Закономерности наследственности

1.

Закономерности
наследственности
Илатовская С.А., преподаватель генетики

2.

Основы современной генетики заложены работами
чешского исследователя Г.Менделя (1822-1884). В
настоящее время известны три закона Менделя, в
основу которых легли открытые им количественные
соотношения наследования доминантных и
рецессивных аллелей.
Открытия Менделя действительны для всех живых
организмов и лежат в основе современной генетики.

3.

1 Закон Менделя
1 закон – закон единообразия гибридов
первого поколения или правило
доминирования: при скрещивании чистых
линий все потомство первого поколения
единообразно, и в случае полного
доминирования имеет доминантный признак
одного из родителей.

4.

2 Закон Менделя
2 закон – закон расщепления признаков
во втором поколении гибридов: во
втором поколении соотношение частоты
проявления доминантного и рецессивного
признаков составляет 3:1.

5.

3 Закон Менделя
3 закон – закон независимого
наследования признаков: при
полигибридном скрещивании во втором
поколении происходит независимое
расщепление признаков.

6.

7.

Перечень генетических терминов
Термин
Содержание
Пример
Ген
Единица наследственности для определенного признака
Ген, пределяющий
цвет семени
Аллели
Различные формы одного гена определяющие различные
проявления признака
А-аллель,
определяющий
желтый цвет семени;
а- аллель,
определяющий
зеленый цвет семени
Локус
Гомозигота
Местоположение гена на хромосоме
(греч. homos –
одинаковый,zygote соединенная в пару)
Содержит два идентичных аллеля данного гена.
Гомозиготная особь не дает расщепления в последующих
поколениях
Гетерозигота Содержит два разных аллеля одного гена. У гетерозиготной
АА или аа
Аа

8.

Перечень генетических терминов
Фенотип
Признак, определяемый сочетанием аллелей гена
(или все признаки организма, определяемые
генотипом)
Желтый или
зеленый цвет
семени (все
признаки данного
растения)
Генотип
Аллели, определяющие данный признак особи (или
все гены, определяющие все признаки организма)
АА или Аа или аа
Доминантный
Аллель, определяющий фенотип как в гомозиготном,
так и в гетерозиготном состояниях
А
Рецессивный
Аллель, определяющий признак только в
гомозиготном состоянии
а
Решетка Пеннета
Все равновероятно возможные сочетания гамет при
образовании зиготы (все возможные генотипы
потомков)

9.

Положения хромосомной теории
• Каждый моногенный признак определяется двумя
аллелями, расположенными в одинаковых локусах
гомологичных (парных) хромосом. Гены обозначаются
буквами латинского алфавита. Доминантные аллели
записываются прописными (заглавными) буквами, а
рецессивные (подавляемые) – строчными.

10.

Положения хромосомной теории
• Если организм содержит два разных аллеля
(доминантный и рецессивный), то он называется
гетерозиготой по данному признаку, и генотип
обозначается Аа или Вв и т.п. В этом случае
проявляется доминантный аллель, а рецессивный
подавляется. Если аллели одинаковые, то организм
или клетка называется гомозиготой, и генотип
обозначается АА или аа.

11.

Положения хромосомной теории
• Каждая гамета содержит только один аллель
гена, т.к. в гаметах гаплоидный набор
хромосом (половинный), по одной
хромосоме из каждой пары диплоидной
соматической клетки.
• При образовании гамет в каждую может
попасть любой аллель одной пары вместе с
любым аллелем другой.

12.

Положения хромосомной теории
• При оплодотворении образуется диплоидная зигота,
парность гомологичных хромосом восстанавливается.
Организм наследует один аллель от отца, другой от
матери для каждой пары гомологичных аллелей.
Признаки, наследующиеся в соответствии с законами Менделя,
называются менделирующими, или моногенными. Согласно каталогу
Мак Кьюсика В.А. «Наследование менделевских признаков у человека»,
идентифицировано более 12500 таких признаков.

13.

Дигетерозигота

14.

Наследование двух признаков в браке
между двумя дигетерозиготными людьми

15.

Сцепленное наследование
В 1906 году Бетсоном и Пеннетом было обнаружено
совместное наследование признаков, не соответствующее
третьему закону Менделя. В 1909-1911 годах американские
исследователи во главе с Т. Морганом на плодовой мушке
дрозофиле показали, что признаки наследуются совместно,
если гены, их определяющие, локализованы в одной
хромосоме. Гены, локализованные в одной хромосоме, были
названы ими группой сцепления. Число групп сцепления у
человека составляет 25 (22 аутосомы +Х +У +мтДНК).

16.

4 закон генетики
Закономерность совместного наследования признаков была
сформулирована Т.Морганом и считается четвертым законом
генетики, носящим его имя.
4 закон генетики – признаки, определяемые генами,
локализованными в одной хромосоме, чаще
наследуются совместно.

17.

Расстояния между генами
В опытах Т. Моргана расстояние между генами решено было
измерять в процентах особей, у которых произошел
кроссинговер, от общего числа исследованных особей. Частота
кроссинговера между генами А и В, равная 10%, означает, что
эти гены расположены в одной хромосоме на расстоянии 10
генетических единиц. Позднее условная единица расстояния
между генами была названа в честь Моргана единицей
Моргана – морганидой, что соответствует 1% кроссинговера.

18.

Плейотропия
С развитием генетики накопилось много
фактов, свидетельствующих о том, что один
ген может определять развитие не одного, а
нескольких признаков. Стали известны и
механизмы этого явления.

19.

Фенилкетонурия
Рецессивный аллель фенилкетонурии в гомозиготном состоянии
нарушает превращение фенилаланина в тирозин вследствие
дефицита фермента фенилаланингидроксилазы, синтез которого
он контролирует. Фенилаланин накапливается в крови, а также
накапливаются токсичные продукты его метаболизма в крови и
тканях. Это приводит к нарушению формирования миелиновой
оболочки аксонов нервных клеток ЦНС. Нарушается развитие
мозга, что приводит к слабоумию. Кроме того, нарушение
превращения фенилаланина в тирозин приводит к дефициту
меланина (пигмент волос, радужки, кожи), т.к. меланин образуется
из тирозина.

20.

Фенилкетонурия

21.

Фенилкетонурия
В результате мутантный аллель
проявляется несколькими
признаками: высокий уровень
фенилаланина в крови,
маленький размер мозга,
сниженный интеллект, светлые
волосы и кожа, голубой цвет
глаз, мышиный запах мочи,
пота.

22.

Синдром Марфана
Ген, вызывающий этот синдром,
имеет выраженный
плейотропный эффект, т.к.
проявляется многими
клиническими признаками,
наиболее типичные из них:
изменения в скелете
(деформация грудной клетки и
позвоночника, аномально
длинные конечности и
пальцы),аневризма аорты,
вывих хрусталика.

23.

Болезнь Реклингхаузена
(нейрофиброматоз)
Приводит к изменениям во всех
системах организма. Наиболее
типичные: нейрофибромы
(опухоли по ходу нервов в
органах или ЦНС),
множественные пигментные
пятна, изменения опорнодвигательного аппарата.

24.

Взаимодействие генов
Взаимодействие аллелей одного гена

25.

Аллели гена
Это различные формы одного и того же гена, расположенные в
одинаковых локусах гомологичных хромосом. Если ген
существует больше, чем в двух аллельных состояниях, то
образуется серия множественных аллелей. Каждая особь в
популяции может содержать в своем генотипе любые два (не
более) аллеля этой серии.
Аллели возникают в результате мутаций в одном и том же
локусе. Наиболее часто встречающийся в популяции аллель
обычно называют аллелем дикого типа.

26.

Примеры множественных аллелей
1. Муковисцидоз – его вызывает ген регулятор мембранной
проводимости хлоридов. Расположен на длинном плече
хромосомы 7 (7q). Известно более 1000 аллелей этого гена.
2. Семейная гиперхолестеринемия – это доминантное
заболевание обусловлено мутацией гена, отвечающего за
производство белка-рецептора ЛПНП, известно более 150
аллелей этого гена.
3.Болезнь Альцгеймера – открыто около 160 аллелей гена
пресенилина I, более 10 аллелей гена пресенилина II.

27.

Полное доминирование
Доминантный аллель
проявляется независимо от
присутствия другого аллеля этой
серии. Рецессивный аллель
определяет развитие признаков
только в гомозиготном
состоянии.

28.

Неполное доминирование
• Ослабление действия
доминантного гена в присутствии
рецессивного. Болезнь ТеяСакса: гомозиготность по
рецессивному мутантному
аллелю заканчивается
летальным исходом ребенка к 45 годам. У гетерозигот снижено
количество фермента
гексозаминидазы в 2 раза,
фенотипически не проявляется.

29.

Неполное доминирование
Гомозиготность при аутосомнодоминантных болезнях
приводит к более тяжелым
проявлениям, чем
гетерозиготность. Синдром
Элерса-Данло – множественные
пороки развития.

30.

Неполное доминирование
Примерами неполного доминирования являются
случаи наследования промежуточного фенотипа.
Так, доминантный аллель, определяющий развитие
кудрявых волос, и рецессивный аллель,
ответственный за развитие волос прямого типа, при
совместном присутствии в генотипе дают
промежуточный фенотип – волнистые волосы.

31.

Кодоминирование
Одинаковая активность аллелей в гетерозиготе
(выявляется при биохимическом определении
продуктов как одного, так и другого аллелей).
Так, кодоминантный тип взаимодействия
установлен для аллелей гемоглобинов, двух
аллелей антигенов эритроцитов групп крови
системы АВ0.

32.

Кодоминантный тип взаимодействия
аллелей гемоглобина
Нормальный гемоглобин (HbA)
содержит четыре
полипептидные цепи (две
альфа- и две бета-цепи).
Аномальные гемоглобины – их
известно около 300 –
отличаются друг от друга одним
аминокислотным остатком и
являются причиной
наследственных заболеваний
крови – гемоглобинопатий.

33.

Серповидно-клеточная анемия
– в бета-цепи глутаминовая кислота в 6
положении заменена на валин –
образуется аномальный гемоглобин (HbS)
– в результате эритроциты приобретают
серповидную форму и далее происходит
их гемолиз. У гомозигот по мутантному
аллелю заболевание протекает тяжело
(кислородное голодание) и заканчивается
ранней смертью. Гетерозиготы мало чем
отличаются от здоровых людей (признаки
заболевания могут проявиться при
снижении содержания кислорода в
воздухе, беременности)

34.

Кодоминантный тип взаимодействия
аллелей, определяющих группы крови АВ0
Группы крови определяются геном I, имеющим три аллеля, их
записывают IА, IВ и I0. Локализация гена 9q34.
Ген IА кодирует синтез в эритроцитах специального белка агглютиногена
А, находится на поверхности эритроцита
Ген IВ отвечает за синтез агглютиногена В.
Ген I0 не кодирует никакого белка и является рецессивным по
отношению к двум другим.
IА и IВ не доминируют друг над другом.
Ген I обладает 100% пенетрантностью.

35.

Группы крови АВ0
В различных сочетаниях генов образуются 4 группы крови:
Группа
крови
Генотип
Группа
крови
Генотип
I
I0I0
III
IВIВ, IВI0
II
IАIА, IАI0
IV
IАIВ

36.

Резус-фактор
Это антигенный белок, располагается на мембранах
эритроцитов у 85% людей. У 15% людей этого белка нет, такая
кровь называется резус-отрицательной. Резус-фактор
расценивается как простой менделирующий признак, т.к.
наличие антигена определяют три тесно связанных между
собой гена C, D и K, они локализуются в хромосоме 1p35 и
наследуются совместно как один ген. Ген обозначается буквой
D. Человек с Rh(-) группой крови является гомозиготой по
рецессивному аллелю (dd). Если Rh(+), то человек может быть
DD или Dd.

37.

Резус-конфликт
Во время беременности эритроциты Rh(+) плода попадают в кровь
Rh(-) матери и вызывают в ее крови образование антител к резусфактору (безвредных для нее, но вызывающих разрушение Er
плода). Распад Er приводит к повреждению печени, почек,
головного мозга, анемии, желтухе, водянке плода и
новорожденного. В большинстве случаев заболевание быстро
развивается после рождения.
Проникновению антигенов в материнский кровоток способствуют
инфекции (они повышают проницаемость плаценты), мелкие
травмы, кровоизлияния и другие повреждения плаценты.

38.

Резус-конфликт

39.

Резус-конфликт
Обычно первая беременность у Rh(-) женщины протекает без
осложнений. Сенсибилизация организма возможна при
переливании несовместимой крови, при беременностях и родах,
после абортов, выкидышей, операций по поводу внематочной
беременности.
Во время беременности у Rh(-) женщин необходимо определение
титра антител в крови в динамике.

40.

Взаимодействие генов
Комплементарность, эпистаз, полимерия

41.

Комплементарность
Комплементарность (лат. complementum – пополнение,
дополнение) – признак развивается лишь при взаимодействии
двух доминантных аллелей разных генов.
Совместное присутствие в генотипе доминантных аллелей с таким
типом взаимодействия приводит к появлению у потомства
признака, которого не было у родительской пары.
Так, рождение у глухих родителей детей с нормальным слухом
объясняется тем, что нормальный слух у человека определяется
комплементарным взаимодействием доминантных аллелей двух
разных генов (в гомо- или гетерозиготном состояниях).

42.

Комплементарность
P
AAbb
глухота
aaBB
глухота
G
Ab
aB
AaBb
AaBb
нормальный
слух
нормальный
слух
F1
G
AB
Ab
aB
ab
AB
Ab
aB
ab

43.

Эпистаз
Эпистаз (греч. epistasis – препятствие) - взаимодействие генов, при
котором происходит подавление активности одного гена другим.
Эпистаз может быть доминантным и рецессивным.
Доминантный: подавителем (ингибитором) является доминантный
аллель гена в гетерозиготном или гомозиготном состоянии
Рецессивный: - рецессивный аллель в гомозиготном состоянии.
Во всех случаях, где присутствует ген-подавитель, подавляемый ген
фенотипически не проявляется. Гены-ингибиторы обозначаются
буквой I ( англ. ingibition – подавление).

44.

Окраска оперения у кур – доминантный тип
эпистатического взаимодействия генов
P
G
F1
G
IA
IIAA
белое
IA
IiAa
белое
Ia
iA
ia
IA
iiaa
белое
ia
IiAa
белое
Ia
iA
ia

45.

При дальнейшем скрещивании:
IA
IA
IIAA
белое
Ia
IIAa
белое
iA
IiAA
белое
ia
IiAa
белое
Ia
IIAa
белое
IIaa
белое
IiAa
белое
Iiaa
белое
iA
IiAA
белое
IiAa
белое
iiAA
черное
iiAa
черное
ia
IiAa
белое
Iiaa
белое
iiAa
iiaa

46.

Пример рецессивного эпистаза
Редкий случай наследования групп крови человека системы АВ0,
когда гены эритроцитарных антигенов А и/или В не
экспрессируются (не проявляются в фенотипе) у гомозигот по
рецессивному аллелю h – (hh).
Такая группа крови получила название Бомбей (впервые была
выявлена в Бомбее, Индия).
Частота крови Бомбей среди индусов составляет 1:13 000 (в Европе
– 1:100 000). Бомбей-кровь проявляет себя как первая группа
крови (0).

47.

Бомбей-кровь
P
HHI0I0
1 группа крови
G
HI0
F1
HI0
hhIAIB
1 группа крови
hIA
hIB
hIA
hIB
HhIAI0
2 группа крови
HhIBI0
3 группа крови

48.

Полимерия
Полимерия – обусловленность признака взаимодействием разных
генов (полигены), дающих одинаковый эффект.
Проявляется в двух формах: 1. кумулятивная (суммирующая) –
степень проявления признака зависит от числа доминантных
аллелей разных генов, так и от числа генов. Полигены обозначаются
одинаковыми буквами.
А1а1А2а2 А1А1А2А2
число доминантных аллелей
А1А1А2А2 А1А1А2А2А3А3А4А4 - число генов
Признаки, развитие которых проявляется полигенами, называются
количественными: степень пигментации кожи, масса и и длина тела,
тип телосложения, интеллектуальные способности.

49.

Полимерия
2. Некумулятивная – проявление
признака может не зависеть от
числа доминантных генов. Для
проявления признака
достаточно в генотипе наличия
лишь одного доминантного
аллеля.

50.

Пенетрантность
- Это проявляемость аллеля в фенотипе. Измеряется процентом
организмов, имеющих соответствующий признак, от общего
количества обследованных носителей соответствующего аллеля.
Так, если пенетрантность аллеля равна 100%, то у всех особейносителей этого аллеля он проявляется. Известна полная
пенетрантность у генов ахондроплазии (карликовость), гемофилии
А и многих других наследственных заболеваний.
Неполная пенетрантность характерна для генов, проявляющихся
лишь при воздействии на организм специфических факторов
среды.

51.

Экспрессивность
-степень выраженности признака у разных
индивидуумов – носителей определенного аллеля.
Различная экспрессивность характерна для
морфологических признаков: полидактилия,
синдактилия, брахидактилия.

52.

Коллеги, необходимо знать
основные термины темы и
уметь их объяснить!