одна из пород кур отличается укороченными ногами (такие куры не разрывают огороды). Признак этот домини­рующий. Управляющий им ген вызывает одновременно также и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв  так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и  гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

ЗАДАЧА  21. У крупного рогатого скота комолость (отсутствие ро­гов) доминирует над рогатостью. Какое по-томство можно ожи­дать от скрещивания комолого быка с рогатыми коровами, если известно, что в прошлом одна из этих коров принесла от этого же быка рогатого теленка?

ЗАДАЧА  22. Мех «платиновой» норки стоит во много раз дороже, чем мех стандартной, но может резко снизиться в цене, когда мода изменится. Как нужно вести скрещивание, чтобы от имеющейся на ферме стандартной самки и платинового сам­ца в кратчайший срок получить мак­симальное количество платиновых потомков? Ген «платиновости» рецессивен.

ЗАДАЧА  23. Скрещивание между собой двух морских свинок, отли­чающихся вихрастой шерстью, дало 18 вихрастых и пять глад­ких потомков. Какая часть вихрастых потомков гомозиготна по этому признаку?

ЗАДАЧА  24. Черная масть у крупного рогатого скота доминирует  над красной. При  скрещивании с одним и тем же черным быком красная корова Зорька родила черного теленка, черная  корова Майка — черного же теленка, а корова Ветка — красного теленка. Что можно сказать а генотипах указанных жи­вотных?

ЗАДАЧА  25.  Голубоглазый мужчина, родители которого имели ка­рие глаза, женился на кареглазой женщине, у отца которой глаза были голубые, а у матери — карие. От этого брака ро­дился один ребенок, глаза которого оказались карими. Каковы генотипы всех упомянутых здесь лиц?

Ди- и полигибридное скрещивание. Третий закон Менделя.

Дигибридное скрещивание – это скрещивание по двум парам признаков.

Скрещиваются гомо­зиготные родители, отличающиеся друг от друга по проявлению двух признаков, например, окраске семян (жел-тая и зеленая) и фор­ме (гладкая и морщинистая). Появление в F₁ всех особей с желты­ми гладкими семенами свидетельствует о доми-нировании этих признаков и проявлении закона единообразия у гибридов F₁. После самоопыления гибридов F₁ в F₂ появляются осо-би четырех фенотипов: два — сходные с родительскими (желтые глад­кие и зеленые морщинистые), а два — новые, сочетающие приз-на­ки матери и отца (желтые морщи-нистые и зеленые гладкие). При дигибридном скрещивании наблюдается независимое наследова­ние признаков. Количественный анализ этих гибридов показывает, что дигибридное расщепление представляет собой два моногиб-ридных расщепления, идущих независимо друг от друга. Оно выражается отношением 9 : 3 : 3 : 1, или (3 : I)². Такой харак­тер наследо-вания называется законом независимого наследования (распределения) признаков (третий закон Менделя). Согласно это­му зако-ну, расщепление по каждому признаку идет независимо от другого признака. Вообще, расщепление любого количества пар проис-ходит независимо.

Закон независимого наследования (распределения) признаков: при скрещивании  дигетерозигот во втором поколении будет наблю-даться расщепление по фенотипу: 9А-В- :3А-вв : 3ааВ- :1аавв  (Третий закон Менделя).

Р   ААВВ (желтые гладкие) х  aabb (зеленые морщинистые)    G:    АВ                                          ab   F₁     АаВb (все желтые гладкие, дигетерозиготы)   Р_F1   AaBb (желтые гладкие) ×  AaBb (желтые гладкие)  G            

♀     \   ♂	AB	Ab	aB	ab
AB	AABB ж  гл.	AABb ж  гл	AaBB ж  гл	AaBb ж  гл
Ab	AABb ж  гл	AAbb ж  м	AaBb ж  гл	Аabb ж  м
aB	AaBB ж  гл	AaBb ж  гл	aaBB з  гл	aaBB з  гл
ab	AaBb ж  гл	Aabb ж  м	aaBb з  гл	Aabb з м

    F₂    жёлтые и гладкие: 9                           соотношение по первому признаку:            жёлтые и морщинистые: 3                 жёлтых 12 : зелёных 4 = 3:1           зелёные и гладкие: 3                         соотношение по второму признаку:            зелёные и морщинистые: 1                гладких 12 : морщинистых 4 = 3:1                                  

Независимое наследование характерно только для тех призна­ков, гены которых находятся в разных парах гомологичных хромо­сом.   Развитие генетики XX в. показало, что далеко не все признаки наследуются в соответствии с законами Г. Менделя. Основные при­чины отклонения от этого следующие:

— сцепление генов; — сцепление признаков с полом; — взаимодействие генов; — случайное нерасхождение гамет; — неодинаковая жизнеспособность зигот.

— внеядерная наследственность; — неравная вероятность образования всех типов гамет; — неравная вероятность встречи разных типов гамет;

Скрещивание, при котором у родительских особей учитывается одна пара альтернативных признаков, называется моногибридным, две пары признаков – дигибридным, более  двух пар – полигибридным.

Законы  Менделя носят  статистический характер и являются универсальными, т.е. при половом размножении они присущи всем живым организмам. Для проявления этих законов необходимо соблюдать ряд условий:

• гены разных аллельных пар должны находиться в разных хромосомах;
• между генами не должно быть сцепления и взаимодействия;
• должна быть равная вероятность образования гамет и зигот разного типа и равная вероятность выживания организмов с разными генотипами (не должно быть летальных генов);
• должна быть 100% пенетрантность гена, отсутствовать плейотропное действие и мутации гена.

Решение задач, моделирующих ди- и полигибридное скрещивание.

Основные правила, помогающие в решении генетических задач.

1. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в их потомстве наблюдается расщепление признаков, то эти особи гетерозиготны.
2. Если в результате скрещивания особей, отличающихся фенотипически по одной паре признаков, получается потомство, у которого наблюдается расщепление по той же паре признаков, то одна из родительских особей была гетерозиготна, а другая – гомозиготна по рецессивному признаку.
3. Если при скрещивании фенотипически одинаковых (по одной паре признаков) особей в первом поколении гибридов происходит расщепление признака на три фенотипические группы в отношениях1:2:1, то это свидетельствует о неполном доминировании и о том, что родительские особи гетерозиготны.
4. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве происходит расщепление признаков в соотношении 9:3:3:1, то исходные особи были дигетерозиготными.
5. Если при скрещивании двух фенотипически одинаковых особей в потомстве про-исходит расщепление признаков в ссотношениях 9:3:4; 9:6:1; 9:7; 12:3:1; 13:3; 15:1, то это свидетельстчует  о явлении взаимодействия генов;  расщепление в соотношениях 9:3:4; 9:6:1; 9:7 свидетельствует  о комплементарном взаимодействии генов, а расщепление в соотношении 13:3; 12:3:1; — об эпистатическом взаимодействии.

Решите задачу по индивидуальному варианту. 

ЗАДАЧА  1. Чистопородный черный комолый бык скрещивается с красными рогатыми коровами. Какими будут гибриды? Каким окажется следующее поколение, полученное от скрещивания этих гибридов между собой, если известно, что комолость (т. е. безрогость) доминирует над рогатостью, а черная масть— над красной, причем гены обоих признаков находятся в разных парах хромосом?

ЗАДАЧА  2. Какими признаками будут обладать гибридные томаты, полученные в результате опыления красноплодных растений нормального роста пыльцой желтоплодных карликовых тома­тов? Какой результат даст дальнейшее скрещивание таких гибридов? Известно, что красный цвет плодов — доминантный признак, карликовость — рецессивный. Все исходные рас­тения гомозиготны; гены обоих признаков находятся в разных хромосомах.

ЗАДАЧА  3. Известно, что нормальный рост у овса доминирует над гигантизмом, а раннеспелость над поздне-спелостью. Все исходные растения гомозиготны, и гены обоих признаков нахо­дятся в  разных хромосомах. Какими признаками будут обладать гибриды раннеспелого овса нормального роста с позднеспелым гигантского? Какой результат даст дальнейшее скрещивание между собой таких гибридов?

ЗАДАЧА  4. Окрашенность шерсти кроликов (в противоположность  альбинизму) определяется доминантным геном. Цвет же ок­раски контролируется другим геном, расположенным в дру­гой хромосоме, причем серый цвет доминирует над черным (у кроликов-альбиносов гены цвета окраски себя не проявля­ют). Какими признаками будут обладать гибридные формы, полученные от скрещивания серых кроликов с альбиносами, несущими ген черной окраски? Предполагается, что исходные  животные гомози-готны по обоим упомянутым здесь генам. Какая часть кроликов F₂   окажется черной?

ЗАДАЧА  5. Оперенность ног у кур (в противоположность голым)  определяется доминантным  геном. Горохо-видный гребень доминирует над простым. Какими признаками будут обладать  гибридные формы, полученные от скрещивания кур с горохо­видными гребнями, имеющими оперенные ноги, с голоногими  курами, имеющими простые гребни? Предполагается, что ис­ходные животные гомози-готны по обоим упомянутым здесь  генам. Какая часть F₂  окажется с гороховидным гребнем и го­лыми ногами?

ЗАДАЧА  6. У человека карий цвет глаз доминирует над голубым, а способность лучше владеть правой рукой доминирует над леворукостью, причем гены обоих признаков находятся в различ­ных хромосомах. Кареглазый правша женится на голубогла­зой левше. Какое потомство в отношении указанных признаков следует ожидать в такой семье? Рассмотрите два случая: когда юноша гомозиготен по обоим признакам и когда он по ним гетерозиготен.

ЗАДАЧА  7. У человека карий цвет глаз доминирует над голубым, а способность лучше владеть правой рукой доминирует над леворукостью, причем гены обоих признаков находятся в различ­ных хромосомах. Какими могут быть дети, если родители их кареглазые правши, гетерозиготные по обоим признакам?

ЗАДАЧА  8. Голубоглазый правша женится на кареглазой правше, на кареглазой левше из семейства, все члены которого в тече­ние нескольких поколений имели   карие глаза. Какое потомство  в отношении этих двух признаков следует ожидать от такого брака?

ЗАДАЧА 9. Голубоглазый правша женится на кареглазой правше.  У них родилось двое детей — кареглазый левша и голубоглазый правша. От второго брака у этого же мужчины с другой  кареглазой правшой родилось 9 кареглазых детей (все прав­ши). Каковы генотипы каждого из трех родителей?

ЗАДАЧА  10. Наследственная слепота у людей может быть обусловлена многими различными причинами. В этой и следующей задаче мы будем иметь в виду только два вида слепоты, причи­на каждого из которых определяется своим рецессивным ге­ном. Сколь вероятно, что ребенок родится слепым, если отец и мать его оба страдают одним и тем же видом наследствен­ной слепоты? А если различными? Свяжите полученный ответ с необходимостью особенно тщательно следить за тем, чтобы вступающие в брак друг с другом слепые не состояли даже и в отдаленном родстве.

ЗАДАЧА  11. Оцените вероятность рождения ребенка слепым, если родители его зрячие, а обе бабушки страдают одинаковым ви­дом наследственной слепоты? А ес­ли слепота бабушек обусловлена различными генами? В обо­их случаях предполагается, что генотипы дедушек не отяго­щены генами слепоты.

ЗАДАЧА  12. Гомозиготная дрозофила  желтого цвета с очень узкими крыльями и без щетинок скрещена с обычной  дрозофилой. Какими будут гибриды и какое потомство получится в результате скрещивания между собой этих гибридов? Извест­но, что рецессивный ген желтой окраски и доминантный ген  узких крыльев находятся во второй хромосоме, а рецессивный ген отсутствия щетинок — в третьей.

ЗАДАЧА  13. Гомозиготная дрозофила желтого цвета с очень узкими крыльями и без  щетинок скрещена с дрозофилой дикой линии (серого цвета, с нормальными  крыльями и  со  щетинками). Какими будут гибриды, и какое получится потомство в результате скрещивания между собой этих гибридов? Известно, что  рецессивный ген желтой окраски, доминантный ген узких крыльев и рецессивный ген отсутствия щетинок находятся в разных парах хромосом. Запишите  .решение задачи в генном и хромосомном изображении.

ЗАДАЧА  14. У мышей ген черной окраски доминирует над аллелем коричневой oкраски,  а  ген длинных ушей до-минирует над аллелем, обусловривающим   короткоухость. а ген жесткой шерсти доминирует над аллелем  мягкой шерсти.  Чёрная   длинноухая мышь с мягкой шерстью была скрещена с корич-невым  короткоухим самцом. В потомстве появился коричневый короткоухий мышонок с мягкой шерстью. Каковы генотипы родителей? Каковы еще возможные  фенотипы мышат в потомстве?

ЗАДАЧА  15. У фигурной тыквы белая окраска плодов W доминирует над желтой w,  а дисковидная форма плодов D — над шаровидной d. Скрещивается растение, гомозиготное по желтой окраске и дисковидной форме плодов, с растением, гомозиготным по белой окраске и шаровидной форме плодов. Какими будут окраска и форма плодов у растений первого поколения? Какими будут окраска и форма плодов  в  потомстве от возвратного скрещивания растений этого поколения  с  желтым дисковидным растением — родителем; с белым шаровидным — родителем;

ЗАДАЧА  16. У фигурной тыквы белая окраска плодов W доминирует над желтой w,  а дисковидная форма плодов D — над шаровидной d. Скрещивается  растение тыквы с белыми дисковидными плодами  с  расте-нием, имеющим белые шаровидные плоды.  Потомство: 76 растений с белыми шаровидными плодами, 72 — с белыми дисковидными. 26 – с  желтыми дисковидными плодами, 24 — с желтыми шаровидными  плодами. Определите генотипы родительских растений;

ЗАДАЧА  17. У фигурной тыквы белая окраска плодов W доминирует над желтой w,  а дисковидная форма плодов D — над шаровидной d. Растение тыквы с белыми дисковидными плодами, скрещенное   с   расте-нием, имеющим такие же плоды, дало в потомстве: 56 растений  с белыми дисковидными плодами, 18 — с белыми шаровидными плодами, 19 — с желтыми дисковидными плодами, 6 — с желтыми шаровидными плодами. Определите генотипы родительских растений.   На какой закон генетики эта задача?

ЗАДАЧА  18. У дрозофилы отсутствие глаз  наследуется как рецессивный признак, а  нормальное строение кры-льев доминирует над зачаточными.  Безглазая муха с нормальными крыльями, гетерозиготная по гену зачаточных крыльев, скрещена с мухой, гетерозиготной  по   гену    нормальных   глаз  и  имею-щей  зачаточные   крылья.   Определите генотип и фенотип потомства;

ЗАДАЧА  19. У дрозофилы отсутствие глаз  наследуется как рецессивный признак, а нормальное строение крыльев доминирует над зачаточными. Скрещены  мухи,  гетерозиготные  по  обоим  генам.  Определите рас- щепление по генотипу и фенотипу в их потомстве.

ЗАДАЧА  20. У дрозофилы отсутствие глаз наследуется как рецессивный признак, а нормальное строение крыльев доминирует над зачаточными.  При  скрещивании  мухи с нормальными глазами и крыльями с безглазой   мухой,  имеющей  нормальные крылья, в потомстве получено 3/8 безглазых с нормаль-ными  крыльями, 3/8 — с нормальными  глазами  и  крыльями   и по 1/8 с нормальными глазами и зачаточными крыльями  и  безглазых   с зачаточными крыльями. Определите генотипы родительских  особей.

ЗАДАЧА  21. Курица  и  петух  —  чёрные  и  хохлатые.  От  них   получены цыплята: 8 черных и 3 бурых  хохлатых,  4 черных и 1 бурый без хохла. Как   наследуются указанные  признаки  у  кур? Каковы генотипы ро-дительских особей? Какое потомство можно  ожидать  от   скрещивания родительской особи с потомком бурого оперения  и  без  хохла?

ЗАДАЧА  22. Оперённость  ног  у   кур (в противоположность голым) определяется  доминантным  геном.  Горохо-видный гребень доминирует над простым.  Какими  признаками   будут обладать гибридные формы, полученные от скрещивания  кур с гороховидными гребнями и оперенными ногами с голоногим  петухом, имеющим простой гребень? Предполагается, что  исходные  особи  гомозиготны по обоим генам. На какое правило Менделя  эта  задача.

ЗАДАЧА  23. Оперённость  ног  у   кур (в противоположность голым) определяется  доминантным  геном.  Горохо-видный гребень доминирует над простым.  Какая  часть  второго поколения, полученного от скрещи-вания особей первого  поколения  между собой, окажется с гороховидным гребнем и  голыми  ногами?  Дать цитологическое обоснование.

ЗАДАЧА  24. При  скрещивании  рыжих тараканов (прусаков), имеющих узкое тело  коричневого  цвета (дикий  фенотип), с особями оранжевой окраски, но с нормальной  шириной  тела,  в   первом поколении было получено 5330 особей дикого типа.  Во  втором  поколении  наблюдалось следующее расщепление: 3242  особей с узким оранжевым телом, 1137 особей с широким  коричневым  телом и 360 особей с широким оранжевым телом. Как наследуется  форма   и окраска тела у тараканов — прусаков? Напишите генотипы родителей  и  потомства. Каким законом генетики пользовались при решении  задачи.

ЗАДАЧА  25. У собак  чёрная  окраска  шерсти доминирует над коричневой, а пегость   рецессивна  по  отношению   к сплошной окраске.  Какую  окраску     можно ожидать у щенков, родившихся от коричневого  отца  и  чёрно-пегой  матери.

ЗАДАЧА  26. У собак  чёрная  окраска  шерсти доминирует над коричневой, а пегость   рецессивна  по  отношению к сплошной окраске.  Появятся  ли  коричнево-пегие щенки у черных родителей? Указать  разные  состояния  гомозигот  и  гетерозигот  у  родительских  особей  обоих  случаях.

ЗАДАЧА  27. У кролика белая окраска шерсти рецессивна по отношению к серой, а ворсистая   шерсть доминирует над гладкой. Серый волнистый кролик скрещивается  с серой гладкой самкой. В потомстве получены белые волнистые  кролики.  Как провести скрещивание дальше, чтобы получить больше белых волнистых  кроликов? Как проверить чистоту линии белых волнистых кроликов  из  первого поколения?

ЗАДАЧА  28. У морских свинок всклоченная (розеточная) шерсть R доминирует над  гладкой r,  а черная окраска W — над белой w.  Скрещивается всклоченная чёрная свинка со всклоченным белым животным. В потомстве получено: всклоченных черных — 28, всклоченных белых — 31, гладких черных —11,   гладких белых — 9. Установите  генотипы родительских особей и потомства. Дать цитологическое   обоснование.

ЗАДАЧА  29. У морских свинок всклоченная (розеточная) шерсть R доминирует над  гладкой r, а черная окраска  W — над белой w.  Скрещиваются между собой два всклоченных черных животных.  В  потомстве от этого скрещивания получено две особи, из которых одна —  всклоченная белая, а вторая — гладкая черная. Каковы генотипы pодительских особей и какое потомство следует ожидать в дальнейшем  от  этих свинок?

ЗАДАЧА  30. У свиней белая щетина доминирует над черной. Однопалость — над двупалостью. Два борова А и В имеют однопалые ноги и белую щетину. Боров А  при  скрещивании с любыми свиноматками дает белых однопалых потомков.  Боров В при скрещивании с черными свиньями дает половину белых и половину   черных потомков: при скрещивании с двупалыми — половину однопалых  u  половину двупалых потомков. Объясните разницу между животными, укажите   их генотипы.

Ответьте на вопросы своего варианта (приложение1), внесите ответы в бланк  для ответов (приложение 2).

1. Фенотип — это совокупность внешних и внутренних признаков: а)  организма                      б)  всех особей популяции                         в)  всех особей вида 2. Совокупность генов гаплоидного набора хромосом — это: а)  генотип                б)  геном               в)  генофонд 3. Совокупность генов всех особей популяции — это: а)  генотип                 б)  ген              в)   генофонд 4. Участок молекулы ДНК, несущий информацию о пер­вичной структуре белка, называется: а)  генотипом                     б)   геном                                                      в)   кариотипом 5. Набор хромосом соматической клетки, характери­зующийся определенным их числом, размерами, фор­мой, называется: а) кариотипом                        б)  генотипом                                              в)   генофондом 6. На какой стадии митоза проводят кариотипирование? а) ранняя профаза        б) метафаза         в) анафаза         г) телофаза 7. Гомологичными называются парные хромосомы, име­ющие: а) одинаковую форму, размер и конъюгирующие в мейозе          б) сходный набор генов и конъюгирующие в митозе         в)  сходное строение, но разное число генов  8. Участок хромосомы, в котором расположен ген, на­зывается: а)    аллель                       б) локус                              в) кодон    9. Гены, контролирующие развитие противоположных признаков, называются: а) алле льными        б) гетерозиготными              в)гомозиготными 10. Аллельные гены расположены в: а) одной хромосоме           б) половых хромосомах          в) гомологичных хромосомах 11. Организм, имеющий одинаковые аллели данного гена и не дающий в потомстве расщепления, назы­вается: а)    гетерозиготным              б) моногибридным                   в) гомозиготным 12. Проявление у гетерозиготного организма одного из аллелей называется: а) доминированием           б) дрейфом генов                     в) гомологией 13. Потомство, развивающееся в результате объедине­ния генетического материала разных организмов, на­зывается: а) гетерозисным                 б) гибридом                             в)  гетеротрофным 14. Г. Мендель опубликовал результаты своих гибридо­логических исследований в: а)   1855 г.             б) 1860 г.              в)  1865 г. 15. Моногибридным называется скрещивание, в кото­ром родители отличаются: а)   одной парой альтернативных признаков б)   двумя парами признаков в)   двумя и более парами признаков 16. Какой фенотип имеют гибриды I поколения в опы­тах Г. Менделя с горохом? а) разный б) одинаковый в)  половина имела доминантный, другая полови­на — рецессивный признак 17. При моногибридном скрещивании горохов гибри­ды II поколения, полученные Г. Менделем в резуль­тате самоопыления, по фенотипу имели соотноше­ния доминантных и рецессивных признаков соот­ветственно: а)   1 : 1    б)  3 : 1  в) 1 : 2 18. «Расщепление по каждой паре признаков идет неза­висимо от других пар признаков» — так формулиру­ется: а)   первый закон Менделя            б) второй закон Менделя           в)           третий закон Менделя 19. Расщепление у гибридов будет всегда соответство­вать третьему закону Менделя при условии: а)если гены располагаются в одной паре гомо­логичных хромосом б) если гены располагаются в разных парах го­мологичных хромосом и не взаимодейству-ют с другими генами в)  при неравной вероятности образования гамет разных типов 20. Для установления генотипа фенотипически сходных организмов проводят скрещивание с: а)  гетерозиготой б)  гомозиготой по доминантному признаку в)  гомозиготой по рецессивному признаку 21. Обмен участками гомологичных хромосом во время их конъюгации в профазе мейоза называется: а)  инбридингом б)  кроссинговером в)  инверсией 22. Перекрест хромосом — это: а)  разрыв хромосом на две части б)  спирализация хромосом в)  обмен участками гомоло-гичных хромосом г)  процесс расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам 23. Основы хромосомной теории наследственности со­зданы: а)  Менделем              б) Морганом                в) Бэтсоном 24. Результатом кроссинговера является: а) увеличение числа хромосом б) создание новых сочетаний генов, обеспечивающее комбинативную изменчивость орг-в   в) уменьшение числа хромосом в два раза 25.Количество фенотипов при скрещивании Аа х Аа в случае полного доминирования составляет: а)  1          б) 2           в)  3 26. Количество генотипов при скрещивании Аа х Аа со­ставляет: а)  1 б) 2       в)  3 27. Дигомозигота имеет генотип: а)  АаВв                                            б)  ААВВ                                           в) ААВв 28. У раздельнополых животных самцы и самки могут быть гомо- или гетерогаметными. У кого из приве­денных ниже организмов самцы гетерогаметны? 1. Человек                       2. Дрозофила                        3. Птицы                      4.Пресмыкающиеся а)   2 + 3 + 4 б)   1 + 2 в)   1 + 3 + 4 29.Какой парой представлены половые хромосомы в кариотипе женщины? а)   XY                         б)   ХО                           в)  XX 30. При изучении наследственности и изменчивости че­ловека не применим метод: а)   близнецовый б)   генеалогический в)   гибридологический г)   цитогенетический д)   биохимический

Дополнения к законам Менделя.

После  вторичного  открытия  законов  Менделя   начались  генетические  исследования  на  самых  разнообразных  объектах,  появ-ляются  и  накапливаются  данные  о  генетике  человека. Однако  при  проведении  экспериментов  были  замечены  отклонения  от  законов  Менделя,  позднее  было  доказано,  что  эти  отклонения  не  противоречат,  а  дополняют  уже  известные  законы.

Сцепленное наследование генов.

В 1906 году У. Бэтсон и Р. Пеннет, проводя скрещивание растений душистого горошка и анализируя наследование формы пыльцы и окраски цветков, обнаружили, что эти признаки не дают независимого распределения в потомстве, гибриды всегда повторяли признаки родительских форм. Стало ясно, что не для всех признаков характерно независимое распределение в потомстве и свободное комбинирование.

Каждый организм имеет огромное количество признаков, а число хромосом невелико. Следовательно, каждая хромосома несет не один ген, а целую группу генов, отвечающих за развитие разных признаков. Изучением наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме, занимался Т. Морган. Если Мендель проводил свои опыты на горохе, то для Моргана основным объектом стала плодовая мушка дрозофила.

Дрозофила каждые две недели при температуре 25 °С дает многочисленное потомство. Самец и самка внешне хорошо различимы — у самца брюшко меньше и темнее. Они имеют всего 8 хромосом в диплоидном наборе, достаточно легко размножаются в пробирках на недорогой питательной среде.

Скрещивая мушку дрозофилу с серым телом и нормальными крыльями с мушкой, имеющей темную окраску тела и зачаточные крылья, в первом поколении Морган получал гибриды, имеющие серое тело и нормальные крылья (ген, определяющий серую окраску брюшка, доминирует над темной окраской, а ген, обусловливающий развитие нормальных крыльев, — над геном недоразвитых). При проведении анализирующего скрещивания самки F₁ с самцом, имевшим рецессивные признаки, теоретически ожидалось получить потомство с комбинациями этих признаков в соотношении 1:1:1:1. Однако в потомстве явно преобладали особи с признаками родительских форм (41,5% — серые длиннокрылые и 41,5% — черные с зачаточными крыльями), и лишь незначительная часть мушек имела иное, чем у родителей, сочетание признаков (8,5% — черные длиннокрылые и 8,5% — серые с зачаточными крыльями). Такие результаты могли быть получены только в том случае, если гены, отвечающие за окраску тела и форму крыльев, находятся в одной хромосоме.

Если гены окраски тела и формы крыльев локализованы в одной хромосоме, то при данном скрещивании должны были получиться две группы особей, повторяющие признаки родительских форм, так как материнский организм должен образовывать гаметы только двух типов — АВ и аb, а отцовский — один тип — аb. Следовательно, в потомстве должны образовываться две группы особей, имею-щих генотип ААВВ и ааbb. Однако в потомстве появляются особи (пусть и в незначительном количестве) с перекомбинированными признаками, то есть имеющие генотип Ааbb  и ааВb. Для того, чтобы объяснить это, необходимо вспомнить механизм образования половых клеток — мейоз. В профазе первого мейотического деления гомологичные хромосомы конъюгируют, и в этот момент между ними может произойти обмен участками. В результате кроссинговера в некоторых клетках происходит обмен участками хромосом между генами А и В, появляются гаметы Аb и аВ, и, как следствие, в потомстве образуются четыре группы фенотипов, как при свободном комбинировании генов. Но, поскольку кроссинговер происходит при образовании небольшой части гамет, числовое соотношение фенотипов не соответствует соотношению 1:1:1:1.

Группа сцепления — гены, локализованные в одной хромосоме и наследующиеся совместно. Количество групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом.

Сцепленное наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме. Сила сцепления между генами зависит от расстояния между ними: чем дальше гены располагаются друг от друга, тем выше частота кроссинговера и наоборот. 

Полное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируемых признаков располагаются так близко друг к другу, что кроссинговер между ними становится невозможным. 

Неполное сцепление — разновидность сцепленного наследования, при которой гены анализируе-мых признаков располагаются на некотором расстоянии друг от друга, что делает возможным кроссинговер между ними.

Независимое наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в разных парах гомологичных хромосом. Некроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых кроссинговер не произошел.

Кроссоверные гаметы — гаметы, в процессе образования которых произошел кроссинговер. Как правило кроссоверные гаметы составляют небольшую часть от всего количества гамет.

Нерекомбинанты — гибридные особи, у которых такое же сочетание признаков, как и у родителей. Рекомбинанты — гибридные особи, имеющие иное сочетание признаков, чем у родителей.

Расстояние между генами измеряется в морганидах — условных единицах, соответствующих про-центу кроссоверных гамет или проценту рекомбинантов. Например, расстояние между генами серой окраски тела и длинных крыльев (также черной окраски тела и зачаточных крыльев) у дрозофилы равно 17%, или 17 морганидам.

У дигетерозигот доминантные гены могут располагаться или в одной хромосоме (цис-фаза), или в разных (транс-фаза).

Результатом исследований Т. Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности.

Основные положения хромосомной теории.

1. Единицей наследственной информации является ген, лока­лизованный в хромосоме.
2. Гены относительно стабильны.
3. Гены могут изменяться (мутировать).
4. Каждый ген имеет определённое место (локус) в хромосоме.
5. Гены наследственно дискретны.
6. Каждая хромосома содержит десятки тысяч генов, располо­женных в ней линейно с образова-нием групп сцепления.
7. Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно, сцепленно.
8. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов.
9. Признаки, зависящие от сцепления генов, наследуются совместно.
10. Сцепление генов может нарушаться в процессе мейоза процессом кроссинговера, в результате образуются рекомбинантные хромосомы.
11. Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость).
12. Частота кроссинговера зависит от силы сцепления между генами: чем сильнее сцеплены гены, тем меньше величина кроссинговера (обратная зависимость).
13. Сцепление генов и кроссинговер позволяют производить картирование хромосом.
14. В процессе мейоза гомологичные хромосомы, а следователь­но, и аллельные гены попадают в разные гаметы. Гаметы всегда гаплоидны.
15. Негомологичные хромосомы, а следовательно, и неаллель­ные гены расходятся произвольно, независимо друг от друга и об­разуют различные комбинации в гаметах, число которых опреде­ляется по формуле 2ⁿ, где n — количество пар гомологичных хро­мосом.
16. В результате кроссинговера число комбинаций генов в гаметах увеличивается.

Решите следующие задачи. 

1. Одна из пород кур отличается укороченными ногами (такие куры не разрывают огородов). Этот признак – доминирующий. Управляющий им ген вызывает одновременно и укорочение клюва. При этом у гомозиготных цыплят клюв так мал, что они не в состоянии пробить яичную скорлупу и гибнут, не вылупившись из яйца. В инкубаторе хозяйства, разводящего только коротконогих кур, получено 3000 цыплят. Сколько среди них коротконогих?

2. У человека катаракта и многопалость вы­зываются доминантными аллелями двух сцеплен­ных генов. Здоровая женщина выходит замуж за мужчину, страдающего этими признаками (мно­гопалость унаследовал от отца, а катаракту от матери). Оцените вероятность того, что их ребе­нок будет: а) одновременно страдать обеими ано­малиями; б) страдать одной из двух аномалий; в) полностью здоров? Допустите, что кроссинговер не происходит.

3. У человека резус-положительность и элиптоцитоз определяются сцепленными доминантными генами (расстояние 3 морганиды). В брак вступа­ет мужчина с элиптоцитозом и резус-положитедь- ным фактором (мать которого имела отрицатель­ный резус-фактор, а отец был болен элиптоцито­зом) и здоровая женщина, имеющая отрицатель­ный резус-фактор. Определите вероятность воз­можных фенотипов детей в этой семье.

4. Гены А и В относятся к одной группе сцеп­ления, расстояние между генами 40 морганид. Оцените вероятность рождения детей в браке, где оба родителя дигетерозиготны, при этом женщи­на получила доминантные гены от отца, а муж­чина — один — от отца, другой — от матери.

5. В брак вступают родители, страдающие катарактой и полидактилией (оба дигетерозигот­ны). Оба родителя получили катаракту от мате­рей, а полидактилию — от отцов. Каков прогноз в отношении здоровья детей, если допустить, что кроссинговер не наблюдается?

Генетика пола. Сцепленное с полом наследование.

В настоящее  время  выделяют  следующие  типы  наследования  признаков:

Пол – это совокупность морфологических, физиологических, биохимических и других признаков организма, обусловливающих воспроизведение себе подобного.

Различают 5 типов хромосомного определения пола: — Хромосомный набор млекопитающих (человека) и дрозофи­лы: XX — самка и XY самец. У человека в соматических клетках содержится 23 пары хромосом; из них 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. Хромосомный комплекс женщины = 44 А + XX, мужчины = 44 А + XY. У дрозофилы хромосомный комплекс сам­ки = 6А + XX, самца = 6А + XY. — Хромосомный набор бабочек, птиц, рептилий, некоторых рыб: XY — самка и XX-самец. — Хромосомный набор клопа протенора, кузнечика, пауков, жуков: XX-самка и ХО-самец. — Хромосомный набор тли: ХО — самка и XX — самец. — Гапло-диплоидный тип определения пола пчел, муравьев (нет половых хромосом): 2n — самка (диплоидная особь), n — самец (гапло-идная особь).

Пол с одинаковыми половыми хромосомами (XX), образующий один тип гамет (с Х-хромосомой) — гомогаметный. Другой пол, с раз-ными хромосомами (XY), образующий два типа гамет (с X- и Y-хромосомой) — гетерогаметный, У человека, млекопитающих и боль-шинства других организмов гетерогаметный пол — мужс­кой, гомогаметный — женский; у птиц, бабочек, наоборот, гетеро­гаметный пол — женский, гомогаметный — мужской. Пол у мле­копитающих наследуется в соотношении 1:1.

Р     ♀XX  х   ♂ XY G    X       X   Y  F1  XX : XX ; XY : XY      ♀     ♀     ♂     ♂ (50% самок : 50% самцов)

Х-хромосомы человека, помимо генов, определяющих жен­ский пол, содержат различные жизненно важные гены, не имею­щие отно-шения к полу (окраску глаз, свертываемость крови). По­теря Х-хромосомы приводит к гибели зиготы. Y-хромосома чело­века встреча-ется только у особей мужского пола и несет ограни­ченное количество генов, свойственных этому полу. Таким обра­зом, основные признаки, сосредоточенные в половой паре, орга­низм наследует вместе с Х-хромосомой. У го-могаметных особей (XX) Х-хромосомы парные и могут нести как доминантные, так и рецессивные признаки. У гетерогаметных особей (XY) хромо­сомы непарные и признаки несет только Х-хромосома.

Признаки, определяемые генами, расположенными в половых хромосомах, называют признаками, сцепленными с полом. У чело­века такими признаками являются дальтонизм (цветная слепота) и гемофилия (несвертываемость крови). У различных полов эти при­знаки проявляются неодинаково. Эти аномалии рецессивны (ген даль­тонизма, гемофилии находится в Х-хромосоме и является рецессив­ным), соответственно у женщин такие признаки не проявляются, если даже эти гены несет одна из Х-хромосом (так как действие ре-цессивного гена будет подавляться влиянием доминантного гена), но такая женщина является носительницей и передает их с Х-хромосомой своим сыновьям, у которых аномалии проявляются феноти­пически в форме заболевания. Рецессивный признак от матери пе­редается сыновьям и проявляется у них, а отцов — дочерям. Рассмотрим наследование гемофилии (несвёртываемость крови).

1 тип наследования. Р     ♀XHXh       х       ♂ XHY   (здорова, носитель)      (здоров) G   XH;   Xh;            XH; Y;  F1  XHXH  XHXh    XHY   Xh Y ♀ зд.        ♀зд.        ♂зд.      ♂б.     (50%♀: 50%♂)

2 тип наследования. Р     ♀XHXH          х       ♂ XhY       (здорова)    (гемофилик) G   XH;   XH;            Xh;  Y;  F1  XHXh  XHXh     XHY    XH Y       ♀ зд.        ♀зд.        ♂зд.       ♂зд.         (50% ♀: 50%♂)

3 тип наследования. Р     ♀XHXh        х       ♂ XhY   (здорова, носитель)   (гемофилик) G   XH;   Xh;             Xh;  Y;  F1  XHXh     Xh Xh    XHY    Xh Y       ♀ зд.    ♀б..     ♂зд.    ♂б.         (50%♀: 50%♂)

4 тип наследования. Р    ♀Xh Xh          х       ♂ XHY        (гемофилик)             (здоров) G   Xh;   Xh;             XH;  Y;  F1  XHXh  XHXh     Xh Y   Xh Y    ♀ зд.   ♀зд.     ♂б.    ♂б.         (50% ♀ : 50%♂)

Решите задачу по индивидуальному варианту. 

Задача 1.  У человека псевдогипертрофическая  мускульная  дистрофия (смерть в 10-12 лет) в некоторых семьях зависит от рецессив-ного, сцепленного с полом, гена. Болезнь регистрируется только у мальчиков. Почему? Если больные мальчики умирают в юности, то почему эта болезнь не исчезает  из  популяции людей?

Задача 2. Мужчина, несколько лет проработавший у атомного реактора, стал отцом мальчика, страдающего гемофилией — единствен-ный случай этого заболевания как в его роду, так и у предков его жены. Правы ли супруги, приписавшие возникновение аномалии у ребенка неблагоприятному действию среды, в которой находился его отец?

Задача 3.  Гипертрихоз наследуется как сцепленный с У-хромосомой признак, который проявляется лишь к 17 годам. Одна  из форм  ихтиоза (чешуйчатость и пятнистое утолщение кожи) наследуется как рецес-сивный, сцепленный с X-хромосомой признак. В семье, где женщина нормальная по обоим приз-накам, а муж является обладателем только гипертрихоза, родился мальчик с призна­ками ихтиоза. Определите вероятность проявления у этого мальчика гипер­трихоза. Определите вероятность рождения в этой семье детей без обеих ано­малий, и какого они будут пола?

Задача 4. У семейной пары родился  сын  с  гемофилией. Оба родителя не страдали этой болезнью. Определите вероятность рождения второго ребенка здоровым. Гемофилия насле­дуется как сцепленный с Х- хромосомой признак.

Задача 5. У человека альбинизм обусловлен аутосомным рецессивным геном. От­сутствие потовых желез проявляется как сцеплен-ный с полом рецессив­ный признак. У одной супружеской пары, нормальной по этим признакам, родился сын с обеими указанными аномалиями. Определите гено­типы родителей и вероятность того, что следующий ребенок будет стра­дать обеими аномалиями.

Задача 6. У человека аниридия (тип слепоты) зависит от доминантного аутосомного  ге­на, а оптическая атрофия (другой тип слепоты) — от рецессивного, сцепленно­го с полом гена. Мужчина с оптической атрофией женился на женщине с аниридией. Какие могут быть у них дети?

Задача 7. У людей одна из форм дальтонизма (цветовая слепота) обусловлена сцеплен­ным с Х-хромосомой рецессивным геном. Способность различать вкус фе­нилтиокарбамида обусловлена аутосомным доминантным геном. Женщина с   нормальным зрением, но различающая вкус фенилтиокарбамида, вышла замуж за дальтоника, не способного различать вкус фенилтиокарбамида. У них было две дочери, не страдающие дальтонизмом, но различающие вкус фенил­тиокарбамида, и четыре сына, ни один из которых не страдал дальтонизмом, но двое различали вкус фенилтиокарбамида, а двое — нет. Определите вероят­ные генотипы детей и родите-лей. Выразите в хромосомном виде.

Задача 8. Классическая гемофилия передается как рецессивный, сцепленный с X-хромосомой признак. Здоровая женщина, отец которой был болен  гемофили­ей, вышла замуж за здорового мужчину. У них родилась здоровая дочь. Како­ва вероятность рождения больных детей? Обнаружится ли у внуков гемофи­лия, если дочь вступит в брак со здоровым мужчиной?

Задача 9. У человека доминантный ген Р определяет стойкий рахит, который наследу­ется сцеплено с полом. Какова вероятность рождения больных детей, если мать гетерозиготна по гену рахита?

Задача 10. Мужчина, страдающий дальтонизмом (цветовая слепота) и глухой, женился на женщине с нор-мальным зрением и хорошо слышащей. У них родился сын глухой и дальтоник  и  дочь-дальтоник с хорошим слухом. Определите вероят­ность рождения в этой семье дочери с обеими аномалиями, если известно, что дальтонизм и глухота передаются как рецессивные признаки, но дальтонизм сцеплен  с  Х-хромосомой,  а  глухота – аутосомный признак.

Задача 11. Одна из форм агаммоглобулинемии наследуется как аутосомно-рецессивный признак, другая — как рецессивный, сцеплен-ный с Х-хромосомой. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где мать гетерозиготна по обоим napaм генов, а отец здоров и имеет лишь доминантные гены анализируемыхаллелей.

Задача 12. Потемнение зубов может определяться двумя доминантными генами, один и которых расположен в аутосомах, а другой — в Х-хромосоме. В семье, где родители имеют темные зубы, родились девочка и мальчик с нормальным цветом зубов. Определите вероятность рождения в этой семье следующего ребёнка тоже без аномалий, если удалось установить, что темные зубы матери обусловлены лишь геном, сцепленным с Х-хромосомой, а темные зубы отца   аутосомным геном, по которому он гетерозиготен.

Задача 13.  Мужчина, страдающий гемофилией,  женился на  здоровой женщине, носительницей гена гемофи- лии. Определите вероятность рождения в этой семье здорового потомства.

Задача 14. Кареглазая женщина с Rh — положительной кровью и нормальным зрением вышла замуж за голубоглазого мужчину с Rh- положительной кровью и дальтоника. У них родилась голубоглазая дочь с Rh – отрицательной кровью и дальтоник. Какова вероят-ность того, что следующий ребенок в этой семье будет Rh -отрицательным и страдать дальтонизмом, если карий цвет глаз и положи-тельный резус-фактор — доминантные, не сцепленные между собой признаки, а дальтонизм — рецессивный, сцепленный с Х-хромосо-мой признак. Какой цвет глаз возможен у больных детей?

Задача 15. Отец — дальтоник, мать различает цвета нормально. У отца отмечено умень­шение глазных яблок (наследование с непол-ным доминированием). Кроме этого известно, что со стороны матери были случаи рождения детей с фруктозурией. Какова вероят-ность рождения здорового ребенка в данной семье. Каким законом генетики пользовались при решении задачи?

Задача 16. Пигментный ретинит (прогрессирующее сужение поля зрения и усиливающаяся ночная слепота, нередко приводящая к полной слепоте) наследуется тремя путями: как аутосомный доминантный признак, как аутосомный рецессивный и как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой. Определите вероятность рождения больных детей в семье, где мать больна пигментным ретинитом и является гетерозиготной по всем  трем парам генов, а отец здоров  и  нормален по всем трем признакам?

Задача 17. Женщина правша с карими глазами и нормальным зрением выходит замуж за мужчину — правшу голубоглазого и дальто-ника. Какова вероятность того, что следующий ребенок в этой семье будет левшой, кареглазым и страдать дальтонизмом, если известно, что карий цвет глаз — доминантный аутосом­ный признак, дальтонизм — признак, сцепленный с полом и рецессивный, а голубые глаза — рецессивный аутосомный признак?  Дайте  цитологическое  обоснование.

Задача 18. У мужчины по материнской линии бабушка с нормальным зрением, дедушка -дальтоник, мать — также дальтоник, а отец нормальный. Установить их геноти­пы. Каким зрением обладает сам мужчина и его сестра? Какое зрение будет у детей этого мужчи-ны, если он женится на женщине, генетически подобной его сестре?

Задача 19. Мужчина дальтоник женится на нормальной женщине. У них рождаются нормальные дочери и сыновья. Все они вступают в брак с нормальными в от­ношении зрения лицами. У каких из внуков обнаружится дальтонизм? Какие из правнуков будут страдать дальтонизмом, если среди внуков все браки про­изойдут между двоюродными родственниками?

Задача 20. Ангидрозная эктодермалъная дисплазия (отсутствие потоотделения, наруше­ние терморегуляции) передается у людей как рецессивный, сцепленный с X-хромосомой признак. Юноша, не страдающий этим недостатком, женится на девушке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки здоровы. Какова ве­роятность того, что дети от этого брака будут страдать отсутствием потовых желез?

Задача 21. Гипертрихоз (вырастание волос на краю ушной раковины) наследуется как признак, сцепленный с У-хромосомой. Какова вероятность рождения детей с этой аномалией в семье, если у отца мужа наблюдался этот признак?

Задача 22. В семье отец постоянно употребляет алкоголь и много курит, а у матери нет этих вредных привычек. Ген табакокурения  рецессивен  и  сцеплен с полом,  ген алкоголизма доминантен и расположен в ау тосоме. Отец женщины был  заядлым курильщиком, а у мужчины оба родителя страдали алкоголизмом. С какой вероятностью в семье могут родиться дети, не рискующие с  возрастом стать алкоголиками? С какой вероятностью в этой семье могут родиться дети, не склонны к табакокурению? Какой пол будет у этих детей?

Задача 23. Наркотическая зависимость — признак рецессивный и контролируемый ayтосомным геном, а курение табака рецессивным геном, сцепленным с полом. Мужчина, куряший и употребляющий наркотики, хочет создать семью  с  женщиной, которая лишена этих недостатков, но является носительница этих генов. Какие генотипы будут у детей в этой семье? Сколько разных фенотипов может быть в этой семье?

Задача 24.  Дальтонизм (цветовая слепота) зависит от рецессивного гена, сцепленного с полом, а склонность к юмору — от рецессив-ного аутосомного гена. Жених и невеста различают цвета нормально, чувства юмора у них нет, но они гетерозиготны по этому гену. Отец девушки цвета не различает.   а) С какой вероятностью в семье может родиться девочка-дальтоник без чувства юмора?   б) С какой вероятностью в семье может родиться мальчик-дальтоник без чувства юмора?

Задача 25. У Человека в Y-хромосоме встречается ген, определяющий развитие перепон­ки между 2 и 3 пальцами на ногах. Кроме того есть и аутосомный рецессивный  ген,  который  контролирует  чёткость  речи.  В  семье  у  отца  перепонка  между  пальцами  и  очень  чёткая  речь,  а  мать  не  очень  понятно  произносит  слова  и  перепонки  между  пальцами  у  неё  нет.  У  её  отца  все  предки  говорили  очень  разборчиво.     а)  С  какой  вероятностью  в  семье  может  родиться  ребёнок  с  перепонкой  между  пальцами?    б)  Может  ли  родиться  девочка  с  перепонкой?

Задача 26. Гены цветовой и ночной слепоты рецессив­ны, сцеплены и находятся в Х-хромосоме на рассто­янии 50 морганид. Девушка с нор-мальным зрени­ем (отец которой страдал двумя формами слепо­ты) выходит замуж. Определите вероятность появ­ления возможных фенотипов у детей в этой семье, если: а) юноша здоров? б) страдает двумя форма­ми слепоты?

Задача 27. Классическая гемофилия и дальтонизм на­следуются рецессивно, сцепленно с Х-хромосомой. Расстояние между генами 9,8%. Женщина, мать которой была дальтоник, а отец гемофилик, всту­пила в брак со здоровым мужчиной. Определите вероятность рождения в этой семье детей с двумя аномалиями одновременно.

Задача 28. У человека мышечная дистрофия Дюшена и полная цветовая слепота (протанопия) наследу­ются сцепленно с полом, рецессивно. Здоровая женщина с нормаль-ным зрением (отец страдал мышечной дистрофией, а мать протанопией) вы­шла замуж за мужчину, страдающего обоими за­болеваниями. Какой прогноз рождения здоровых детей в этом браке?

Задача 29. У Человека в Y-хромосоме встречается ген, определяющий развитие перепон­ки между 2 и 3 пальцами на ногах. Кроме того есть и аутосомный рецессивный  ген,  который  контролирует  чёткость  речи.  В  семье  у  отца  перепонка  между  пальцами  и  очень  чёткая  речь,  а  мать  не  очень  понятно  произносит  слова  и  перепонки  между  пальцами  у  неё  нет.  У  её  отца  все  предки  говорили  очень  разборчиво. Какое потомство следует ожидать если девочка из  этой  семьи  выйдет  замуж  за  гете-розиготного   по  гену  чёткости  речи  мужчину?

Задача 30.  Дальтонизм (цветовая слепота) зависит от рецессивного гена, сцепленного с полом, а склонность к юмору — от рецессив-ного аутосомного гена. Жених и невеста различают цвета нормально, чувства юмора у них нет, но они гетерозиготны по этому гену. Отец девушки цвета не различает. С какой вероятностью может родиться ребенок с чувством юмора? С какой вероятностью у этого ребенка может быть обнаружен  дальтонизм?

Задача 31. Наркотическая зависимость — признак рецессивный и контролируемый ayтосомным геном, а курение табака рецессивным геном, сцепленным с полом. Мужчина, куряший и употребляющий наркотики, хочет создать семью  с  женщиной, которая лишена этих недостатков, но является носительница этих генов. С  какой вероятностью может родиться ребенок, склонный к курению  и употреблению нарко-тиков? Какой у него будет пол?  С какой вероятностью в семье может родиться ребенок без таких  неприятных особенностей? Какой у него будет пол? 

Задача 32. В семье отец постоянно употребляет алкоголь и много курит, а у матери нет этих вредных привычек. Ген табакокурения  рецессивен  и  сцеплен с полом,  ген алкоголизма доминантен и расположен в ау тосоме. Отец женщины был  заядлым курильщиком, а у мужчины оба родителя страдали алкоголизмом. Может ли в семье родиться мальчик, по описанным привычкам похожий на отца?  Если сын, похожий на отца, повзрослев, женится на непьющей, некурящей женщине, то могут ли у них родиться дети без склонности к этим вредным привычкам?

Задача 33. Ангидрозная эктодермальная дисплазия (отсутствие потоотделения, наруше­ние терморегуляции) передается у людей как рецессивный, сцепленный с X-хромосомой признак. Нормальная женщина выходит замуж за мужчину, страдающего эктодермальной дисплазией. У них рождается больная девочка и здоровый сын. Определите вероятность рождения следующего ребенка без анома-лий.

Примечание. При решении задач необ­ходимо помнить, что кроссинговер в половых хро­мосомах у мужчин практически не наблюда-ется

Цитоплазматическая наследственность.

Хромосомная теория наследственности установила ведущую роль ядра и находящихся в нем хромосом в явлениях наследственности. Но в то же время уже в первые годы формирования генетики как науки были известны факты, показывающие, что наследования некоторых признаков связано с нехромосомными компонентами клетки и не подчиняется менделеевским закономерностям, осно-ванным на распределении хромосом во время мейоза.

В 1908 – 1909 гг. К. Корренс и одновременно независимо от него Э. Баур описали пестролистность у растений ночной красавицы и львиного зева, которая наследуется через цитоплазму. В последующие годы подобные наблюдения были сделаны на других объек-тах. Все они правильно истолковывались как примеры цитоплазматической наследственности, но тем не менее их долгое время рассматривали просто как отдельные отклонения от законов Г. Менделя.

Дальнейшее изучение явлений наследственности привело к необходимости установить не только механизм передачи генов хромо-сом от одного поколения организмов другому, но и то, как эти гены контролируют процессы клеточного метаболизма и развитие определенных признаков и свойств. Поэтому клетку стали рассматривать как единую целостную систему, определяющую передачу и воспроизведение признаков в потомстве в результате взаимодействия компонентов ядра (генов хромосом) и цитоплазмы, что можно показать на примере приобретения ею способности к фотосинтезу. Фотосинтез связан с цитоплазматическими структурами клетки – пластидами и находящимся в них пигментом хлорофиллом. Образование и функции пластид обусловливаются наследственными факторами и действием внешних условий (главным образом света, без которого хлорофилл в пластидах не образуется). Мутации в некоторых локусах хромосом могут частично или полностью нарушать процесс образования пластид и содержащегося в них хлоро-филла. Эти так называемые хлорофильные мутации наследуются, строго подчиняясь закономерностям Г. Менделя. Но аномальные (белые) пластиды могут образовываться в клетках с нормальным набором генов, и при хорошем освещении. Этот признак не насле-дуется по правилам Г. Менделя. При делении клетки, содержащей указанные аномальные пластиды, образуются дочерние клетки с такими же пластидами, но при скрещивании этот признак передается только по материнской линии, и, следовательно, он связан не с хромосомами, а с цитоплазмой. Таким образом, важнейшее свойство клетки – ее способность к фотосинтезу – определяется взаимо-действием генов хромосом, структурных элементов цитоплазмы и условий внешней среды.

Генетическому материалу хромосомного набора (геному) соответствует плазмон, включающий весь генетический материал цито-плазмы. Подобно генам хромосом. В структурных элементах цитоплазмы – пластидах, кинетосомах, митохондриях, центросомах и основном ее веществе находятся материальные носители нехромосомной наследственности – плазмогены. Они могут определять развитие некоторых признаков клетки, способны удваивать их воспроизвести, при делении материнской клетки они распределяются между дочерними клетками.

Наиболее полно изучены две формы цитоплазматической наследственности: пластидная и цитоплазматическая мужская стериль-ность.

Пластидная наследственность.

Среди органоидов цитоплазмы генетическая непрерывность впервые была установлена для пластид. У многих видов растений встречаются особи, лишенные окраски, или такие, у которых в листьях имеются отдельные неокрашенные участки ткани. Клетки их вообще не имеют видимых пластид или содержат пластиды, не способные образовывать хлорофилл. Растения, лишенные зеленой окраски — альбиносы, нежизнеспособны и обычно погибают в фазе проростков. Но отдельные участки ткани без зеленой окраски развиваются в зеленом листе, питаясь за счет нормальных тканей, снабжающих их продуктами фотосинтеза

Во многих случаях изменения в структуре и функциях пластид связаны с мутациями одного хромосомного гена. У кукурузы, ячменя и некоторых других культур изучены многочисленные хлорофильные мутации, наследующиеся по правилам Г. Менделя. Однако часто наследование таких изменений не подчиняются менделеевским закономерностям, и объяснить его можно только исходя из пред-ставления о генетической непрерывности пластид. Электронно-микроскопическими и авторадиографическими методами доказано существование в пластидах ДНК‑содержащих областей. В них находятся специфические рибосомы. Зеленые пластиды способны синтезировать ДНК, РНК, белок.

У ночной красавицы имеется пестролистная разновидность. На одном и том же растении наряду с зелеными ветвями имеются ветви с листьями, на которых зеленая ткань чередуется с бесцветными полосами и пятнами. Цветки на зеленых ветвях такого пестролистного растения независимо от того, какой пыльцой опылять их, дают семена, из которых всегда вырастают нормальные зеленые растения. Семена с ветвей, листья на которых лишены зеленой окраски, дают неокрашенные бесхлорофилльные проростки. Из семян, завязавшихся на пестролистных побегах, образуется смешанное в различном соотношении потомство, состоящее из зеленых, пестролистных и неокрашенных растений.

Аналогичное явление наблюдалось у пестролистных растений львиного зева, пеларгонии, энотеры, подорожника. Эти факты можно объяснить, предположив, что у пестролистных растений имеется два типа пластид: нормальные и аномальные, не способные образовывать хлорофилл. При размножении из нормальных формируются нормальные, а из аномальных – аномальные (белые) пластиды. Из семяпочки, включающей оба типа пластид, путем митотических делений образуется яйцеклетки, несущие только белые или и те и другие пластиды одновременно.

Односторонняя, исключительно по материнской линии, передача признаков, связанных на примере реципрокных скрещиваний пестролистных растений и нормальных зеленых растений. Пестролистное растение, если его берут в качестве материнской формы, образует три типа яйцеклеток: с зелеными, смешанными и белыми пластидами. Поскольку спермии отцовского зеленолистного растения пластид не содержат, такое скрещивание даст смешанное потомство, в котором число различных растений будет определяться случайным характером распределения пластид при макроспорогенезе. В обратном скрещивании зеленолистное растение будет образовывать яйцеклетки с зелеными пластидами. Оплодотворяемые спермиями пестролистных растений, они дадут потомство, состоящее только из растений с зелеными листьями. Следовательно, при реципрокных скрещиваниях между нормальны-ми зеленолистными растениями или цветками с нормальными зеленолистных побегов пестролистной особи и цветками с растений или побегов, несущих аномальные пластиды, тип пластид и характер возникающего потомства определяется материнской формой. Нормальное материнское растение дает только нормальное потомство, а аномальное – только аномальное независимо от фенотипа отцовской формы.

Наследование через митохондрии.

У некоторых грибов (дрожжи, нейроспора) была обнаружена дыхательная недостаточность, которая обусловлена необратимыми наследственными изменениями функции митохондрии – у них утрачена активность цитохромоксидазы. Б. Эфрусси обнаружил штам-мы дрожжей, которые спонтанно образуют карликовые колонии с дыхательной недостаточностью. Поскольку колонии возникают при вегетативном размножении гаплоидных дрожжей, эта форма была названа вегетативным карликовым штаммом. Наряду с вегетатив-ными карликовыми колониями была обнаружена форма, по фенотипу – росту и дыхательной недостаточности – сходная с первой, но она давала расщепление по признаку карликовости, как будто он определялся одним ядерным геном; эта форма была названа рас-щепляющимся карликовым штаммом.

Генетический анализ вегетативного и расщепляющегося карликовых штаммов показывает, что фенотип расщепляющейся карлико-вости определяется ядерным геном (при скрещиваниях наблюдается расщепление в отношении 1:1). При скрещивании вегетативных карликов и нормальных дрожжей диплоидная зигота, в которой есть митохондрии от нормальной формы, не дает расщепления – из спор (аскоспор) не появляются мелкие колонии. Следовательно, у этих форм геномы одинаковы, различалась лишь цитоплазма. Рас-щепления по типу цитоплазмы в мейозе не происходит. В данном эксперименте факт цитоплазматического наследования очевиден.

Получено и прямое доказательство роли митохондрии в наследственной передаче дыхательной недостаточности у дрожжей. Вегетативных карликов, лишенных клеточных оболочек, выращивали в присутствии изолированных митохондрии нормальных дрожжей. В результате часть образовавшихся колоний (2–2,5%) имели нормальные размеры. Этот факт можно объяснить, предположив, что «нормальные» митохондрии, попав в клетки вегетативных карликов, исправили дефект их дыхательной системы и, передаваясь из клетки в клетку в ходе деления, способствовали образованию нормальных колоний.

Цитоплазматическая стерильность.

У многих видов растений с обоеполыми цветками и однодомных изредка встречаются единичные особи со стерильными мужскими генеративными органами. Такие факты были известны еще Ч. Дарвину. Он их рассматривал как склонность вида переходить от однодомности к двудомности, которую в эволюционном отношении считал более совершенной. Таким образом, формирование особей, имеющих мужскую стерильность, представляет собой естественное явление эволюционного процесса.

Мужскую стерильность впервые обнаружил К. Корренс в 1904 г. у огородного растения летний чабер. В 1921 г. В. Бэтсон нашел ее у льна, в 1924 г, американский генетик Д. Джонс – у лука, в 1929 г. А.И.Купцов – у подсолнечника.

В 1932 г. М.И. Хаджисимо от него американский генетик М. Родс обнаружили мужские стерильные растения у кукурузы. В дальнейшем было установлено, что мужская стерильность широко распространение среди цветковых растений. Мутации, вызывающие мужскую стерильность, описаны в настоящее время у большинства культурных растений.

Мужская стерильность бывает при отсутствии пыльцы или неспособны ее к оплодотворению и проявляется в трех основных формах:

1) Мужская генеративные органы – тычинки – совершенно не развиваются; подобные явление наблюдается у растений некоторых видов табака; 2) Пыльники в цветках образуются, но пыльца их нежизнеспособна; эта форма стерильности чаще всего встречается у кукурузы; 3) В пыльниках образуется нормальная пыльца, но они не растрескиваются и пыльца не попадает на рыльца; это очень редкое явление наблюдается иногда у некоторых сортов томата.

Мужская стерильность генетически может обуславливаться генами стерильности ядра и взаимодей-ствием ядерных генов и плазмо-генов. В соответствии с этим различают два вида мужской стерильности: ядерную, или генную, и цитоплазматическую. Ядерная сте-рильность вызывается мутациями хромосомных генов ms . В связи с тем, что гены стерильности рецессивные, а гены фертильности доминантные, при этом типе наследования стерильности от скрещивания  растений с фертильными все растения F1 бывают фертиль-ными (msms хMsMs Msms ) , а в F2 происходит расщепление на фертильные и стерильные формы в отношении 3:1 в последующих поколениях число стерильных растений от такого скрещивания непрерывно уменьшается. В настоящее время разрабатываются приемы использования генной стерильности для получения гетерозисных гибридов хлопчатника, подсолнечника и некоторых других культур.

Для объяснения причин возникновения цитоплазматической стерильности были выдвинуты три гипотезы. Одна из них, известная под названием вирусной, связывает возникновение мужской стерильности с вирусной инфекцией, которая может передаваться при половом размножении через цитоплазму яйцеклетки.

Вторая гипотеза рассматривает возникновение ЦМС как результат несоответствия цитоплазмы и ядра разных видов при отдаленной гибридизации. Наибольшее признание в настоящее время получила гипотеза, рассматривающая возникновение ЦМС в результате специфических мутаций плазмогенов.

Можно утверждать, что цитоплазматическая мужская стерильность обусловлена наследственными изменениями (мутациями) цито-плазмы. Она обычно полностью сохраняется в F1 и последующих поколениях у всех растений. Мужская стерильность устойчиво передается из поколения в поколение по материнской линии, а наследственные факторы, ее обусловливающие, не находятся в хромосомах ядра.

Взаимодействие  неаллельных  генов.

Если развитие признака контролируется более чем одной парой генов, то это означает, что он находится под полигенным контролем. Установлено несколько основных типов взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия и плейотропия.

Комплементарность  — взаимодействие  неаллельных  генов,  при  котором  доминантный  ген  дополняет  действие  другого  доми-нантного  гена  и  появляется  новый  признак,  отсутствующий  у  родителей.(синтез  интерферона  у  человека,  который  выполняет  иммунологическую  функцию и  его  образование  в  организме  связано  с  комплиментарным  взаимодействием  двух  неаллельных  генов,  локализованных  в  разных  хромосомах. Первый случай неаллельного взаимодействия был описан в качестве примера отклонения от законов Менделя английскими учены-ми У. Бетсоном и Р. Пеннетом в 1904 г. при изучении наследования формы гребня у кур. Различные породы кур характеризуются разной формой гребня. Виандотты имеют низкий, правильный, покрытый сосочками гребень, известный под названием “розовид-ного”. Брамы и некоторые бойцовые куры обладают узким и высоким гребнем с тремя продольными возвышениями — “гороховид-ным”. Леггорны имеют простой или листовидный гребень, состоящий из одной вертикальной пластинки. Гибридологический анализ показал, что простой гребень ведет себя как полностью рецессивный признак по отношению к розовидному и гороховидному. Расщепление в F₂ соответствует формуле 3 : 1. При скрещивании же между собой рас с розовидным и гороховидным гребнем у гибридов первого поколения развивается совершенно новая форма гребня, напоминающая половинку ядра грецкого ореха, в связи с чем гребень был назван “ореховидным”. При анализе второго поколения было установлено, что соотношение разных форм гребня в F₂ соответствует формуле 9 : 3 : 3 : 1, что указывало на дигибридный характер скрещивания. Была разработана схема скрещивания, объясняющая механизм наследования этого признака.

В определении формы гребня у кур принимают участие два неаллельных гена. Доминантный ген R  контролирует развитие розовид-ного гребня, а доминантный ген P — гороховидного. Комбинация рецессивных аллелей этих генов rrpp вызывает развитие простого гребня. Ореховидный гребень развивается при наличии в генотипе обоих доминантных генов.

Наследование формы гребня у кур можно отнести к комплементарному взаимодействию неаллельных генов. Комплементарными, или дополнительными, считаются гены, которые при совместном действии в генотипе в гомо- или гетерозиготном состоянии обусловливают развитие нового признака. Действие же каждого из генов в отдельности воспроизводит признак одного из родителей.

Наследование генов, определяющих форму гребня у кур, полностью укладывается в схему дигибридного скрещивания, так как они ведут себя при распределении независимо. Отличие от обычного дигибридного скрещивания проявляется только на уровне фенотипа и сводится к следующему:

1. Гибриды F₁ не похожи ни на одного из родителей и обладают новым признаком;
2. В F₂ появляются два новых фенотипических класса, которые являются результатом взаимо-действия либо доминантных (ореховидный гребень), либо рецессивных (простой гребень) аллелей двух независимых генов.

Механизм комплементарного взаимодействия подробно изучен на примере наследования окраски глаз у дрозофилы. Красная окраска глаз у мух дикого типа определяется одновременным синтезом двух пигментов — бурого и ярко-красного, каждый из которых контролируется доминантным геном. Мутации, затрагивающие структуру этих генов, блокируют синтез либо того, либо другого пигмента. Так, рецессивная мутация brown (ген находится во 2-й хромосоме) блокирует синтез ярко-красного пигмента, в связи с чем у гомозигот по этой мутации бурые глаза. Рецессивная мутация scarlet (ген располагается в 3-й хромосоме) нарушает синтез бурого пигмента, и поэтому гомозиготы stst имеют ярко-красные глаза. При одновременном присутствии в генотипе обоих мутантных генов в гомозиготном состоянии не вырабатываются оба пигмента и глаза у мух белые.

В описанных примерах комплементарного взаимодействия неаллельных генов формула расщепления по фенотипу в F₂ соответствует 9:3:3:1. Такое расщепление наблюдается в том случае, если взаимодействующие гены по отдельности имеют неодинаковое феноти-пическое проявление и оно не совпадает с фенотипом гомозиготного рецессива. Если это условие не соблюдается, в F₂ имеют место иные соотношения фенотипов.

При скрещивании двух разновидностей фигурной тыквы со сферической формой плода гибриды первого поколения обладают новым признаком — плоскими или дисковидными плодами. При скрещивании гибридов между собой в F₂ наблюдается расщепление в соот-ношении 9 дисковидных : 6 сферических : 1 удлиненная.

Анализ схемы показывает, что в определении формы плода принимают участие два неаллельных гена с одинаковым фенотипичес-ким проявлением (сферическая форма). Взаимодействие доминантных аллелей этих генов дает дисковидную форму, взаимодействие рецессивных аллелей — удлиненную.

Еще один пример комплементарного взаимодействия дает наследование окраски шерсти у мышей. Дикая серая окраска определя-ется взаимодействием двух доминантных генов. Ген А отвечает за присутствие пигмента, а ген В — за его неравномерное распреде-ление. Если в генотипе присутствует только ген А (А-bb), то мыши равномерно окрашены в черный цвет. Если присутствует только ген В (ааВ-), то пигмент не вырабатывается и мыши оказываются неокрашенными, так же как и гомозиготный рецессив ааbb. Такое действие генов приводит к тому, что в F₂ расщепление по фенотипу соответствует формуле 9 : 3 : 4.

Эпистаз –взаимодействие  при  котором  ген  одной  аллельной  пары  подавляет  действие  гена  другой  аллельной  пары. Подав-ляющий  ген  называется  эпистатическим  или  супрессором,  а  подавляемый  гипостатическим.  В  случаях,  когда  ген – супрессор  рецессивный,  имеет  место  криптомерия (kryptos- скрытый). У  человека  примером  криптомерии  может  служить  «бомбейский  феномен»:  рецессивный  аллель а  в  гомозиготном  состоянии  подавляет  активность  гена В,  поэтому  женщина  получившая  от  матери  аллель В,  фенотипически  имела  первую  группу  крови.     В качестве эпистатичного гена может выступать как доминантный, так и рецессивный ген (соответст-венно доминантный и рецессивный эпистаз).

Примером доминантного эпистаза служит наследование окраски шерсти у лошадей и окраски плодов у тыквы. Схема наследования этих двух признаков абсолютно одинаковая.

Из схемы видно, что доминантный ген серой окраски С является эпистатичным по отношению к доминантному гену В, который обус-ловливает черную окраску. В присутствии гена С ген В своего действия не проявляет, и поэтому гибриды F₁ несут признак, определя-емый эпистатичным геном. В F₂ класс с обоими доминантными генами сливается по фенотипу (серая окраска) с классом, у которого представлен только эпистатичный ген (12/16). Черная окраска проявляется у 3/16 гибридных потомков, в генотипе которых отсутст-вует эпистатичный ген. В случае гомозиготного рецессива отсутствие гена-супрессора позволяет проявиться рецессивному гену с, который вызывает развитие рыжей окраски.

Доминантный эпистаз можно рассмотреть на наследовании окраски пера у кур. Белый цвет оперенья у кур породы леггорнов доми-нирует над окрашенным черных, рябых и других цветных пород. Однако белая окраска других пород (например, плимутроков) рецес-сивна по отношению к цветному оперению. Скрещивания между особями с доминантной белой окраской и особями с рецессивной белой окраской в F₁ дают белое потомство. В F₂ наблюдается расщепление в соотношении 13 : 3.

Анализ схемы показывает, что в определении окраски пера у кур принимают участие две пары неаллельных генов. Доминантный ген одной пары (I) является эпистатичным по отношению к доминантному гену другой пары, вызывающему развитие окраски (C). В связи с этим окрашенное оперение имеют только те особи, в генотипе которых присутствует ген С, но отсутствует эпистатичный ген I. У рецессивных гомозигот ссii отсутствует эпистатичный ген, но у них нет гена, который обеспечивает выработку пигмента (C), поэтому они имеют белую окраску. В качестве примера рецессивного эпистаза можно рассмотреть ситуацию с геном альбинизма у животных (см. выше схему наследования окраски шерсти у мышей). Присутствие в генотипе двух аллелей гена альбинизма (аа) не дает возмож-ности проявиться доминантному гену окраски (B) — генотипы ааВ-.

Полимерия  или многообразие,  когда за развитие одного  признака  отвечают   много генов  или  один  ген  определяет  развитие  многих  признаков – плейотропия.   Полимерные  гены  с  однозначным  действием  могут  определять  как  количественные,  так  и  качественные  признаки,  которые  называются  полигенными.  Полигенное  наследование  у  человека: наследование  цвета  кожи (2  пары генов),  рост  (10 пар  генов).

Полимерный тип взаимодействия был впервые установлен Г. Нильсеном-Эле при изучении наследования окраски зерна у пшени-цы. При скрещивании краснозерного сорта пшеницы с белозерным в первом поколении гибриды были окрашенными, но окраска была розовой. Во втором поколении только 1/16 часть потомства имела красную окраску зерна и 1/16 — белую, у остальных окраска была промежуточной с разной степенью выраженности признака (от бледно-розовой до темно-розовой). Анализ расщепления в F₂ показал, что в определении окраски зерна участвуют две пары неаллельных генов, действие которых суммируется. Степень выра-женности красной окраски зависит от количества доминантных генов в генотипе.

Полимерные гены принято обозначать одинаковыми буквами с добавлением индексов, в соответствии с числом неаллельных генов.

Действие доминантных генов в данном скрещивании является аддитивным, так как добавление любого из них усиливает развитие признака.

Описанный тип полимерии, при котором степень развития признака зависит от дозы доминантного гена, называется кумулятивным. Такой характер наследования обычен для количественных признаков, к которым следует отнести и окраску, т.к. ее интенсивность обусловлена количеством вырабатываемого пигмента. Если не учитывать степень выраженности окраски, то соотношение окрашен-ных и неокрашенных растений в F₂ соответствует формуле 15 : 1.

Однако в некоторых случаях полимерия не сопровождается кумулятивным эффектом. В качестве примера можно привести наследо-вание формы семян у пастушьей сумки. Скрещивание двух рас, одна из которых имеет треугольные плоды, а другая яйцевидные дает в первом поколении гибриды с треугольной формой плода, а во втором поколении наблюдается расщепление по этим двум призна-кам в соотношении 15 треуг. : 1 яйцев.

Данный случай наследования отличается от предыдущего только на фенотипическом уровне: отсутствие кумулятивного эффекта при увеличении дозы доминантных генов обусловливает одинаковую выраженность признака (треугольная форма плода) независимо от их количества в генотипе.

К взаимодействию неаллельных генов относят также явление плейотропии — множественного действия гена, влияния его на разви-тие нескольких признаков. Плейотропное действие генов является результатом серьезного нарушения обмена веществ, обусловлен-ного мутантной структурой данного гена.

Так, например, ирландские коровы породы декстер отличаются от близкой по происхождению породы керри укороченными ногами и головой, но одновременно лучшими мясными качествами и способностью к откорму. При скрещивании коров и быков породы декс-тер 25% телят имеют признаки породы керри, 50% сходны с породой декстер, а в остальных 25% случаев наблюдаются выкидыши уродливых бульдогообразных телят. Генетический анализ позволил установить, что причиной гибели части потомства является переход в гомозиготное состояние доминантной мутации, вызывающей недоразвитие гипофиза. В гетерозиготе этот ген приводит к появлению доминантных признаков коротконогости, короткоголовости и повышенной способности к отложению жира. В гомозиготе этот ген имеет летальный эффект, т.е. в отношении гибели потомства он ведет себя как рецессивный ген.

Летальный эффект при переходе в гомозиготное состояние характерен для многих плейотропных мутаций. Так, у лисиц доминантные гены, контролирующие платиновую и беломордую окраски меха, не оказывающие летального действия в гетерозиготе, вызывают гибель гомозиготных зародышей на ранней стадии развития. Аналогичная ситуация имеет место при наследовании серой окраски шерсти у овец породы ширази и недоразвития чешуи у зеркального карпа. Летальный эффект мутаций приводит к тому, что живот-ные этих пород могут быть только гетерозиготными и при внутрипородных скрещиваниях дают расщепление в соотношении 2 му-танта : 1 норма.

Однако большинство летальных генов рецессивны, и гетерозиготные по ним особи имеют нормальный фенотип. О наличии у роди-телей таких генов можно судить по появлению в потомстве гомозиготных по ним уродов, абортусов и мертворожденных. Чаще всего подобное наблюдается в близкородственных скрещиваниях, где родители обладают сходными генотипами, и шансы перехода вред-ных мутаций в гомозиготное состояние достаточно высоки.

Плейотропные гены с летальным эффектом есть у дрозофилы. Так, доминантные гены Curly — загнутые вверх крылья, Star — звезд-чатые глаза, Notch — зазубренный край крыла и ряд других в гомозиготном состоянии вызывают гибель мух на ранних стадиях раз-вития.

Известная рецессивная мутация white, впервые обнаруженная и изученная Т. Морганом, также имеет плейотропный эффект. В гомо-зиготном состоянии этот ген блокирует синтез глазных пигментов (белые глаза), снижает жизнеспособность и плодовитость мух и видоизменяет форму семенников у самцов.

У человека примером плейотропии служит болезнь Марфана (синдром паучьих пальцев, или арахнодактилия), которая вызывается доминантным геном, вызывающим усиленный рост пальцев. Одновременно он определяет аномалии хрусталика глаза и порок сердца. Болезнь протекает на фоне повышения интеллекта, в связи с чем ее называют болезнью великих людей. Ею страдали А. Линкольн, Н. Паганини.

Плейотропный эффект гена, по всей видимости, лежит в основе коррелятивной изменчивости, при которой изменение одного приз-нака влечет за собой изменение других.

К взаимодействию неаллельных генов следует отнести также влияние генов-модификаторов, которые ослабляют или усиливают функцию основного структурного гена, контролирующего развитие признака. У дрозофилы известны гены-модификаторы, модифицирующие процесс жилкования крыльев. Известно не менее трех генов-модификаторов, влияющих на количество красного пигмента в волосе крупного рогатого скота, в результате чего окраска шерсти у разных пород колеблется от вишневой до палевой. У человека гены-модификаторы изменяют окраску глаз, усиливая или ослабляя ее интенсивность. Их действием объясняется разная окраска глаз у одного человека. Существование явления взаимодействия генов привело к появлению таких понятий, как “генотипическая среда” и “генный баланс”. Под генотипической средой подразумевается то окружение, в которое попадает вновь возникающая мутация, т.е. весь комплекс генов, имеющихся в данном генотипе. Понятие “генный баланс” касается соотношения и взаимодействия между собой генов, влияющих на развитие признака. Обычно гены обозначают названием признака, возникающего при мутации. На самом же деле проявление этого признака часто является результатом нарушения функции гена под влиянием других генов (супрессоров, модификаторов и др.). Чем сложнее генетический контроль признака, чем больше генов участвуют в его развитии, тем выше наследственная изменчивость, так как мутация любого гена нарушает генный баланс и приводит к изменению признака. Следовательно, для нормального развития особи необходимо не только присутствие генов в генотипе, но и осуществление всего комплекса межаллельных и неаллельных взаимодействий.

Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках.

Фенотипическое проявление гена зависит не толь­ко от его доминантности или рецессивности. На него оказывают влияние и другие гены из генотипа конк­ретного организма, факторы внешней среды. Все это может значительно изменить признак. Для оценки степени фенотипического проявления гена исполь­зуют показатели экспрессивности и пенетрантности. Впервые эти термины были предложены в 1926 г. О. Фотом и Н.В. Тимофеевым-Рессовским.

Экспрессивность — степень выраженности при­знака. Она является качественной характеристикой проявления гена в фенотипе. Выделяют: низ­кую и высокую экспрессивность.

 При описании пато­логических состояний человека этот термин равно­значен степени тяжести заболевания. Экспрессив­ность может различаться даже у представителей одной семьи. Например, полная клиническая кар­тина несовершенного остеогенеза включает частые переломы костей, тугоухость и голубой цвет склер глаз. Однако у некоторых больных единственным на­рушением может быть необычная (голубая) окраска склер. В тоже время другие пациенты, страдающие этим заболеванием, имеют множественные перело­мы, тяжелые скелетные деформации, тугоухость. Вариабельная  экспрессивность обусловлена как вли­янием факторов внешней среды и других генов орга­низма, так, иногда, усугублением патологических из­менений структуры самого аномального гена в про­цессе его наследования от родителя к ребенку.

Пенетрантность определяется долей особей, у которых действие гена проявляется в фенотипе, по отношению ко всем носителям этого гена. Она вы­ражается в процентах. Пенетрант­ность — это  количественный показатель действия гена. Некоторые заболева-ния харак-тери­зуются 100% -ной пенетрантностью. Это означает, что наличие гена в генотипе человека обязательно приведет к появ-лению патоло-гического признака. Например, 100% пенетрантность имеет ахондроллазия — непропорциональная карликовость с укоро­ченными конеч-ностями, вызванная нарушением ро­ста хрящевой ткани. Большинство патологических состояний имеют более низкую пенетрантностъ: 60-80%. Чаще всего пенетрантность определяется для аутосомно-доминантных признаков. Если она ниже 100%, то здоровый потомок больного родителя мо­жет иметь ребенка с таким же заболеванием. При этом регистрируется «пропуск поколения», хотя классическое аутосомно-доминантное патологичес­кое состояние должно наследоваться от отца или ма­тери к их детям, и здоровые члены семьи должны иметь здоровых потомков.

Во многих случаях трудно выявить взаимосвязь между геном и конкретным признаком. Очень часто один ген контролирует формирова-ние сразу несколь­ких фенотипических признаков. Такое явление получило название плейотропия. Например, у боль­ного синдромом Меккеля обнаруживают много по­роков развития разных органов: затылочную череп­но-мозговую грыжу, полидактилию (дополнитель­ные пальцы на кистях и стопах), поликистоз почек, расщелину неба. Могут выявляться врожденные де­фекты сердца, кишечника, глаз и др. Однако причи­ной заболевания является дефект одного гена.

Решите самостоятельно задачи.

Задача 1. При скрещивании двух божьих коровок с красными надкрыльями все гибриды первого поколения имели оранжевые надкрылья. Их скрестили между собой и получили во втором поколении 115 жуков с оранжевыми надкрыльями, 79 с красными надкрыльями и 13 с жёлтыми надкрыльями. Как наследуется цвет надкрылий? 

Задача 2. При скрещивании собак чистых линий с коричневой и белой окраской все потомки были белыми. Во втором поколении было получено 167 белых щенков, 43 чёрных и 14 коричневых. Как наследуется окраска?

Задача 3. Гладкая форма семян кукурузы доминирует над морщинистой, а окрашенные семена – над неокрашенными. При скрещива-нии растений кукурузы с гладкими окрашенными семенами и с морщинистыми неокрашенными семенами получено следующее по-томство: 4152 – гладких окрашенных, 149 – морщинистых окрашенных, 52 – гладких неокрашенных, 4166 – морщинистых неокрашен-ных. Определить тип наследования (сцепленное или независимое) и расстояние между генами, кодирующими форму и окраску семян у кукурузы.

Задача 4. При скрещивании гетерозиготной мухи с красными глазами и нормальными крыльями и мухи с пурпурными глазами и короткими крыльями получили: 1109 красноглазых мух с длинными крыльями, 1140 красноглазых мух с короткими крыльями, 1122 пурпурноглазых мух с длинными крыльями, 1160 пурпурноглазых мух с короткими крыльями. Сцепленно или независимо наследуют-ся гены формы крыльев и цвета глаз у дрозофилы? Какие гены являются доминантными, а какие – рецессивными?

Задача 5. При скрещивании самки дрозофилы, дигетерозиготной по генам М и N, с рецессивным самцом получено следующее расщепление по фенотипу: MN : Mn : mN : mn – 47:3:3:47. Определить расстояние между генами М и N.

 Задача 6. У томатов признак высокого роста (А) доминирует над карликовым (а), а округлая форма плода (В) доминирует над груше-видной (b). Оба гена принадлежат к одной группе сцепления. При анализирующем скрещивании получено: 38% высоких растений с округлыми плодами, 42% карликовых растений с грушевидными плодами, 10% высоких растений с грушевидными плодами, 10% карликовых растений с округлыми плодами. Определить расстояние между генами, кодирующими рост растения и форму плодов.

 Задача 7. При анализирующем скрещивании дигетерозиготы в потомстве произошло расщепление на четыре фенотипических класса в соотношении: 42,4% – AаBb, 6,9% – Aаbb, 7,0% – aaBb, 43,7% – aabb. Как наследуются гены? Каково расстояние между ними?

Хромосомная   теория наследственности Т. МОРГАНА.

Томас Гент Морган родился в 1866г. в США. В 20 лет он окончил университет, а в 25 лет стал про­фессором. Первоначально он был ярым противником уче­ния Менделя. Но, занимаясь вместе со своими уче­никами изучением дрозофилы, он не только подтвердил открытия Менделя, но и блестяще дополнил их, создав хромосомную теорию. В его ла­боратории было установлено, что гены не всегда на­следуются независимо друг от друга, иногда они пе­редаются целыми группами.

Полностью хромосомная теория была сформули­рована в1911-1926гг. B eё создании принимали уча­стие знаменитые отечественные ученые Н.К. Кольцов и А.С. Серебровский.

Основные положения теории Т. Моргана.

1. Гены располагаются в хромосомах, разные хромосомы содержат неодинаковое количество ге­нов, но набор генов является строго специфичным для каждой хромосомы.
2. Гены расположены вдоль хромосомы линейно, один за другим, но каждый ген находится в своем, четко определенном месте (локусе).
3. Гены, расположенные на одной хромосоме мо­гут передаваться потомкам совместно (сцепленно), и образуют группу сцепления. У человека 24 груп­пы сцеплений: 22 пары аутосом, X и У-хромосомы.

Кроссинговер.

Существование кроссинговера побудило Моргана разработать в 1911—1914 гг. принцип построения генетических карт хромосом,  основанный на представлении о расположении генов по длине хромосомы в линейном порядке. За единицу расстояния между двумя генами условились принимать 1% перекреста между ними.

Допустим, что к одной группе сцепления относятся гены А и В. Между ними обнаружен перекрест в 10%. Следовательно, гены А и В находятся на расстоянии 10 единиц. К этой же группе сцепления относится ген С. Чтобы узнать его место в хромосоме, необходимо выяснить, какой процент перекреста он дает с обоими из двух уже известных генов.

Например, если с А он дает 3% перекреста, то можно предположить, что ген С находится либо между А и В, либо с противоположной сторо­ны, т. е. А расположен между В и С. Если между В и С ока­жется перекрест 7%, то на хромосоме их следует расположить в таком порядке, как на верхней схеме. Если между В и С пере­крест составит 13%, то расположение генов будет, как на ниж­ней схеме.

2. В общей форме эту закономерность можно выразить следующей формулой: если гены А, В и С относятся к одной группе сцепле­ния и расстояние между генами А и В равно нескольким едини­цам, а расстояние между В и С — одной единице, то расстояние между А и С может быть к + 1 либо к — 1.

Знаменитый ученик Т. Моргана — Альфред Стертевант в своей дипломной работе впервые предполо­жил, что, чем ближе друг к другу расположены гены на хромосоме, тем с большей вероятностью они бу­дут передаваться потомкам совместно, т.е. сцепле­нно. Чем дальше один от другого находятся гены од­ной группы сцепления, тем чаще они наследуются независимо, как это следует из 3-го закона Менделя. Причиной такого независимого распределения в по­томстве генов, расположенных на одной хромосоме, является кроссинговер,т.е. обмен участками хроматид между гомологичными хромосомами в профазе первого деления мейоза. В результате, кроссинговер более вероятен между генами, расположенными на хромосоме далеко друг от друга. Значительно реже он может произойти между близко находящимися генами, тогда они будут чаще наследоваться совмест­но. Кроссинговер  обеспечивает независимое распределение в потомстве генов, расположенных далеко друг от друга, не нарушая порядка генов на хромосомах. Таким образом, каждый потомок полу­чает совершенно новую комбинацию наследственных задатков. В генотипе любого живого существа, име­ющего половое размножение, присутствуют гены всех четырех прародителей (у человека — дедушки и ба­бушки как по отцу, так и по матери).

Карты хромосом человека.

Открытия Т. Моргана создали основу для опре­деления мест располо-жения генов и оценки расстоя­ния между ними. Расстояние между генами измеря­ется частотой кроссинговера, т.е. отношением коли­чества особей, которые унаследовали только один ген, к числу тех, у кого были представлены совмест­но оба гена, выраженным в процен-тах. Единицей та­кого расстояния является 1% кроссинговера, кото­рый в честь Т.Моргана получил название 1 сантиморганида (сМ).

Расстояние между генами в 1 сантиморганиду (1% кроссинговера) указы-вает, что они обычно пе­редаются потомкам совместно (сцепленно). Если эта цифра равна 50 (50% кроссинговера), то это означа­ет, что гены наследуются независимо друг от друга. Возможность оценки расстояния между генами ста­ла основой для построения генетических карт хро­мосом.

Генетическая карта хромосомы — это отрезок прямой, на котором указывается порядок расположе­ния генов относительно друг друга и расстояние меж­ду ними в сантиморганидах. Для построения генети­ческой карты первоначально устанавливают группы сцепления генов по анализу распределения признаков в семьях. Затем группы сцепления генов соотносят с определенными участками на хромосомах.

В соответствии с современными представления­ми общая длина генома (совокупности всех генов) че­ловека составляет 3300 сМ. При сопоставлении этой величины с общей длиной гаплоидного набора моле­кулы ДНК можно установить, что 1сМ примерно равна 1 000 000 пар нуклеиновых оснований.

Совершенствование молекулярно-генетических методов исследования привело к созданию в после­дние годы физических или моле-ку-лярных карт оп­ределенных участков ДНК. К настоящему времени определено расположение около 6000 локусов гено­ма человека, которые могут наследоваться в соот­ветствии с законами Менделя. США, Страны Запад­ной Европы, Япония и Россия проводят научное ис­следование хромосом человека с конца 80-х годов XX века. В 1990 г. была разработана Международ­ная программа «Геном челове-ка». В соответствии с этим проектом предполагается, что изучение гено­ма человека в основном будет закончено к 2004 г. Уже в 2001 году появились сообщения, что изучен нуклеотидный состав генома одного человека. Рабо­ты в этом направлении еще продолжают-ся. Но уже в настоящее время обсуждается проблема «генетичес­кой пас-портизации», т.е. установления наследствен­ной предраспо-ложенности к заболеваниям у конкрет­ного человека.

Исследование генома человека открывает путь молекулярной медицине, которая обеспечит диагно­стику, лечение и профилактику наследственных и ненаследственных болезней с помощью генов. Глав­ной основой такой медицины являются: первое — индивидуальность каждого человека, обусловленная уникальностью его генома, второе — профилакти­ческая направленность всех программ, позволяю­щая предупредить заболевание до его начала.

ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА ПЕРЕЙДИТЕ ПО ССЫЛКЕ https://learningapps.org/watch?v=p5ikjtzdc23 И ВЫПОЛНИТЕ ЗАДАНИЯ.

Изменчивость.

Изменчивость — это способность живых систем приобре­тать новые признаки (морфологические, физиологичес­кие, биохимические) и особенности индивидуального раз­вития под влиянием факторов среды.

Роль  генотипа   и  внешней  среды в проявлении признаков.

Синтез одного белка является сложным и многоэтапным процессом, который регулируется на всех стадиях (транскрипции, процессинга, транспор­та РНК из ядра, трансляции, формирования вторич­ной, третичной и четвертичной структур). Кроме того, время, количество, скорость и место его обра­зования определяются множеством различных гене­тических и средовых факторов.

Целостный организм, включающий большое ко­личество разнообразных белков, функционирует как единая система, в которой развитие одних структур зависит от функции других и необходимости приспособления к меняющимся условиям внешней среды.

Так, например, патологические изменения гена, контролирующего фермент фенилаланингидроксилазу, приводят к нарушению обмена аминокислоты фенилаланина. В результате поступающий с белком  пищевых продуктов фенилаланин накапливается в  организме чело-века, являющегося гомозиготой по аномальному гену, что вызывает поражение нервной системы. Но специальная диета, ограничиваю-щая  поступление с пищей этой аминокислоты, обеспечивает ребенку нормальное развитие. Таким образом, фактор внешней среды (в данном случае диета) ме­няет фенотипическое действие гена.

Условия, в которых существует организм человека, могут модифицировать и полигенно детерминированные признаки. Например, рост ребенка контролируется целым рядом пар нормальных генов, регулирующих обмен гормонов, минералов, пищеварение и т.д. Но даже если изначально генетически  определен высокий рост, а человек живет в плохих условиях (недостаток солнца, воздуха, неполноценное питание), то это приводит к низкорослости. Уровень интеллекта будет выше у человека, получивше­го хорошее образование, нежели у ребенка, который   воспитывался в плохих социальных условиях и не мог учиться.

Таким образом, развитие любого организма зави­сит и от генотипа, и от факторов внешней среды. Это означает, что аналогичный у двух особей генотип не обеспечивает однозначно одинаковый фенотип, если эти индивиды развиваются в разных условиях.

Только генотип или только факторы внешней среды не могут определить формирование фенотипических характеристик какого-либо признака.

Важной задачей генетики является уточнение роли наследственных и внешне-средовых факторов в формировании того или иного приз-нака. Фактичес­ки необходимо оценить степень обусловленности ко­личественных характеристик организма генетичес­кой изменчивостью (т.е. генетическими различиями между особями) или средовой изменчивостью (т.е. различиями внешних факторов). Для количествен­ной оценки этих воздействий американский генетик Дж.Лаш ввел термин «наследуемость».

Наследуемость отражает вклад генетических факторов в фенотипическое проявление конкретно­го признака. Этот показатель может иметь значе­ние от О до 1 (0-100%). Чем ниже уровень наследу­емости, тем меньше роль генотипа в изменчивости данного признака. Если наследуемость приближает­ся к 100%, то фенотипическая изменчивость при­знака почти полностью определяется наследственны­ми факторами.

Близнецовый метод выявления роли наследственности и среды в формировании признаков человека.

Для изучения величины наследуемости часто ис­пользуется сравнение распространенности какого-либо признака или заболевания в группах людей,   — связанных между собой известной степенью родства. В конце XIX в. Ф. Гальтон предложил изучать близнецов для определения роли наследственных факто­ров при различиях их фенотипических особенностей. Научные основы для этих исследований были впер­вые разработаны Н.В. Сименсом в 1924 г.

В настоящее время близнецовый метод — это изучение генетических закономерностей на индиви­дах, рожденных в один день от одних родителей. Метод базируется на существовании двух типов близ­нецов: монозиготных и дизиготных.

Монозиготные, идентичные или однояйцовые близнецы — это дети, развивающиеся из одной оп­лодотворенной яйцеклетки (зиготы), кото-рая на раз­ных стадиях дробления делится на несколько час­тей. Такие особи являются генетически одинаковы­ми, имеют идентичный набор генов, всегда одного пола. Поэтому фенотипические различия между мо­нозиготными близнецами вызваны факторами внеш­ней среды.

Дизиготные, двуяйцовые или неидентичные близ­нецы формируются при оплодотворении нескольких яйцеклеток разными сперматозои-дами. Такие особи имеют только 50% общих генов и похожи друг на друга, как обычные братья и сестры. Но такие близ­нецы имеют одина-ковые условия внутриутробного развития, часто значительное сходство окружающих факторов внешней среды, что отличает их от других сибсов в этой семье.

Частота многоплодных беременностей около 1 %, при этом обычно рождается пара близнецов, но мо­гут быть тройни, четверни и более.

Близнецовый метод основывается на сравнении этих разных видов близнецов. Для исследования не­обходимо сначала уточнить зигот-ность сибсов, т.е. являются ли они моно- или дизиготными. Для этой цели используют анализ сходства между отдельными представите-лями одной родственной группы близнецов по разным внешним моногенным призна­кам:

• исследование кожного рисунка,
• ан­тигенов тканей,
• групп белков сыворотки крови и т.д.
• сравнива­ние структуры ДНК у разных людей.

Исследование таких полиморфных признаков позволяет опреде­лить степень совпадения их у разных индивидов. При этом возможно установление дизиготности при выявлении отличий между близнецами по каким-либо показателям. Диагностика монозиготности все­гда имеет долю ошибки, так как обнаруженное со­впадение даже по нескольким признакам может быть случайным.

Важным этапом при проведении исследований близнецовым методом является оценка сходства фенотипических характеристик в груп-пах монозигот­ных и дизиготных близнецов. Если какой-либо при­знак присутствует у всех индивидов из конкретной группы близнецов, то их называют конкордантными по этому признаку. Если же близнецы отлича­ются по определенной фенотипической особенности, то гово-рят об их дискордантности. Степень конкордантности выражается в процентах (доля близнецов, совпадающих по признаку, по отношению ко всем обследованным группам близнецов).

При аутосомно-доминантных и аутосомно-рецессивных заболеваниях конкордантность монозигоных близнецов составляет 100%, так как они идентич­ны по своему генотипу. В то же время конкордант­ность дизиготных близнецов в этих случаях равна 50% и 25% соответствен-но, как для обычных бра­тьев и сестер.

Развитие полигенных болезней с наследственной предрасположенностью зависит  не только от генетических факторов, но и действия неблагоприятных условий внешней среды. Соответственно, конкордан­тность монозиготных близнецов при этих патологических состоя-ниях не достигает 100%, а обычно рав­на 40-60%. Такой уровень конкордантности демон­стрирует значение факторов внешней среды в раз­витии конкретного заболевания.

В то же время значительно более низкий уровень совпадения дизиготных близнецов по этому виду пато­логических нарушений (4-18%), по сравнению с мо­нозиготными, показывает роль генетических особен­ностей организма в формировании этих признаков.

Близнецовый метод применяется для изучения многих широко распространенных заболеваний (сер­дечно-сосудистых, желудочно-кишечных, психичес­ких, злокачественных опухолей и т.д.).

Как показано в таблице, при этих заболеваниях конкордантность монозиготных близнецов была зна­чительно выше, чем у дизиготиных. Подобные ре­зультаты демонстрируют, что возникновение поли­генных болезней с наследственной предрасположен­ностью зависит от действия как наследственных, так и внешнесредовых факторов.

Несмотря на свои очевидные достоинства, близ­нецовый метод имеет целый ряд ограничений, кото­рые снижают его достоверность:

• ус­ловия внутриутробного развития не идентичны для монозиготных и дизиготных близнецов.
• Масса мо­нозиготных близнецов ниже такого же показателя у дизиготных.
• Для однояйцовых сибсов выше вероят­ность мертворождений, ранней детской смертности.

Могут различаться условия внутриутробного разви­тия даже для одной пары монозиготных близнецов:

• наличие анастомозов между сосудами сибсов в плаценте часто сопровождается «синдромом переливания», который приводит к снижению обес­печения одного из близнецов питательными веще­ствами. В результате такие дети при рождении имеют разную массу тела. Иногда эта разница может составлять 1000 г.

Кроме того, сами результаты близнецовых иссле­дований являются достаточно неспецифическими и не позволяют определить точные механизмы влия­ния факторов внешней среды на формирование ка­ких-либо признаков. Поэтому популярность этого метода в последнее время снизилась, но он сохраня­ет свое значение для первоначальной оценки генети­ческой составляющей в фенотипической изменчиво­сти какого-либо признака.

Конкордантность близнецов при  некоторых  заболеваниях  с  наследственной   предрасположенностью  разных групп болезней

Фенотипическая изменчивость.

При  фенотипической  изменчивость  наследственный  материал  в  изменения  не  вовлекается.  Степень фенотипического проявления данного гена на­зывается экспрессивностью. Она зависит от факторов внешней среды и влияния других генов.

Частота проявления гена называется пенетрантностью. Пенетрантность выражается в процентном отноше­нии числа особей, имеющих данный признак, к числу особей, имеющих данный ген.

Различная степень пенетрантности и экспрессивности генов имеет большое значение для медицинской генети­ки. Отягощенная наследст-венность, наследственная предрасположенность к заболеванию не обязательно должны проявиться.

Модификационная изменчивость происходит при непосредственном воздействии факторов внешней среды  на ферментативные реакции, протекающие в организме, без изменения структуры генотипа. Она носит адаптивный (приспособительный) характер. Например, отличия у монозиготных близнецов при их жизни в различных условиях среды.

Границы модификационной изменчивости, которые оп­ределяются генотипом, называются нормой реакции. Она может быть узкой, когда признак изменяется незначительно (например, жирность молока у крупного рогатого скота)  или практически  не  меняется (антигены групп крови, окраска глаз) и широкой, когда признак изменяется в широких пределах (пигментация кожи). Способность признаков изме-няться под действи­ем внешней среды повышает приспособляемость организма к неблагоприятным условиям жизни.

В некоторых случаях внешняя среда так воздей­ствует на фенотип человека, что проявляется дей­ствие гена, которого на самом деле нет в генотипе. Такое состояние получило название фенокопия. На­пример, длительное воздействие солнечных лучей на светлокожего человека летом делает окраску его кожи похожей на таковую некоторых народов Аф­рики. Врожденная гидроцефалия (водянка головно­го мозга) у ребенка может быть следствием унасле­дованного Х-сцепленного рецессивного заболевания или результатом заражения женщины во время бе­ременности токсоплазмозом.

Фенокопии — это явление, когда признак под дей­ствием факторов внешней среды изменяется и копирует признаки другого генотипа (ненаследственная изменчи­вость копирует наследственную). Например, если бере­менная женщина заразилась токсоплазмозом, то у ребен­ка может наблюдаться поражение головного мозга (во­дянка) как при болезни Дауна.

Генокопии — это одинаковое фенотипическое прояв­ление мутаций разных генов. Примером генокопии могут служить различные виды гемофилии, клинически прояв­ляющиеся понижением свертываемости крови, связанные с недостаточностью восьмого или девятого факторов свер­тывающей системы (гемофилия А и В соответственно

Морфозы – это изменения фенотипа вследствие реакции организма на факторы внешней среды, которым особи в нормальных условиях жизни подвергаются редко или  вообще не подвергаются, организм  к  таким воздействиям  не  адаптируется. Различают: хемоморфозы и радиоморфозы.

Модификации, в отличие  от  морфозов,  являются адаптивными реакциями  на  внешнее  воздействие.

Онтогенетическая изменчивость.

Разновидностью фенотипической изменчивос­ти является онтогенетическая изменчивость, кото­рая связана с определенной схемой развития ор­ганизма в процессе онтогенеза, при этом генотип не претерпевает изменений, а фенотип меняется в соответствии с каждым этапом развития, благо­даря морфогенезу и дифференцировке клеток.

Морфогенез.

Морфогенез — это возникновение новых структур на каждом этапе развития, определяемое генети­ческим аппаратом клеток, может осу-ществляться благодаря контактным и дистантным межклеточ­ным взаимодействиям, которые контролируют этот процесс. В случае нару-шений морфогенеза возни­кают тератомы (уродства), в том числе и новообра­зования. Поскольку эти механиз­мы связаны с «включением» и «выключением» ге­нов, изменчивость этого рода называется — «парагеномная», «эпигенетическая», «эпигенотипическая» или «эпиге-номная».

Тератология.

Процесс индивидуального развития организ­ма, начинающийся с момента оплодотворения, имеет ряд критических периодов. Критичес-кими пе­риодами называют определенные этапы в онтоге­незе, когда организм является наиболее уязвимым к различным факторам, воз-действующим на орга­низм. Группу факторов которая приводит к развитию грубых аномалий, называют тератогенами, а науку, изучаю-щую эти аномалии, тератологией.

Тератогены,  действующие в период эмбриональ­ного,или зародышевого развития (с момента оплодотворения яйце-клетки до  заверше-ния  основных процессов органогенеза, т.е. до конца второго  и начала третьего месяца внутриутробной жизни), приводят к грубым ано-малиям развития. Гибель зародышей в этот период развития достигает 70% из каждых 10 зачатий 7 заканчиваются гибелью, большин-ство зародышей гибнет в первые дни своeгo существования. В качестве основной причины выделяют патологии первых дроблений зиготы.

Вторым периодом внутриутробного развития является плодный, или фетальный период (с кон­ца второго — начала третьего месяца — вплоть до родов). Аномалии развития, возникающие в этот период, приводят к нарушению становления систем и органов. Плод, как правило, не погибает, но у него развиваются пороки развития, которые приводят к появлению уродств. Важное значение для здоровья ребенка имеет период беременнос­ти, охватывающий последние дни и часы пребыва­ния в утробе матери.

На ранних стадиях эмбриогенеза выделяют, так называемые, критические периоды, во время кото­рых развивающийся орган особо чувст-вителен к различным экстремальным факторам. Если женщина заболеет краснухой между 3-9-й не­делями беременности, то риск пораже-ния плода такими заболеваниями, как порок сердца (6-7-я недели беременности), катаракта (3-5-я недели) и глухота (8-9-я недели) особен-но высок. До и после этого срока краснуха не вызывает пороков разви­тия плода. Сходное действие предполагается у ви­русов гриппа, ос-пы, паратита. Тератогенным дей­ствием обладает ионизирующее облучение, между 2-й и 8-й неделями эмбриогенеза его влияние осо­бенно сильно. Если в это время зародыш получил дозу больше 25 рад, рекомендуется прерывать беременность. Случайное возникнове-ние пороков разви­тия может быть вызвано воздействием химических, в том числе медикаментозных факторов на плод.

В 1923 г. Стоккард выдвинул три основных положения терато­логии:

• один и тот же тератоген при воздействии на разных стадиях развития может вызвать раз­личные аномалии;
• одна и та же аномалия может быть след­ствием действия разных тератогенов;
• тип аномалии зависит от стадии развития.

Тератогенными факторами, нарушающими пренатальное развитие, являются:

Тератогенные факторы.

• физические (радиа­ция, рентген-лучи, гипо- и гипероксия, гипотермия и т.д.),
• химические (этиловый спирт, наркотики, не­которые пищевые консерванты, красители и добав­ки, моющие средства, ряд лекарственных препара­тов: стрептомицин, тетрациклин, талидомид и др.) и
• биологические (инфекционные болезни: краснуха, корь, грипп, полиомиелит, сифилис, герпес и т.д.).

В последние годы был обнаружен новый тера­тоген 13-цис-ретиноевая кислота (аналог вита­мина А). Этот препарат широко использовался в медицинской практике для лечения угрей. Ранее было показано, что аналоги витамина А могут ока­зывать вредное действие на беременных самок раз­личных животных, и поэтому этикетка на препара­те предупреждала, что им не должны пользовать­ся беременные женщины. Однако некоторые жен­щины пользовались им во время беременности и сохранили беременность. У них из 59 плодов 26 родились без заметных дефектов, 12 были спон­танно абортированы и 21 родился с уродствами. Эти дети имели множественные пороки развития:

• аномалии ЦНС,
• отсутствие или деформация ушей,
• расщепленное небо и др.

Бо­лее детальный анализ позволил выявить критичес­кие дни для тератогенного эффекта ретиноевой кис­лоты, которые приурочены к 20-35 суткам после оплодотворения.

Критические периоды эмбриогенеза человека, в неделях (Мур, 1973).

В 1961 г. два исследователя независимо друг от друга  показали, что  талидомид (транквилизатор, который широко рек­ламиро-вали  как  успокоительное средство)  индуцирует  появление  очень  редко  встречающегося уродства – фекомелии – отсутствие  или  недоразвитие конечностей.

Порядок изменений нарушаться не может (вы­пасть или перескочить), т.к. схема развития опреде­лена геномом. Например, один и тот же человек в разные периоды своей жизни выглядит по-разному.

Дискретная и непрерывная изменчивость.

Фенотипическое проявление любого признака обусловлено, в конечном счете, результатом взаи­модействия генов и средовых факторов. Существуют две формы изменчивости:

• дискретная; При дискретной изменчивости четко вы­ражены фенотипы, а промежуточные формы от­сутствуют (например, группы крови у человека, резус-фактор). Признаки, для которых характерна дискрет­ная изменчивость, обычно контролируются одним или двумя генами, и внешние условия мало влия­ют на их фенотипическую экспрессию. Ее иногда называют качественной изменчивостью,посколь­ку она ограничена четко выраженными призна­ками.
• не­прерывная  или  количественная изменчивость. У человека примерами непрерыв­ной изменчивости могут быть линейные раз-меры тела, вес, колебания кровяного давления, рН кро­ви и т.д. Признаки, для которых характерна не­прерывная изменчивость, обусловлены, как прави­ло, совместным взаимодействием многих генов и факторов среды. Генотип детерминирует любой феноти-пический признак, но степень выраженности (экспрес­сия) этого гена зависит от средовых факторов. Не­прерывную фенотипическую изменчивость мож­но определить как «кумулятивный эффект» варьирующих факторов среды, воздействующих на вариабельный генотип.

Что касается таких че­ловеческих качеств, как интеллект, поведение, тем­перамент, они зависят как от наследственных, так и средовых факторов. Именно эти различия со­здают фенотипическую индивидуальность у лю­дей. Согласно современным концепциям, именно взаи-модействия генетической и средовой измен­чивости являются ведущими в формировании фенотипического разнообразия психологичес-ких и психофизиологических особенностей человека.

Генотипическая изменчивость.

Генотипическая (наследственная) изменчивость в зависимости от природы клеток подразделяется на генеративную (изменения в наслед-ственном аппарате гамет) и соматическую (измене­ния в наследственном аппарате клеток тела). В рамках генеративной и соматической изменчивости выделяют мутационную и комбинативную изменчивость.

 Комбинативная изменчивость.

Механизмом, обеспечивающим приспо­собление организма к окружающей среде, является комбинативная изменчивость. Она обеспечи-вается новой комбинацией, перемешиванием у потомков ге­нов, которые они получили от своих родителей. В результате ребенок не наследует просто по половине набора генетического материала, например, от бабушки по матери и от дедушки по отцу. В его гено­типе будут присутствовать гены всех четырех пра­родителей. Возможность такой комбинации генов обеспечи­вается несколькими биологичес-кими процессами:   

• случайностью при слиянии яйцеклетки и спермато­зоида,
• независимым расхождением хромосом  и хроматид в га­меты при мейозе,
• рекомбинация генов при кроссинговере.

При оплодотворении происходит соединение двух гамет: мужской и женской. В овуляцию у женщины вступает только один из примерно 100 000 ооцитов, которые закладываются у нее еще внутриутробно. Также в слиянии с яйцеклеткой участвует один из 100-120 млн. спер-матозоидов, выделенных мужчи­ной за один раз. Таким образом, возможен очень большой выбор сочетаний гамет.

Кроме того, сам процесс мейоза обеспечивает не­зависимое расхождение хромосом в гаметы. Напри­мер, если взять только 2 пары хромо-сом и просле­дить их распределение в половых клетках, то опре­деляется 4 возможных их сочетания. Если же учесть все 23 пары, то число вариантов комбинаций хро­мосом в гаметах достигнет примерно 8 млн. Если добавить вероятность встречи 2 половых клеток при оплодотворении, то количество новых генотипов у потомков достигнет 64 000 000.

Кроссинговер, приводящий к обмену отдельны­ми участками хроматид гомологичных хромосом в профазе первого деления, еще больше увеличивает разнообразие набора генов в гаметах.

Таким образом, эти процессы в созревании поло­вых клеток и оплодотворении обеспечивают строгую индивидуальность набора генов каждого человека. Исключение составляют монозиготные близнецы. Такое разнообразие генотипов обеспечивает выживаемость  орга-низмов.

Мутационная изменчивость.

Мутационная изменчивость обус­ловлена мутациями (лат. mutatio — изменение, перемена) — ус­тойчивое изменение генетического материала и, как следствие, наследуемого признака. Мутация — это скач­кообразное изменение генетического материала под влия­нием факторов внешней или внутренней среды, передаю­щееся по наследству.

Переходных форм по сравнению с ис­ходным состоянием не наблюдается. События, приводящие к воз­никновению мутаций, называют мутационным процессом  или  мутагенезом.   Раз­личают:

• спонтанный,
• индуцированный мутагенез.

Разделение му­тационного процесса на спонтанный и индуцированный в определенной степени условно. Спонтанные мутации возникают при обычных физиологических состояниях организма без види­мого дополнительного воздействия на организм внешних факто­ров. Инду-цированные мутации — это мутации, вызванные направ­ленным воздействием факторов внешней или внутренней среды. Индуцирован-ный мутационный процесс может быть контроли­руемым (например, в эксперименте с целью изучения механиз­мов или его последствий) и неконтролируемым (например, об­лучения в результате выброса радиоактивных элементов в среду обитания).

Причинами, вызывающими мутации (нарушения структуры генов, хромосом и/или их числа), могут быть различные факторы. Их обозна-чают как мутагены (лат. mutatio + genos — происхожде­ние). По природе возникновения различают:

• физические,
• хими­ческие,
• биологические мутагены.

Факторы  внешней среды относят  к  экзогенным  мутагенам. Они  провоцируют  возникновение  индуцированных  мутаций.

К физическим мутагенамотносятся:

• ионизирующие излучения (а-, β-, γ-излучения, рентгеновское излучение, нейт­роны);
• радиоактивные элементы (радий, радон, изо­топы калия, углерода и т. д. как источники ионизирующего из­лучения);
• ультрафиолетовое излучение;
• чрезмерно высокая или низкая температура.

Основные механизмы их действия:

1) нарушение струк­туры генов и хромосом; 2) образование свободных ради­калов, которые вступают в химическое взаимодействие с ДНК; 3) разрывы нитей ахроматинового веретена  деле­ния; 4) образование димеров.

Химические мутагены — самая многочисленная группа. К ним относятся:

• сильные окислители и восстановители (например, нит­раты, нитриты, активные формы кислорода);
• пестициды (например, фунгициды и гербициды);
• продукты переработки не­фти;
• органические растворители;
• лекарственные препараты (цитостатики, иммунодепрессанты, дезинфицирующие, психотропные);
• некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикломаты);
• другие химические соединения.

Химические мутагены об­ладают большой проникающей способностью, вызывают преимущественно генные мутации и действуют в период репликации ДНК.

Механизмы их действия:

1) дезаминирование; 2) алкилирование; 3) замены азотистых оснований их анало­гами; 4) ингибиция синтеза предшественников нуклеино­вых кислот.

К биологическим мутагенам относят:

• некоторые вирусы (напри­мер, кори, гриппа, краснухи),
• продукты обмена веществ;
• анти­гены некоторых микробов.

Механизмы их действия:

1) вирусы встра­ивают свою ДНК в ДНК клеток хозяина;

2) продукты жизнедеятельности паразитов — возбудителей болезней действуют как химические мутагены.

Организмы, у которых  произошла  мутация, называются мутантами.

Причиной  возникновения  мутаций  не  всегда  является  только  воздействие окружающей среды.

Существуют определённые  особенности  самого  организма человека, которые провоцируют изменения наследственного  материала – эндогенные  мутации — это  мутации, возникающие  без  видимого  воздействия  факторов  внешней среды  и их называют  спонтанными.

Классификация мутаций.

• По причинам, вызвавшим мутации их подраз­деляют на:
  • Спонтанные, (самопроизвольные) мутации происходят под действием естественных мутагенных факторов внешней среды без вмешательства человека.
  • Индуцированные мутации — результат направленного воздействия определенных му­тагенных факторов.
• По мутировавшим клеткам мутации подразде­ляются на:
  • Генеративные мутации происходят в половых клетках, передаются по наследству при половом размножении.
  • Соматические мутации происходят в соматических клетках, проявля­ются у самой особи и передаются по наследству только при вегетативном размножении.
• По исходу для организма мутации бывают:
  • от­рицательные — летальные (несовместимые с жизнью),
  • полулетальные (снижающие жизнеспособность организ­ма);
  • нейтральные (не влияющие на процессы жизнедея­тельности);
  • положительные (повышающие жизнеспособ­ность) возникают редко.
• По изменениям генетического материала мутации подразделяют на:
  • геномные,
  • хромосомные,
  • генные.

Генные  мутации.

 Генные (точковые) мутации, или трансгенации, связаны с изменениями структуры гена (молекулы ДНК). Мутационные изменения генов могут происходить в одной точке (односайтовые мутации) либо в нескольких разных точках (многосайтовые мутации). Термин сайт в генетике обозначает определённое место («точку») в цепи молекулы ДНК.  Генные мутации подразделяются на: 1) изменения структурных генов; 2) изменения функциональных генов.

Современные методы молекулярной генетики позволили определить два основных  процесса формирования генных мутаций — это за-мена нуклеотидов и сдвиг рамки считывания, каждый из которых имеет свои варианты).

Изменения структурных генов.

1. «Сдвиг рамки считывания» — вставка или выпаде­ние пары или нескольких пар нуклеотидов. Напри­мер, исходный порядок нуклеоти-дов: АГГАЦТЦГА…, а после вставки нуклеотида: ААГГАЦТЦГА…; в зави­симости от места вставки или выпадения нуклеотидов изменяется меньшее или большее число кодонов.

• инсерция (вставка);
• делеция (утеря) одного или нескольких нуклеотидов.

Необходи­мо отметить, что вставка сдвигает рамку считывания в одном на­правлении, а делеция — в противоположном.

2. Транзиции — при замене сохраняется месторасположение пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов (AT — ГЦ, ГЦ -АТ и т. п.).

3. Трансверсии — при замене пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды меняются местами (AT -ЦГ, AT — TA и т. п.).

Изменения структурных генов приводят к:

а) мисценс-мутациям — изменению смысла кодонов и образованию других белков; б) нонсенс-мутациям — образованию «бессмысленных» кодонов (УАА, УАГ, У ГА), не кодиру­ющих аминокислоты (терминаторы, определяющие окон­чание считывания).

Результаты изменений функциональных генов.

   1) Белок-репрессор «не подходит» к гену-оператору («ключ не входит в замочную скважину») — струк­турные гены работают постоянно (белки синтезиру­ются все время).

• Белок-репрессор плотно «присоединяется» к гену-оператору и не снимается индуктором («ключ не вы­ходит из замочной скважи-ны») — структурные гены постоянно не работают и не синтезируются белки, закодированные в данном транскриптоне.
• Нарушение чередования репрессии и индукции — при отсутствии индуктора специфический белок син­тезируется, а при его наличии белок не синтезирует­ся. Вышеназванные нарушения работы транскриптонов связаны с мутациями гена-регулятора или гена-оператора.

Генные мутации в большинстве случаев проявляются фенотипически и являются причиной нарушения обмена веществ (генных болез-ней), частота проявления которых в популяциях человека 1-2%. Они выявляются биохи­мическими методами, и методами рекомбинант-ной ДНК.

Согласно концепции американского генетика Р. фон Борстела генные мутации возникают в результате ошибок «трех Р»: репликации, репарации и рекомбинации.

В процессе репликации возможна замена нуклеотидов вслед­ствие некоторой неоднозначности принципа комплементарности. Азотистые основания нуклеотидов ДНК могут существовать в нескольких таутомерных формах. Таутомеризация — это изме­нение положения  водо-рода в молекуле, меняющее ее химические свойства.

Некоторые таутомеры нуклеотидов меняют способность форми­ровать водородные связи с другими нуклеотидами. У аналогов нук­леоти-дов таутомерия происходит значительно чаще, чем у типич­ных форм, что объясняет их мутагенный эффект. Примером может служить аналог тимидина 5-бромурацил, который способен в неко­торых  таутомерных формах вступать в связь с гуанином.

Большинство мутаций со сдвигом рамки считывания обнару­жено в участках ДНК, состоящих из одинаковых нуклеотидов. Су­ществует гипотеза возникновения этих мутаций вследствие диссо­циации и неправильного восстановления нитей вданных участках.

Хромосомные мутации (аберрации).

Хромосомные аберрации представляют собой внутрихромосомные  или межхромосомные перестройки, возникающие при разрывах  хро-мосом. Хромосомные перестройки обычно приводят к различным фенотипическим проявлениям. К внутрихромосомным относятся пере-стройки внут­ри одной хромосомы.

Выделяют следующие виды аберраций:

 Делеция — потеря участка внутри хромосомы. При выпадении центромерного участка образуются децентрические хромосомы.

Дефишенси — потеря концевого участка хромосомы.

Фрагмент хромосомы, не содержащий центромеры, при делециях и дефишенси обычно теряется. Потеря генетического материала может иметь летальный исход. Примером тяжелой наследственной патологии у человека является синдром кошачьего крика, обусловленной гетерозиготностью по дефишенси 5 хромосомы. Этот синд­ром сопровождается многочисленными нарушениями, умственной отсталостью и ранней смертью больных. При делеции теломеров обоих плеч хромосомы часто наблюдается замыкание оставшей­ся структуры в кольцо — кольцевые хромосомы.

Дупликация —  дублирование участка хромосомы.

Амплификация — многократное повторение участка хромосомы.

Повторы генетического материала не оказывают такого отрицательного влияния на организм, как делеции и дефишенси. Показана зна­чительная роль дупликаций в эволюции генома, поскольку они создают  дополнительные участки генетического материала, доступные для мутирования, изменения функций генов и естественного отбора.

Явление амплификации можно наблюдать при культивирова­нии клеток с различными повреждающими агентами, но оно встре­чается и в природе как закономерный процесс онтогенеза, когда не­обходимо резко увеличить экспрессию каких-либо генов. В послед­нем случае возможны два варианта:

• либо амплифицированная ДНК остается связанной с хромосомой, образуя многочисленные репликативные вилки (например, в фолликулярных клетках дрозофилы);
• либо синтезированная ДНК отделяется от материнской и много­кратно реплицируется (как ДНК, содержащая гены р-РНК ооцитов  амфибий).

Инверсия — поворот участка хромосом на 180°. Инверсия при­водит к изменению линейной последовательности генов. Она встре­чается в двух вариантах:

• перицентрическая инверсия (центроме­ра входит в инвертированный участок);
• парацентрическая ин­версия (центромера не входит в инвертируемый участок).

Негативный эффект инверсии зависит от локализации точек разры­вов, их близости к жизненно важным генам. Необходимо отметить, что инверсии встречаются в природных популяциях чаще других хромосомных перестроек. Они представляют распространенный путь преобразований генетического материала в процессе эво­люции, являясь факторами изоляции и дивергенции новых форм в пределах вида.

Межхромосомные перестройки происходят между не­гомологичными хромосомами.

Реципрокные транслокации — обмен участками хромосом между негомологичными хромосомами. В результате такой транс­локации из-меняется характер сцепления генов: гены, принадлежа­щие к разным хромосомам, могут наследоваться как одна группа сцепления. Характер конъюгации при транслокации меняется — вместо бивалентов образуется квадривалент в виде «фигуры крес­та».

Гетерозиготы по реципрокным транслока­циям обладают пониженной плодовитостью, так как продуцируют дефектные гаметы. Толь­ко у 2 видов гамет из 6 возможных при раз­ных способах расхождения хромосом име­ются полные комплекты генов. Остальные не­сут дупликации и нехватки и не могут дать жизнеспособного потомства. У животных реципрокные транслокации встречаются ред­ко, обычно с негативным эффектом, но они широко распространены у растений. Благода­ря специальным механизмам транслокация обеспечивает изоляцию новых форм.

Участок хромосомы может менять свое положение и без реципрокного (взаимного) обмена, оставаясь на той же хромосоме или включаясь в другую.  Такое  явление  называется транспозицией. Транспозиции рассматриваются   в группе аберраций скорее формально. В настоящее время   это  важный самостоятельный раздел генетики.

Нереципрокные транслокации, когда сегменты одной хромосомы пе­реносятся в другую;

Робертсоновские транслокации, когда две акроцентрические хромо­сомы соединяются своими центромерными районами.

 Основные типы структурных изменений хромосом:

1-делеция;2-дупликация (частичная трисомия); 3-кольцевая хромосома; 4- инверсия;    5а и 5в- изо-хромосо-мы; 6а и 6в- транслокации.

 Причиной изменения фенотипа при различных хромосомных перестройках часто является изменение расположения гена. Этот феномен  и получил название эффект положения. Он показан для многих генов и обычно влияет на регуляторную систему гена. Например, при перемещении гена из эухроматина в гетерохроматиновую область его  активность утрачивается, хотя сам ген не изменяется.                        

Хромосомные мутации  выявляются  цитогенетическими  методами.

Хромосомные нарушения могут быть как гаметического, так и   соматического происхождения и, в зависимости от этого, организм мо­жет иметь или полную форму хромосомного дисбаланса, т.е. иметь хромосомное нарушение во всех клетках тела или быть мозаиком, т.е. иметь хромосомный дисбаланс только в части клеток. Мозицизмом называется явление одновременного наличия в организме не­скольких клеточных клонов с разным кариотипом. Мозаицизм может возникнуть на любой стадии эмбрионального развития либо в ре­зультате митотического нерасхождения хромосом (около 30% случа­ев), либо вследствие утраты хромосомы вследствие анафазного от­ставания. Хромосомный мозаицизм может быть ограничен каким-то определенным типом тканей и поэтому не всегда доступен диагнос­тике. Кроме того, мозаики с небольшим клоном аберрантных клеток могут иметь не выраженные фенотипические отклонения. Мозаицизм   возможен не только по числовым нарушениям хромосом, но и по структурным хромосомным перестройкам.

В практике медико-генетического консультирования при цитогенетическом обследовании лиц с бесплодием, нарушением полового развития и супружеских пар с невынашиванием беременности наи­более часто выявляется мозаицизм по числовым нарушениям поло­вых хромосом. При проведении пренатальной диагностики путем биопсии хориона или с помощью амниоцентеза цитогенетику прихо­дится сталкиваться с так называемым ограниченным плацентар­ным мозиацизмом — наличием аномального клона клеток в клетках зародышевых оболочек при нормальном кариотипе самого зароды­ша. Это явление осложняет принятие адекватного решения о про­гнозе потомства.

Для обозначения структурных нарушений хромосом Международная система цитоге­нетической номенклатуры хромосом человека реко-мендует следую­щие символы и сокращения.

При описании кариотипа сначала указывается общее число хро­мосом, включая половые, а затем через запятую без пробела — на­бор половых хромосом.

Таким образом, нормальный кариотип чело­века обозначается следующим образом:

46,ХХ — нормальный женский кариотип;

46.ХУ— нормальный мужской кариотип.

Обозначение числовых нарушений хромосом:

Изменение в системе половых хромосом отмечается путем не­посредственного их перечисления после указания общего числа хро­мосом в наборе. Лишняя или недостающая аутосома при конститу­циональных или приобретенных хромосомных нарушениях обозна­чается зна-ком «+» или «־».который ставится перед номером хромосо­мы через запятую после перечисления половых хромосом:

45,Х           — кариотип с одной X хромосомой  (синдром Шерешевского-Тернера);

47.ХХУ     — кариотип с двумя X хромосомами и одной У хромосомой (синдром Клайнфельтера);

47.ХУУ     — кариотип с одной X и двумя У хромосомами;

47,ХХХ     — кариотип с тремя X хромосомами;

47,ХХ,+21 — кариотип с трисомией по 21-и хромосоме (синдром Дауна);

47,ХХ,+13 — кариотип с трисомией по 13-й хромосоме (синдром Патау);

47,ХХ,+18 — кариотип с трисомией по 18-й хромосоме (синдром Эдвардса-Смита);

46,ХХ,+8,-21 — кариотип с трисомией 8 и моносомией 21.

Для отличия между мозаицизмом (наличия в одном организме нескольких клеточных линий, возникших из одной зиготы) и химеризмом (наличия в одном организме нескольких клеточных линий,  возникших  из  разных  зигот)  используются  сокращения  mos   и  chi  соот-ветственно:

     mos  45, X/46, XX;

     chi 46,XX/46,XY.

Геномные мутации.

Геномные мутации являются изменениями генома — гаплоид­ного набора хромосом. Среди геномных мутаций выделяют несколько разновидностей.

Робертсоновские перестройки — слияния и разделения хро­мосом в области центромеры. Названы они по имени В. Робертсона, который предложил свою гипотезу механизма таких мутаций. Цен­трические слияния («робертсоновские транслокации») представляют собой слияния двух негомологичных акроцентрических хромосом с образованием одной субметацентрической хромосомы. При разделении, наоборот, одна субметацентрическая хромосома делит­ся на две акроцентрические хромосомы. При этом должна образо­ваться новая центромера, иначе хромосома без центромеры будет потеряна при митозе.

Робертсоновские перестройки приводят к изменению числа хромосом в кариотипе, не влияя на общее количество генетического материала в клетке. Оба варианта перестроек представлены в при­роде, но робертсоновские транслокации встречаются значительно чаще. Они являются одним из магистральных путей эволюции кариотипов.

 Анеуплоидия — изменение числа хромосом, не кратное гапло­идному набору. Как правило, представляет собой добавление или потерю 1—2 хромосом диплоидного набора. У животных анеуплоидия обычно приводит к тяжелым аномалиям или смерти. Однако у растений трисомия (наличие 3гомологичных хромосом) может служить фактором генетического разнообразия. Причиной анеуплоидии является нерасхождение хромосом в мейозе и образование несбалансированных гамет. Разновидности анеуплоидии:

     а) трисомия — три гомоло­гичных хромосомы в кариотипе, например, при синдро­ме Дауна (трисомия по 21-й хромосоме);

     б) моносомия — в наборе одна из пары гомологичных хромосом, напри­мер, при синдроме Шерешевского-Тернера (моносомия X).

Моносомии по первым крупным парам хромосом являют­ся для человека летальными мутациями. Нулисомия — отсутствие пары хромосом (летальная мутация).

Моноплоидия (гаплоидия) — гаплоидное состояние диплоидного  организма. Эта мутация интенсивно изучается у растений, так  как позволяет видеть проявление рецессивных аллелей. У живот­ных моноплоидия обычно приводит к летальному исходу.

Автополиплоидия — наличие в клетке более двух одинаковых  гаплоидных наборов. Эта разновидность довольно широко представлена в природе у  грибов и растений. Плоидность макронуклеуса  инфузорий может  достигать  нескольких  сотен. У животных встречается редко и обычно приводит к летальному ис­ходу на ранних стадиях эмбриогенеза.

У культурных растений сба­лансированные полиплоиды (т.е. кариотипы с четным числом гап­лоидных наборов — 4n,6n,8n и т.п.) полу-чают искусственным путём из-за их  более  крупных  размеров.  Несбалансированные   полиплоиды (Зn,5n,7n ит.п.) растений часто имеют пониженную  фертильность вследствие нарушений мейоза. Но тем не менее некоторые растения-триплоиды (Зn) обладают большими размерами и продуктивностью по сравнению с диплоидными (2n) и тетраплоидными (4n).

Аллополиплоидия — объединение в клетке разных геномов посредством гибридизации, В природе для многих цветковых растений опи-саны полиплоидные ряды различной степени плоидности.   Эти ряды возникают путем гибридизации разных видов и последующего уд-воения родительских гаплоидных наборов. Так преодолевается барьер бесплодия при скрещивании разных видов.

Геномные мутации обнаруживаются цитогенетическими  методами. Они  всегда  проявляются фенотипически.

Методы изучения генетики человека.

Для изучения человека неприменим гибридологический метод ввиду невозможности направленного скрещивания. Этот метод слабо применим и для многих крупных животных, поскольку потомство малочисленно, а время его развития сопоставимого с временем жизни экспериментатора. Гибридологический метод легко осуществим в отношении организмов, которые хорошо скрещиваются в искусственных условиях, дают много­численное потомство, быстро достигают полового созре­вания, имеют небольшое число групп сцепления, харак­теризу-ются незначительным модифицированием призна­ков под влиянием условий среды. Человек не отвечает практически ни одному из этих требований. Прежде всего в человеческом об­ществе невозможно организовать искусственный под-бор брачных пар исходя из задач генетического опыта. В семьях рождается относительно немногочисленное по­томство. Период половой зрелости у человека наступает в возрасте 13—14 лет, в связи с чем смена поколений происходит каждые 25—30 лет. Число групп сцепления равно 23 у женщин и 24 у мужчин. Для людей характерна значительная фенотипическая изменчивость под влия-нием условий среды. Все это делает неприемле­мым гибридологический метод для изучения генетиче­ских особенностей человека. Вместе с тем большое пре­имущество человека как объекта для изучения законо­мерностей наследования и изменчивости признаков заключается в том, что усилиями анатомов, физиологов, биохимиков, иммунологов, врачей и других специалистов фенотип людей изучен гораздо более всесторонне, чем у других организмов, исключая некоторые вирусы и микроорганизмы.

Основным методом изучения наследования признаков у человека становится генеалогический анализ, или анализ родословных, который применяется не только у человека, но и у племенного скота, породистых животных и тд. Генеалогия — это родослов­ная запись. Метод заключается в построении и анализе родословной человека с целью проследить проявление признака, интересую-щего генетика, на протяжении воз­можно большего числа поколений. С помощью метода устанавливают наследу-емость признака по его обнаруже­нию у многих членов родословной в разных поколениях, определяют тип наследования — аутосомный или сцеп­ленный с полом, доминантный или рецессивный и т. д. На основании полученных сведений прогнозируют ве­роятность проявления этого признака в потомстве, что имеет большое значение для предупреждения наследст­венных заболеваний.

Для человека характерны все известные в генетике типы наследования признаков. Различают два главных типа наследования признаков, обусловленные расположением соответствующих генов в аутосомах и в половых хромо­сомах (гетеросомах): аутосомное и сцепленное с полом наследование. Альтернативные варианты признаков наследуются по до­минантному или рецессивному типу; описаны случаи про­межуточного наследования и кодоминирования.

Аутосомно-доминантное наследование характери­зуется равной вероятностью развития доми-нантного признака у лиц обоих полов и обязательным про­явлением его в каждом поколении одной родословной. В браках доминантных гомозигот (АА) с любым геноти­пом (АА,Аа,аа) все потомство имеет доминантный вариант признака (в случае 100% пенетрантности). В бра­ках между гетерози-готами (Аа × Аа) при полном доми­нировании 75%, а при неполном доминировании лишь 25% потомков имеют доминантный вариант признака в фенотипе. Наконец, в браках гетерозигот с рецессивными гомозиготами (Аа × аа) 50% потомства являются носи­телями доминантного варианта признака. Таким образом, при наличии хотя бы у одного родителя доминантного признака последний с раз-ной вероятностью проявляется во всех последующих поколениях. Некоторые отклонения возможны при неполной пенетрантности признака, что зависит от генотипа в целом и условий развития организма. По аутосомно-доминантному типу наследуются такие признаки, как карий цвет глаз, кур­чавые волосы, способность свертывать язык в трубочку, ахондроплазия — недоразвитие трубча-тых костей в связи с нарушением их роста в длину, многопалость конечностей — полидактилия.

Аутосомно-рецессивное наследование характеризуется тем, что признак проявляется только у гомозигот (аа). Наследуемые та­ким образом признаки в равной мере обнаруживаются у мужчин и у женщин, но не в каждом поколении одной родословной. Нередко рецессивный вариант признака развивается у потомства родителей, которые сами его ли­шены. Такое «проскакивание» признака через поколения характерно для рецессивного наследования. Частота появления рецессивного потомства существенно повышается при близкородственных браках. Это объясняется тем, что у родственных организмов бо­лее вероятно присутствие в генотипах одинаковых ре­цессивных аллелей, объединение которых в генотипе по­томства дает рецессивный вариант признака в фенотипе. Многие наследственные болезни передаются по рецессивному типу. Поэтому при близкородственных браках чаще появляется болезненное, ослабленное по­томство. По аутосомно-рецессивному типу у человека на­следуется голубой цвет глаз, гладкие волосы, неспособ­ность свертывать язык в трубочку, нарушение обмена фенилаланина при фенилкетонурии, альбинизм — отсутствие пигмента в коже, радужке и волосах.

Х-сцепленное рецессивное наследование — гены, обусловливающие эти заболевания, расположены в Х-хромосоме и не имеют аллельных генов в Y-хромосоме. Для таких признаков характерна большая частота встречаемости их у мужчин и меньшая — у жен­щин. Этот тип насле­дования отличается перекрестной передачей признака между полами, при этом женский пол чаще бывает носи­телем рецессивного аллеля без его фенотипического про­явления, а у мужчин этот аллель проявля­ется через поколение. По Х-рецессивно-сцепленному типу у человека на­следуются гемофи-лия (нарушение свертываемости крови) идальтонизм (красно-зеленая слепота), ихтиоз.

Х-сцепленное доминантное наследование характеризуется более частым проявлением доминан-тного варианта признака у женщин, так как они, имея две Х-хромосомы, получают соответствующий ген и от отца, и от матери. Мужчины получают этот ген только от матери. Таким путем наследуются некоторые формы рахита.

Y-сцепленное наследование отли­чается передачей признака из поколения в поколение по мужской линии. При полной пенетрантности гена у всех сыновей развивается соответствующий отцовский приз­нак. Так у человека наследуется признак воло­сатости ушной раковины, перепонки между пальцами.

Цитоплазматическая наследственность обусловлена генами, располагающимися в ДНК других органоидов: пластиды, митохондрии. По такому типу наследуется тяже­лый порок развития — раздвоенный позвоночник.

Близнецовый метод используют в генетике человека для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых приз-наков. Близнецы могут быть однояйцевыми (образуются на ранних стадиях дробления изначально из одной зиготы, когда из двух или реже из большего числа бластомеров развиваются полноценные отдельные организмы). Однояйцевые близнецы генетически иден-тичны. Когда созревают и затем оплодотворяются разными сперматозоидами две или реже большее число яйцеклеток, развиваются разнояйцевые близнецы. Разнояйцевые близнецы сходны между собой не более чем братья и сестры, рожденные в разное время. Частота появления близнецов у людей составляет около 1% (1/3 однояйцевых, 2/3 разнояйцевых); подавляющее большинство близ-нецов является двойнями. Так как наследственный материал однояйцевых близнецов одинаков, то различия, которые возникают у них, зависят от влияния среды на экспрессию генов. Сравнение частоты сходства по ряду признаков пар одно- и разнояйцевых близнецов позволяет оценить значение наследственных и средовых факторов в развитии фенотипа человека. Конкордантность – проявление какого-либо признака у всех индивидов из конкретной группы близнецов. Дискордантность – отличие близнецов по  определённой фенотипической особенности. Степень конкордантности определяется в %.

Популяционно-статистический метод позволяет изучать генетические особенности разных народов позволяет реконструировать их историю, определять характер миграции и степень родства между ними, т.е. строить этногенетические карты, изучает проявление и наследо-вание признаков  в больших выборках — популяциях людей, в одном или нескольких поколениях. В популяционных исследованиях генетики опираются на открытый в 1908 г. закон гене­тической стабильности популяций. Математик Дж. Харди и врач Г. Вейнберг одновременно пришли к выводу, что при соблюде-нии определенных условий соотношение аллелей каждого гена в общей совокупности ге-нов (в ге­нофонде) популяции не меняется в ряду поколений. Это проявляется в поддержании пос-тоянного соотношения между разными гено- и фенотипами в ряду поколений организмов данной популяции. Вы­явление распрост-раненности тех или иных признаков(заболеваний) в популяциях людей и применение закона генетической стабильности дает воз-можность выяснить характер наследования отдельных признаков, установить роль среды и наследственности в их развитии, опреде­лить частоту встречаемости различных аллелей и гетеро­зигот в популяции. Разработка и широкое при­менение различных методов изучения генетики человека, развитие медико-генетического консультирования позво­ляют лучше понять природу наследственных заболева­ний, характер их наследования и выяснить вероятность появления в будущих поколениях наследственной пато­логии, а также быстрее диагностировать и раньше начать лечение больных.

Цитологический метод.  Развитие цитогенетики человека привело к созданию подробных цитогенетических карт, не уступающих по степени детализации цитогенетическим картам наиболее хорошо изученных экспериментальных объектов. 

Биохимический метод заключается в опреде­лении в крови или моче активности ферментов или со­держания некоторых продуктов метаболизма. С помощью данного метода выявляют нарушения в обмене веществ, возникающие при различных патологических состояниях и обусловленные наличием в генотипе неблагоприятного сочетания аллельных генов, например вредных рецессив­ный аллелей в гомозиготном состоянии. При своевремен­ной диагностике таких наследственных заболеваний про­филактические меры позволяют избежать серьезных нарушений развития.

Молекулярный метод.
В последние десятилетия произошел огромный прогресс в понимании биохимических и молекулярных превращений, участвующих в контроле дифференцировки и эмбрионального развития человека. Однако самым крупным достижением генетики человека, его биохимических и молекулярных разделов является расшифровка генома — определение первичной нуклеотидной последователь-ности ДНК человека с идентификацией всех генов и определением аминокислотной последовательности кодируемых этими генами белков.

Медицинская генетика

Интенсивно развивается фармакогенетика, т.е. изучение влияния генотипических особенностей пациентов на метаболизм лекарственных препаратов.

С генетических позиций все болезни человека можно разделить на три класса:

• собственно наследственные болезни (в т.ч. хромосомные и генные заболевания);
• болезни с наследственной предрасположенностью (полигенные, комплексные, многофакторные);
• приобретенные (связаны с определенными неблагоприятными внешними воздействиями).

В этиологии многофакторных заболеваний наряду с действием неблагоприятных внешних факторов существенно влияние не одного, а многих генов. Количество этих генов, формирующих наследственную предрасположенность, иногда исчисляется десятками или даже сотнями. К многофакторным заболеваниям относятся большинство наиболее распространенных болезней человека, таких как гипертония, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, бронхиальная астма, сахарный диабет, онкологические, аутоиммунные заболевания и др.

Травмы и инфекции относятся к классу приобретенных заболеваний. Однако в последнем случае часто не удается полностью исключить влияния генетических факторов, определяющих дифференциальную чувствительность разных индивидуумов к действию инфекционных агентов. В этих случаях инфекционные заболевания рассматриваются как многофакторные.

В задачи медицинской генетики входят:

• диагностика наследственных заболеваний;
• анализ их распространенности в разных популяциях и этнических группах;
• медико-генетическое консультирование семей больных;
• предотвращение рождения больных детей с тяжелыми наследственными заболеваниями, которые приводят к инвалидности, на базе пренатальной (дородовой) диагностики;
• изучение молекулярно-генетических основ этиологии и патогенеза наследственных заболеваний;
• выявление генетических факторов риска многофакторных заболеваний.

В настоящее время интенсивно изучают ассоциации разных генов человека с моногенными и многофакторными заболеваниями.  Эти исследования являются основой для планомерной разработки совместно со специалистами разных медицинских профилей новых патогенетических и этиологических методов лечения наследственных заболеваний, а также предупреждения развития тех заболеваний, к которым у человека имеется генетическая склонность.

Решите задачу по индивидуальному варианту, используя приложение 1. 

Задача 1. Пробанд здоров. Отец пробанда болен эпидермолизом. Мать и ее родственники здоровы. Две сестры пробанда здоровы, один брат болен. Три дяди со стороны отца и их дети здоровы, а один  дядя болен и от первого брака имеет больного сына и здоровую дочь, а от второго брака — больных дочь и сын.

Задача 2. Пробанд — больная мозжечковой атаксией женщина. Ее супруг здоров. У них 6 сыновей и 3 дочери. Один сын и одна дочь больны, остальные здоровы. Пробанд имеет здоровую сестру и трех больных братьев. Здоровая сестра замужем за здоро­вым мужчиной и имеет здоровую дочь. Три больных брата пробанда женаты на здоровых женщинах. В семье одного брата два здоровых сына и одна здо­ровая дочь, в семье второго — здоровый сын и больная дочь, в семье третьего — здоровые два сына и три дочери.

Задача 3. Составьте родословную семьи с редким заболеванием эпилойей, которая де­терминируется геном с летальным действием. Большинство лиц с врожден­ной эпилойей поги­бает, не достигнув половой зрелости. При слабой выраженности синдрома некоторые больные выживают и дают потомство. Пробанд — женщина, стра­дающая эпилойей, в браке со здоровым мужчиной имела трех детей: здоро­вых сына и дочь и больную дочь, у которой впоследствии родились пять детей:  здоровые  два  сына  и  две  дочери  и  одна  дочь  с  эпилойей.  Установлено,  у  этой  больной  дочери  пробанда  было  два  мертворождённых  ребёнка. 

Задача 4. Пробанд – нормальная  женщина  имеет  пять  сестёр,  две  из  которых – однояйцовые  близнецы,  две – двуяйцовые  близ-нецы.  Все  сёстры  имеют  6  пальцев  на  руке.  Мать  пробанда – нормальная,  отец – шестипалый.  Со  стороны  матери  предки  нормальны.  У  отца – два  брата  и  четыре  сестры – все  пятипалые.  Бабка  по  линии  отца – шестипалая,  у  неё  было  две  шестипа-лые  сест-ры  и  одна – пятипалая.  Составьте родословную семьи.

Задача 5. Пробанд  и пять его братьев здоровы. Мать и отец  пробанда – глухонемые;  два дяди  и  тётка со стороны  отца – глухоне-мые;  со  стороны  матери  четыре  тётки  и  дяди  здоровы  и  один  дядя  и  тёт-ка – глухонемые.  Бабка  и  дед  по  матери – здоровые.  Бабка  и  дед  по  отцу – глухонемые.  Соста-вьте родословную семьи.

Задача 6. Пробанд  болен  врождённой  катарактой.  Он  состоит  в  браке  со  здоровой  женщиной  и  имеет  больную  дочь  и  здоро-вого  сына.  Отец  пробанда  болен, мать — здорова. Мать пробанда имеет здоровую сестру и здоровых родителей. Дедушка по линии отца болен, бабушка здорова. Пробанд имеет по линии отца здоровых родных дядю и тетю. Дядя женат на здоровой женщин: и име-ет здоровых трех сыновей.  Составьте родословную семьи.

Задача 7. Составьте родословную со случаем фенилкетонурии в семье. Здоровый муж и  жена — двоюродные сибсы — имеют больного ребенка. Мать мужа и отец жены — родные сибсы — здоровы. Брат мужа и две сестры жены здоровы. Общий  дядя супругов тоже здо-ров. Их общая бабка была здорова, а брат деда страдал  фенилкетонурией. Все родственники со стороны отца мужа и матери жены  здоровы.

Задача 8. Пробанд — здоровая женщина. Ее сестра также здорова, а два брата страдают   дальтонизмом. Мать и отец пробанда здоровы. Четыре сестры матери пробанда здоровы, мужья их также здоровы. О двоюродных сибсах со стороны  матери пробанда известно: в одной семье один больной брат, две сестры и  брат   здоровы; в двух других семьях по одному больному брату и по одной  здоровой cecтpе. В четвертой семье — одна здоровая сестра. Составьте родословную семьи.

Задача 9. Составьте родословную семьи по короткопалости. Про­банд женщина с короткопалостью — имеет троих здоровых братьев и одну здоровую сестру. Отец пробанда короткопалый. Со стороны отца дядя и одна тетка короткопалые, а вторая имеет нормальную кисть. У дяди из 10 детей семеро с короткопалой кистью (3 сына и 4 дочери), один сын и две дочери с нормальной. Бабка по отцу была короткопалой, а все родственники по матери  нормальные.

Задача 10. Одна из форм рахита не излечивается обычными дозами витамина Д. Про­банд — юноша, страдаю-щий этой формой рахи-та. Его сестра здорова, мать больна рахитом, отец здоров. У матери пробанда было трое братьев — все здоровы. Дед пробанда по ли-нии матери болен, бабка здорова. Дед имел двух здоровых и одного больного братьев. У здоровых братьев деда от здоровых жен было 5 здоровых сыновей (у одного — 4 сына, у другого -1). У больного брата деда была здоровая жена. Составьте родословную семьи.

Задача 11. Составьте родословную семьи по ахондроплазии (карликовости). Пробанд, мужчина нормального роста имеет  сестру и отца карликов, а мать здорова. По линии отца дед карлик, бабушка нормального роста, две нормальные тетки, одна тетка и один дядя карлики. Тетка с карликовостью вышла замуж за мужчину нормального роста и имеет сына карлика. Здоровая тетка в браке со здоровым мужчиной имеет четырех здоровых сыновей.

Задача 12. У мужчины на краю ушной раковины сильно развит волосяной покров. У его отца, деда, прадеда уши тоже были волоса-тыми. Этот признак никак не сказывался на их умственных способностях. У двух сыновей мужчины уши волосатые, а у дочери — нет. Составьте родословную данной семьи.

Задача 13. Молодожены нормально владеют правой рукой. В семье женщины было еще 2 сестры-правши и 3 брата-левши. Мать женщины-правша, отец — левша. У отца есть сестра и брат левши и сестра и 2 брата правши. Дед по линии отца правша, бабка — левша. У матери женщины есть 2 брата и сестра правши. Мать мужа — правша, отец — левша. Составьте родословную семьи.

Задача 14. Пробанд страдает дефектом ногтей и коленной чашечки, а его брат нормален. Этот синдром был у отца пробанда, а мать была здорова. Дедушка пробанда по линии отца — с синдромом, а бабушка здорова. Отец пробанда имеет трех братьев и четырех сестер, из них два брата и две сестры с синдромом. Больной дядя по линии отца женат на здоровой женщине и имеет двух дочерей и
сына — здоровых. Составьте родословную семьи.

Задача 15. Пробанд-здоровая женщина — имеет двух здоровых братьев и двух братьев, больных алькаптонурией. Мать пробанда здорова и имеет двух здоровых братьев. Отец пробанда болен алькаптонурией. У него есть здо­ровые брат и сестра. Бабка по линии отца была больной. Бабка и дед пробанда по линии матери здоровы, отец и мать деда также здоровы. Составьте родословную семьи.

Задача 16. У пробанда — полидактилия (шестипалость). Отец его – многопалый, мать – с нормальным строени-ем кисти. Дальнейшая родословная известна только по линии отца. У отца есть пятипалые брат и сестра и шестипалые брат и сестра Многопалый дядя пробанда был дважды женат на нормальных женщинах. От одного брака у него была дочь с полидактилией, от второго брака — 6 детей: две дочери и один сын с полидактилией и два сына и одна дочь с нормальным строением кисти. Составьте родословную семьи.

Задача 17. Пробанд — здоровый юноша — имеет 4 братьев, больных мышечной дистрофией Дюшена. Мать и отец пробанда здоровы. У матери пробанда — две здоровые сестры, один здоровый брат и два больных брата. Бабка и дед со стороны матери пробанда здоровы. У бабки были три здоровые сестры, два здоровых брата и один больной брат. Все здоровые братья и сестры бабки имели
здоровых супругов. Составьте родословную семьи.

Задача 18.  Про­банд — юноша, страдающий рахитом. Его сестра здорова, мать больна рахитом, отец здоров. У матери пробанда было трое братьев — все здоровы. Дед пробанда по линии матери болен, бабка здорова. Дед имел двух здоровых и одного больного брать-ев. У здоровых братьев деда от здоровых жен было 5 здоровых сыновей (у одного — 4 сына, у другого -1). У больного брата деда была здоровая жена. У них было три больные дочери и два здоровых сына. У двух больных дочерей брата деда пробанда от здоровых мужей было по одной здоровой дочери. Еще у одной больной дочери брата деда  пробанда, состоящей в браке со здоровым мужчи-ной, два сына, один из которых болен, и больная дочь. Составьте родословную семьи.

Задача 19. Пробанд  болен  врождённой  катарактой.  Он  состоит  в  браке  со  здоровой  женщиной  и  имеет  больную  дочь  и  здо-рового  сына.  Отец  пробанда  болен, мать — здорова. Мать пробанда имеет здоровую сестру и здоровых родителей Дедушка по ли-нии отца болен, бабушка здорова. Пробанд имеет по линии отца здоровых родных дядю и тетю. Дядя женат на здоровой женщине и имеет здоровых трех сыновей (двоюродные братья пробанда по линии отца).  Составьте родословную семьи.

Задача 20. Составьте родословную  наследования одной из форм глаукомы по данным анамнеза. Пробанд (мужчина) страдает глау-комой. Его два брата и две сестры, а также родители, сестра матери и трое из четырех братьев матери здоровы. Три сына и две доче-ри больного брата матери пробанда здоровы. Бабка пробан­да со стороны матери и ее две сестры здоровы. Брат бабки болен. Боль-ной брат бабки имеет двух здоро­вых дочерей, одна из которых бездетна, а другая имеет трех здоро­вых внучек и одного больного внука.

Задача 21. Пробанд — здоровая женщина — имеет двух здоровых братьев и двух братьев, больных алькапто-нурией. Мать пробанда здорова и имеет двух здоровых братьев. Отец пробанда болен алькапто-нурией и является  двоюродным  дядей  своей  жены. У него есть здо­ровые брат и сестра. Бабка по линии отца была больной  и состояла в браке со своим здоровым двоюродным братом. Бабка и дед пробанда по линии матери здоровы, отец и мать деда также здоровы, при этом мать деда — родная сестра деда пробанда со сто-роны отца. Составьте родословную. 

Задача 22. Одна из форм рахита не излечивается обычными дозами витамина Д. Про­банд — юноша, страдаю-ащий этой формой рахита. Его сестра здорова, мать больна рахитом, отец здоров. У матери пробанда было трое братьев — все здоровы. Дед пробанда по линии матери болен, бабка здорова. Дед имел двух здоровых и одного больного братьев. У здоровых братьев деда от здоровых жен было 5 здоровых сыновей (у одного — 4 сына, у другого -1). У больного брата деда была здоровая жена. У них было три больные дочери и два здоровых сына. У двух больных дочерей брата деда пробанда от здоровых мужей было по одной здоровой дочери. Еще у одной больной дочери брата деда
пробанда, состоящей в браке со здоровым мужчиной, два сына, один из которых болен, и больная дочь. У здоровых сыновей брата деда пробанда жёны здоровы, здоровы и их дети. Составьте родословную. 

Задача 23. Пробанд — женщина с атрофией мозжечка. Ее супруг здоров. У них 6 сыновей и 3 дочери. Один сын и одна дочь больны, остальные здоровы. Пробанд имеет здоровую сестру и трех больных братьев. Здоровая сестра замужем за здоро­вым мужчиной и имеет здоровую дочь. Три больных брата пробанда женаты на здоровых женщинах. В семье одного брата два здоровых сына и одна здо­ровая дочь, в семье второго — здоровый сын и больная дочь, в семье третьего — здоровые два сына и три дочери. Составьте родо-словную. 

Задача 24. Составьте родословную семьи с заболеванием, которое де­терминируется геном с летальным действием. Большинство лиц с этим заболеванием поги­бает, не достигнув половой зрелости. При слабой выраженности синдрома некоторые больные выживают и дают потомство. Пробанд — женщина, стра­дающая данным заболеванием, в браке со здоровым мужчиной имела трех детей: здоро­вых сына и дочь и больную дочь, у которой впоследствии родились пять детей:  здоровые  два  сына  и  две  дочери  и  одна  дочь  больная.  Установлено,  у  этой  больной  дочери  пробанда  было  два  мертворождённых  ребёнка. 

Задача 25. Пробанд  и  пять  его  братьев  здоровы. Мать  и  отец  пробанда – слепые;  два  дяди  и  тётка со  сто- роны  отца – слепые; со стороны матери четыре  тётки  и  дяди  здоровы  и  один  дядя  и  тётка – сле- пые. Бабка и дед по матери – здоровые. Бабка  и дед по отцу – слепые. Бабка  по  отцу  имеет  сле- пых брата и двух  сестёр. Дед по отцу имеет двух братьев, одного – здорового,  другого – слепого  и  пять сестёр, две из которых слепые. Мать  и  отец  дедушки  со  стороны  отца – здоровые.  Составьте родословную семьи.

Задача 26. Составьте родословную  наследования одной из форм глаукомы по данным анамнеза. Пробанд (мужчина) страдает глаукомой. Его два брата и две сестры, а также родители, сестра матери и трое из четырех братьев матери здоровы. Три сына и две дочери больного брата матери пробанда здоровы. Бабка пробан­да со стороны матери и ее две сестры здоровы. Брат бабки болен. Из шести сыновей одной из сес­тер бабки двое больны. Вторая сестра бабки име­ет трех больных сыновей из четырех. Ее четыре доче­ри здоровы, и две из них имеют здоровых детей: одна — двух дочерей и одного сына, вторая — одного сына. Больной брат бабки имеет двух здоро­вых дочерей, одна из которых бездетна, трех здоро­вых внучек и одного здорового внука. Один его внук болен. Родители бабки пробанда здоровы, но мать бабки имеет двух больных братьев. Родите­ли прабабки пробанда здоровы.

Приложение 1.

Генетика и здоровье.

Наследственность и изменчивость, которые изучает ге­нетика, являются свойствами всех живых существ нашей планеты. На чело-века, появившегося на Земле в резуль­тате эволюции жизни, распространяются все общебиологические закономерности, как нас-ледственности, так и изменчивости.

Изучение генетики человека имеет большое значение для медицин­ской науки и практического здравоохранения, так как наслед-ственные заболевания составляют значительную долю патоло-гии, особенно детской. 4 — 5% родившихся в каждом поколении име-ют генетиче­ски обуслов-ленные отклонения в развитии.

Прогноз здоровья будущих детей волнует каждую молодую семью. Некоторые признаки и заболевания человека наследуются в со-ответствии с законами Менделя. Мутации, приводящие к патологическим изменениям в организме, могут различаться по способ-ности сохраняться в популяции. Те из них, которые вызывают очень тяжелые фенотипические нарушения, часто сопровождаются высокой летальностью еще во внутриутробном периоде или детском возрасте. Другие, не оказывающие существенного влияния на жизнеспособность, могут не ограничивать деторождение и наследоваться из поколения в поколение. Некоторые рецессивные аллели, обусловливающие в гомозиготном состоянии тяжелое заболе­вание ребенка, обеспечивают преимущество для выживания гетерозиготных носителей этих мутаций. Такие изменения наследственного материала могут распространяться в популя­ции, тоже передаваясь от родителей к потомкам. Увеличение числа индивидов, несущих подобные мутации, продолжается до тех пор, пока частота мутирования не урав­новешивается естественным отбором. Отбор в таких ситуаци­ях направлен против особей, патологи-ческое состояние кото­рых обусловлено наличием аномального генотипа.

Генетический груз составляют менее приспособленные к существованию индивиды, несущие изменение наследственных структур, для которых вероятность погибнуть вследствие естественного отбора велика. Результатами действия генетического груза у человека яв­ляются сбалансированный полиморфизм, летальность и сни­женная способность к деторождению.

Полиморфизм обеспечивает генетическое многообразие человека.

Летальность выражается в гибели гамет, зигот, эмбрионов, плодов, детей. Около 60% оплодотворенных яйцекле­ток погибают на ранних стадиях дробления, 15% зарегистри­рованных беременностей заканчивается самопроизвольным выкидышем, каждые 5 детей из 1 000 родившихся умирают от наследственных заболеваний.

Наследственная патология снижает способность человека к деторождению, так как часто осложняется бесплодием, невынаши-ванием беременностей и мертворождениями.

И настоящее время генетический груз в популяции человека очень высок и имеет тенденцию к росту. Так, по данным ВОЗ, около 5—8% детей рождаются с наследственными за­болеваниями и врожденными пороками развития.

Генетический груз является большой проблемой для обще­ства, поскольку обусловливает инвалидность и сокращенную продолжительность жизни больных, повышает потребность в медицинской помощи.

Для закрепления изученного материала перейдите по ссылке: https://learningapps.org/watch?v=p51easc9k23 и выполните задания.