Типы наследования признаков. Моногенное наследование. Лекция 11

1.

КАФЕДРА БИОЛОГИИ
имени академика Е.Н.Павловского
ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ

2.

ЛЕКЦИЯ 11
ТИПЫ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ.
МОНОГЕННОЕ НАСЛЕДОВАНИЕ

3.

В лекции будут рассмотрены следующие вопросы:
1. Человек как объект генетических исследований.
2. Семейно-генеалогический метод исследования и
область его применения.
6. Типы наследования признаков у человека
4. Менделирующие признаки у человека и их
характеристика.
5. Взаимодействие аллелей одно гена и его механизмы.
6. Моногенное наследование у человека.

4.

Достоинства человека как объекта для
генетических исследований :
1. Высокая численность доступных для
изучения популяций человека
2. Значительное число и разнообразие
известных у человека мутаций и
хромосомных аномалий
3. Высокий уровень изученности биохимии и
физиологии человека в норме и при
различных заболеваниях

5.

Недостатки человека как объекта для
генетических исследований:
а) невозможность целенаправленного подбора
родительских пар и экспериментальных браков;
б) низкая плодовитость;
в) высокая продолжительность жизни и, как следствие
–
медленная смена поколений;
г) большое число групп сцеплений- 23 и значительное
наследственное разнообразие;
д) большая фенотипическая изменчивость людей

6.

Методы изучения генетики человека
• Цитологический.
• На клеточном и субклеточном уровне с помощью светового и
электронного микроскопа изучаются материальные основы
наследственности (хромосомы, хроматин, ДНК).
• Цитогенетический.
• С помощью этого метода изучают кариотип человека (набор
хромосом), изменения в строении и количестве хромосом.
• Генеалогический.
• Метод основан на составлении родословных человека и
животных. Позволяет установить тип и характер наследования
признаков, дать прогноз появления потомства с теми или
иными признаками.
• Близнецовый.
• Основан на изучении близнецов (однояйцевых - монозиготных
и разнояйцовых - дизиготных), что позволяет выяснить влияние
среды на формирование признаков и оценить их
наследуемость.

7.

8.

279
251 221 197 198
176 163 148 140
143 148 142 118 107 100 104 88 86
72
66
45
48
163 51
Хромосомы человека (Мb оснований)

9.

В 1960 г. М Лион выдвинул гипотезу, согласно
которой одна из Х-хромосом в каждой
соматической клетке женщины
инактивируется. Этот процесс происходит на
ранних стадиях эмбрионального развития.

10.

Зигота
Ранние
клеточные
деления
Инактиваци
яХхромосомы
Тельце
Барра
Мозаичные
соматические
клетки
женщины
Процесс инактивации Ххромосомы

11.

Семейно-генеалогический метод основан на
изучении наследования признака в семьях на
протяжении ряда поколений.
Этот метод применим в том случае, когда сведения
об анализируемом признаке сохраняются в памяти у
членов обследуемых семей или в каких-то
документах.

12.

Условные обозначения при составлении родословных

13.

Аутосомно-доминантный тип
наследования: I - IV-число
поколений

14.

Семейно-генеалогический метод получил широкое применение в
разработке следующих теоретических и прикладных вопросов:
1. Установления наследственного характера признака
2. Определения типа наследования
3. Определения пенетрантности
4. Изучения сцепления генов и картирования
хромосом.
5. Исследования интенсивности мутационного
процесса.
6. Изучения взаимодействия генов.
7. Уточнения генетической природы патологических
состояний и составления прогнозов здоровья при
медико-генетическом консультировании

15.

Близнецы (сестры Диони)
Родились в 1934 году в Канаде.
Являются самыми известными
монозиготными близнецами,
дожившими до взрослого
возраста.

16.

• и
. 28 января 2016 года очаровательные девочки-пятерняшки
появились на свет. Им дали имена Тиффани, Пенелопа,
Беатрикс, Алли и Кейт. Фотограф из Австралии Эрин
Элизабет Хоскинс решила запечатлеть мамочку и ее
чудесных малышек.
• и
В августе 2015 года 26-летняя
австралийка Ким Туччи и ее муж
испытали, пожалуй, самое большое в
своей
жизни
удивление.
Так,
выяснилось,
что
женщина
вынашивает в утробе не одного или
двух, а целых пять малышей! К слову,
счастливая семейная пара на тот
момент уже являлась родителями
троих детей..

17.

• Популяционно-статистический.
• С помощью этого метода можно определить частоту
встречаемости различных аллелей данного гена в популяции,
что позволяет вычислить количество гетерозиготных
организмов и прогнозировать, таким образом, количество
особей с патологическим (мутантным) проявлением действия
гена.
• Биохимический.
• Используя биохимические методы, изучают экспрессию генов, а
также нарушения обмена веществ (белков, жиров, углеводов,
минеральных веществ, нуклеиновых кислот и нуклеотидов),
возникающие в результате генных мутаций.
• Молекулярно-генетические методы.
• Включают комплекс разнообразных методик, применяемых для
исследований ДНК, РНК и генетических механизмов синтеза
белков. Они позволяют определять нуклеотидную
последовательность ДНК генов, точно локализовать генные
мутации, выделять и размножать (клонировать) отдельные
фрагменты ДНК

18.

19.

У эукариот в основе наследования признаков
лежат процессы удвоения генетического
материала и распределения его в мейозе среди
половых клеток родителей с последующим их
слиянием в зиготе. Особенности протекания
указанных процессов, а также
фенотипического проявления наследственной
информации у разных организмов, во многом
определяют характерные для них типы и
варианты наследования признаков.

20.

Y-cцепленное

21.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ У
ЧЕЛОВЕКА
В зависимости от локализации генов в клетке выделяют
ядерное и цитоплазматическое наследование.
Ядерное наследование подразделяют на моногенное и
полигенное наследование.
Моногенное наследование, в зависимости от локализации
гена в хромосомах , а также характера взаимодействия
аллелей указанного гена подразделяют на следующие
варианты: аутосомное (аутосомно-доминантное и
аутосомно рецессивное) и сцепленное с полом: Хсцепленное ( доминанатное и рецессивное ) и Y-сцепленное
или голандрическое наследование..
В особую группу выделяют нетрадиционное наследование,
связанное с разным фенотипическим проявлением генов в
потомстве в зависимости от того по материнской или
мужской линии указанные гены передаются потомству. В

22.

Моногенными или менделирующими признаками
называются такие признаки, развитие которых
контролируется одним геном. Наследование
моногенных признаков, как правило, осуществляется
в соответствии с законами Менделя.

23.

Однако, следует иметь ввиду, что к формированию
сходных, хотя и не всегда полностью совпадающих
фенотипов могут приводить разные мутации одного
гена. Это явление получило название аллельной
гетерогенности.

24.

Причина муковисцидоза – мутация гена ,
кодирующего трансмембранный белок – переносчик
ионов хлора в эпителиальных клетках

25.

К формированию сходных фенотипических признаков
могут приводить мутации разных генов, что
обозначается понятием локусной гетерогенности.

26.

Выделяют следующие типы взаимодействия
аллелей одного гена:
1. Доминирование
2. Неполное доминирование, чаще всего проявляется у
человека
3. Сверхдоминирование
4. Кодоминирование
5. Плейотропный летальный эффект
6. Аллельное исключение

27.

При полном доминировании действие
одного аллеля гена полностью подавляет
действие другого аллеля, вследствие чего
фенотипы гетерозигот и доминантных
гомозигот не отличаются друг от друга
(наследование окраски семян гороха,
цвета глаз у человека и др.)

28.

P
♀ AA
Гаметы
х
♂aa
А
а
F1
Аа
F1
♀ Aa
Гаметы
А, а
F2
АА,
х
♂ Аa
А, а
Аа,
Аа,
аа
Расщепление по фенотипу 3: 1
Расщепление по генотипу 1:2:1

29.

В случае неполного доминирования
выражение признака у гетерозигот
имеет промежуточный характер по
отношению к его проявлению у
доминантных и рецессивных гомозигот (
наследование окраски цветов ночной
красавицы и др.)

30.

Наследование окраски ночной красавицы
АА
Х
P
G
аа
а
А
F1
Аа
Аа
F1
G
А,а
А,а
F2
АА
Аа
Аа
аа

31.

а- белый ; б-гималайский; в-шиншилла ; гагути

32.

Аллель Возможные генотипы
CA
C AC A
C AС ch
CAС h
С ch
С chС ch
СchС h
С chС а
Сh
СhСh
Са
С аС а
Сh С а
CA С а
Фенотип
Агути
тип)
(дикий
Шиншилла
Гималайский
Альбинос
Наследование окраски шерсти у кроликов

33.

Кодоминирование – взаимодействие
аллелей одного гена, при котором
каждый из них имеет свое
самостоятельное проявление. У
гетерозигот проявляются оба аллеля.

34.

Наследование групп крови человека по системе
АВО
Группа крови
Возможные
генотипы
Частота среди
населения
Европы (%)
I (0)
ii
46
II (А)
I A IA I A i
42
III (В)
I B IB II B i
9
IV (AB)
I A IB
3

35.

• Сверхдоминирование. Гетерозиготы фенотипически
отличаются от обеих гомозигот и характеризуются
промежуточным проявлением признака, а расщепление по
фенотипу всегда совпадает с расщеплением по генотипу
(наследование устойчивости к ржавчинным грибам у овса).
• Плейотропный летальный эффект. Присутствие двух
доминантных аллелей в генотипе приводит к гибели организма
до рождения (вылупления из яйца). Примером является
наследование окраски шерсти у лисиц и каракульских овец.

36.

Взаимодействие аллелей гена проявляется на разных
уровнях становления определяемых им признаков:
•молекулярном (структура белковой молекулы
фермента и др.);
• биохимическом (активность фермента и др.);
• организменном (например, болезнь, форма семян
гороха и др).

37.

На разных уровнях фенотипического
проявления признаков,
определяемых одним и тем же геном,
характер взаимодействия его
аллелей имеет свои особенности.

38.

Доминантный аллель гена, определяющий гладкую
форму семян гороха, кодирует фермент,
обеспечивающий превращение глюкозы в крахмал.
Рецессивный аллель гена, определяющий
морщинистую форму семян гороха, кодирует синтез белка,
лишенного ферментативной активности.
Поэтому в семенах гороха рецессивных гомозигот
накапливается глюкоза, в результате чего в них
повышается осмотическое давление и семена набухают.
При подсыхании таких семян их форма становится
морщинистой.

39.

Характер взаимодействия аллелей гена,
определяющего форму семян гороха, на разных
уровнях проявления признака.
Тип
взаимодействия
генов
Уровень
фенотипического
проявления
признака
Признак
Полное
доминирование
Организменный
Форма семян
гороха
Неполное
доминирование
Биохимический
Активность
фермента
Кодоминирование
Молекулярный
Структура
белковой
молекулы

40.

Многие рецессивные болезни обусловлены
недостаточностью ферментов, а аутосомно-доминантные недостаточностью структурных белков.
При рецессивных болезнях наличие одного нормального
аллеля оказывается достаточным для необходимой
функциональной активности генного продукта ( например,
осуществления метаболической реакции, ионного транспорта и
т.д.).
В случае доминантных заболеваний наличие лишь
одного нормального аллеля не обеспечивает необходимую
функциональную активность генного продукта, следствием чего
служит развитие болезни.

41.

При анализе родословных для аутосомно-доминантного
типа наследования характерны следующие особенности:
1. Признак обнаруживается в каждом поколении.
2. Редкий признак наследуется примерно половиной
детей (причина - гетерозиготность).
3. Потомки мужского и женского генотипа наследуют
одинаково часто.
4. Оба родителя в равной степени передают признак
детям.

42.

P
♀ Аа
G
А, а
F1
х
♂ аа
а
Аа
аа

43.

Аутосомно-доминантный тип
наследования: I - IV-число
поколений

44.

Родословная с аутосомно-доминантным типом наследования
признака ( угловой рост волос на лбу)

45.

Пенетрантность - вероятность появления
определенного фенотипа при данном генотипе. Если
пенетрантность меньше 100%, говорят о неполной
пенетрантности.
Неполная пенетрантность может быть
результатом межгенных взаимодействий или
воздействия факторов окружающей среды.

46.

В родословных, в которых прослеживается
наследование аутосомно-доминантного
заболевания, неполная пенетрантность гена,
вызывающего это заболевание, будет
проявляться так называемым пропуском
поколения

47.

Родословная семьи с наследованием признака
синдактилии (сращения костей между 3 и 4
пальцами кисти руки)

48.

Варьирующая экспрессивность - понятие,
определяющее изменчивость количественного
выражения признака у разных индивидуумовносителей соответствующего аллеля.

49.

При анализе родословных для аутосомно-рецессивного типа
наследования характерны следующие особенности:
1. При достаточном числе потомков признак может
отсутствовать в
поколении детей, но появляется в поколениях внуков.
2. Признак может развиться при его отсутствии у
родителей.
Вероятность его появления составляет 25%.
3. Признак наследуется всеми детьми, если оба родителя
его имеют.
4. Признак наследуется потомками мужского и женского
пола
одинаково часто.

50.

P
♀ Аа
G
А, а
F1
х
♂ Аа
А, а
АА Аа Аа аа

51.

Аутосомно-рецессивный тип наследования: I - IVчисло поколений

52.

Родословная с аутосомно-рецессивным типом наследования
признака ( прилегающая мочка уха)

53.

1
2
Особенности структуры Х – и Y- хромосом.
1-Х-хромосома; 2-Y- хромосома

54.

В Х –хромосоме человека содержится примерно
5% всей ДНК генома, что соответствует
примерно 160 млн пар оснований или 160 Мb и
локализуется более 500 генов.
В Y- хромосоме располагается 231 ген.

55.

В связи с особенностями структуры половых
хромосом человека все гены в них подразделяются
на три группы:
1 группа - гены, сцепленные с полом. В нее входят гены,
локализованные в той части Х хромосомы, которая не
имеет гомологичного участка в У- хромосоме. Они
полностью сцеплены с полом, передаются исключительно
через Х хромосому. Гены из этого участка, если они
контролируют доминантные признаки, одинаково
проявляются у обоих полов. Гены же определяющие
рецессивные признаки экспрессируются у женщин только
в гомозиготном состоянии, у мужчин- в гемизиготном
состоянии.

56.

2 группа - гены, сравнительно небольшая группа,
расположенных в участке Y- хромосомы, который
отсутствует в Х хромосоме. Признаки,
контролируемые этими генами, передаются от отца к
сыну.
3 группа - гены, расположенные в парном сегменте
половых хромосом и поэтому являющиеся общими,
как для X-, так и для Y- хромосомы. У представителей
обоих полов они могут переходить из одной
хромосомы в другую в результате кроссинговера.

57.

Родословная с Х-сцепленным доминантным типом
наследования( витамин Д резистентный рахит)

58.

Х- сцепленный доминантный тип наследования
• Генотипы больных - ♀Х АХ А или Х АХ а; ♂Х АY.
• Чаще болеют женщины, так как они могут унаследовать
патологический аллель как от отца, так и от матери, а мужчины
– только от матери.
• Больной отец передает патологический аллель 100% дочерей,
у которых заболевание проявится.
• Больная мать передает патологический аллель 100% детей,
если она гомозиготна и 50% детей независимо от пола, если
она гетерозиготна.
• От отца к сыну признаки не передаются!

59.

Х-сцепленный рецессивный тип наследования
а а
а
Генотипы больных - ♀Х Х ; ♂Х Y
Чаще болеют мужчины, так как достаточно того, чтобы их мать была
носителем.
Женщины болеют крайне редко, (больные девочки могут родиться
только в семье, где отец болен, а мать - носительница).
Больные мальчики обычно рождаются у здоровых родителей.
Больные девочки – у больного отца и матери-носительницы.
Больной отец передает патологический аллель 100% дочерей,
которые станут носительницами, если генотипически здорова мать.
Мать-носительница передает патологический аллель 50% детей
независимо от пола, причем мальчики будут болеть, а девочки станут
носительницами, если здоров отец.
От отца к сыну признаки не передаются!

60.

P
♀ ХН Х h
G
ХН , Х h
F1
х
♂ ХН Y
ХН , Y
Х H Х H Х H X h XH Y X h Y

61.

Родословная с Х- сцепленной рецессивной
гемофилией в европейских королевских домах

62.

У-сцепленный тип наследования
(голандрический)
• Признаки встречаются
только у мужчин
• Отец передает признак
всем своим сыновьям
• Генотипы больных ♂ХУG
Больной отец
передает
патологический аллель
100% сыновей, у
которых заболевание
проявится.