Что такое моногенное наследование

Обновлено: 25.06.2024

Генетические процессы являются определяющими в онтогенезе всех живых организмов. Индивидуальное развитие любого организма определяется его генотипом. Из поколения в поколение через половые клетки передается информация обо всех многообразных морфологических, физиологических и биохимических признаках, которые реализуются у потомков. Наследование – способ передачи наследственной информации в поколениях при половом размножении или бесполом.

Различают два основных типа наследования – моногенное и полигенное. При моногенном – признак контролируется одним геном, при полигенном – несколькими генами. Гены могут быть локализованы в аутосомах или половых хромосомах. Характер проявления гена может идти по доминантному или рецессивному пути (Рис. 5).

Гены могут быть локализованы в разных хромосомах или хромосомы представляют группу сцепления генов, поэтому наследование может быть: независимое, сцепленное и неполностью сцепленное.

Рис. 5 — Типы и варианты наследования признаков

Основные процессы, характеризующие закономерности наследования:

2) независимое распределение хромосом при гаметогенезе и их случайное сочетание при оплодотворении.

3) генный контроль в процессе онтогенеза.

Мендель положил в основу совершенно новый принцип исследования отдельных пар признаков в потомстве скрещиваемых организмов одного вида, отличающихся по 1, 2, 3 парам контрастных (альтернативных) признаков, который был назван гибридологическим методом. Особенности этого метода заключаются в использовании определенных принципов:

1. Скрещиваемые родительские пары должны быть чистыми линиями (гомозиготными).

2. В каждом поколении необходимо вести учет отдельно по каждой паре альтернативных признаков, без учета других различий между скрещиваемыми организмами.

3. Использование количественного учета гибридных организмов, различающихся по отдельным парам альтернативных признаков в ряду последовательных поколений.

4. Применение индивидуального анализа потомства от каждого гибридного организма.

Мендель предложил обозначить наследственные задатки (гены) буквами латинского алфавита. Гены, от которых зависит развитие альтернативного признака, принято называть аллеломорфными или аллельными. Аллельные гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом. Каждый ген может иметь два состояния – доминантноеи рецессивное. Явление преобладания у потомка первого поколения признака одного из родителей Мендель назвал доминированием. Признак, подавляемый у гибрида, получил название рецессивного. Доминантный ген принято обозначать большой буквой латинского алфавита (А), а рецессивный – малой (а). Организмы, имеющие одинаковые аллели одного гена, например, обе доминантные (АА) или обе рецессивные (аа) называются гомозиготами. Организмы, имеющие разные аллели одного гена – одну доминантную, другую рецессивную (Аа) называют гетерозиготными, или гетерозиготами.

Если же организм имеет только один аллель гена, то тогда говорят, что такой организм гемизиготный. При написании схемы скрещивания принято на первом месте ставить женский организм, на втором месте – мужской. Скрещивание обозначают знаком умножения (х). Родительские особи записываются в первой строчке и обозначаются буквой "Р". Гаметы, которые образуют родители, записываются во второй строчке и обозначаются буквой "G", а образующееся потомство – в третьей. Его называют гибридами и обозначают буквой "F" с цифровым индексом, соответствующим порядковому номеру гибридного поколения.

Скрещивание особей по одному альтернативному признаку называется моногибридным.

Первый закон Менделя – закон единообразия гибридов 1-го поколения или доминирования: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все гибриды первого поколения единообразны как по генотипу, так и по фенотипу.

На основании изучения гибридов 2-го поколения Менделем был сформулирован второй закон –расщепления: при скрещивании двух гетерозиготных особей (т.е. гибридов), анализируемых по одной альтернативной паре признаков, в потомстве ожидается расщепление по фенотипу в отношении 3:1 (три части с доминантными признаками и одна – с рецессивным) и по генотипу 1:2:1 (одна часть доминантных гомозигот, две части гетерозигот и одна часть рецессивных гомозигот).

Причиной не смешивания генов у гетерозигот является нахождение их в разных хромосомах. В результате мейоза при гаметогенезе хромосомы с разными генами попадают в разные гаметы.

Для дигибридного скрещивания Мендель взял гомозиготные организмы, различающиеся одновременно по двум парам альтернативных признаков. Гибриды первого поколения оказались единообразными по обоим доминантным признакам, а при анализе наследования признаков во втором поколении (F₂) оказалось, что наблюдается независимое (свободное) комбинирование пар признаков.

Ген	Признак	Генотип	P: ♀ AaBb x ♂ AaBb G: AB Ab AB Ab aB ab aB ab F₂: Расщепление по фенотипическому радикалу. 9А-В-; 3А-bb; 3ааВ-; 1ааbb
А	желтый	АА, Аа
а	зеленый	Аа
B	гладкий	BB, Bb
b	морщинистый	Bb

Этот вывод получил название третьего закона Менделя, которое формулируется следующим образом: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя или более парами альтернативных признаков, во втором поколении отмечается независимое комбинирование по каждой паре признаков, а так же появляются комбинации признаков не свойственные родительским особям.

Скрещивание особей по двум и более альтернативным признакам называется ди- и полигибридным скрещиванием.

Общая формула для дигибридного скрещивания: (3:1) 2

Для полигибридного скрещивания – (3:1) n

Фенотипический радикал – это та часть генотипа организма, которая определяет его фенотип.

Как и всякие законы природы, являясь универсальными, законы Менделя могут проявляться лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующему:

1. Гены разных аллельных пар должны находится в негомологичных хромосомах.

2. Полное доминирование признаков независимо от условий развития организма.

3. Равновероятное образование гамет всех типов.

4. Равновероятное сочетание гамет при оплодотворении.

5. Равная жизнеспособность зигот всех генотипов.

Отклонение от ожидаемого расщепления по законам Менделя вызывают летальные гены. Так при скрещивании двух гетерозигот Аа, вместо ожидаемого расщепления 3:1, можно получить 2:1, если гомозиготы ААпо какой-либо причине – нежизнеспособны. Так у человека наследуется доминантный ген брахидактилии (короткие пальцы). У гетерозигот наблюдается патология, а гомозиготы по этому гену погибают на ранних стадиях эмбриогенеза. Гетерозиготы по гену серповидно-клеточной анемии (Ss) жизнеспособны, а гомозиготы погибают (SS).

Известно более 2000 наследственных болезней и аномалий развития, которые в той или иной степени подчиняются законам Менделя. Они изучаются на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях. К их числу относится ряд тяжелых заболеваний нервной системы (шизофрения, эпилепсия), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия), нарушения обмена веществ (фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм). Изучение причин этих заболеваний, их ранняя диагностика позволяет успешно разрабатывать методы предупреждения их развития. Медицинская генетика имеет надежные методы диагностики и идентификации наследственных заболеваний.

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.

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

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

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.

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)

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.

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

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.

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

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

• 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..

• 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

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.

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

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

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.

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

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

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

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.)

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

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.)

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

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

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

• 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.

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).

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

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.

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

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.

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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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!

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!

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.

Типы наследования – это совокупность механизмов, по которым организм наследует тот или иной признак. Типы наследования бывают разными и даже по-разносу могут проявляться у разных организмов. Всего учёные выделяют 7 основных типов наследования. Впервые основы наследования признаков были описаны Грегором Менделем.

Грегор Мендель, сам того не зная, внес огромный вклад в становление будущей науки – генетики, благодаря которой сегодня у нас есть возможность предотвращать и даже лечить тяжелейшие болезни, спасая жизнь миллионам людей по всему миру.

Генетика – это наука, которая изучает гены, генные последовательности и их модификации, а также механизмы передачи и наследования генов. Эта наука является относительной молодой. Бурное развитие она получила в течение последних двадцати лет. Тем не менее, уже видны заметные результаты в этой области и учёные-генетики не намерены останавливаться.

Благодаря генетике удалось подробнее изучить некоторые врожденные заболевания, определить, почему организм реагирует на то или иное вещество, болезнь так, а не иначе. Самое главное – изучение генетики даёт нам возможность бороться с тяжелыми заболеваниями, особенно – наследственными и врожденными. Чтобы изучать наследственные болезни, необходимо для начала знать все о типах наследования.

Какие бывают типы наследования

Существует несколько основных типов наследования.

В настоящее время учёные выделяют следующие типы наследования:

Аутосомно-доминантный тип наследования.
Аутосомно-рецесссивный тип наследования.
Наследование признаков, сцепленное с полом, которое подразделяется на рецессивное и доминантное.
Голандрический тип наследования.
Митохондриальное наследование.

Каждый из них обладает своими механизмами и особенностями наследования.Каждый признак может передаваться только одним способом. Типы наследования зависят от расположения аллельного гена- в аутосомной или половой хромосоме, а также от того, какой является аллель – рецессивной или доминантной.

Особенности типов наследования

Если один признак определяется большим количеством признаков, наследование является полигенным. Такие признаки считаются “неменделирующими”. Самым ярким примером является наследование групп крови по системе АВ0. Они не поддаются классическим законам наследования, описанных Грегором Менделем.

Особенностью этого типа наследия является тот факт, что потомки могут получить ту же группу крови, что и у родителей или же группа крови будет совсем другая. Также, признаки, которые не подаются законам Менделя, могут влиять друг на друга. Например, ученым удалось четко определить взаимосвязь между группами крови и физическими способностями человека, особенно, мужского пола.

Доминантный тип наследования

Доминантный тип наследования проявляется при моногенном независимом наследовании. Доминантный ген при таком типе наследования расположен в главной аллели. При доминантном типе наследования одна аллель сохраняется в нормальном состоянии, а одна – в изменённом. Измененная аллель подавляет обычную.

При доминантном типе наследования признак будет наблюдаться практически в каждом поколении. Всего на сегодняшний день выявлено около 1200 генов, которые наследуются по данному типу. К ним относятся такие признаки, как наследование карих глаз, волос не рыжего цвета, большие глаза, наличие веснушек и др.

Рецессивный тип наследования

Гены, которые передаются при данном типе наследования находятся в аутосомах, то есть, соматических хромосомах. Обнаружено более 900 признаков, которые так передаются. Большинство из являются скрытыми, так как не проявляются на протяжении жизни. Люди, у которых есть один рецессивный ген, являются носителями гена и при этом, не проявляясь признаков.

Вот некоторые примеры рецессивных генов: короткие ресницы, дальтонизм – или нарушение нормального цветового восприятия окружающего мира, светлые глаза и прямые волосы и др.

Аутосомно-доминантный тип наследования

Данный тип наследования отличается некоторыми особенностями:

Если есть большое количество потомков, то признак проявится в каждом поколении, в том числе и тот признак, который отвечает за развитие болезней и патологий.
Если в поколении встречается редкий доминантный признак, то с большой вероятностью он встретится у половины детей.
Нет разницы между частотой наследования доминантного признака среди мужчин и женщин.
Наследование зависит от обоих родителей – каждый родитель может передать своим детям доминантный признак.

Иногда доминантные признаки могут проявляться через поколение, например, у дедушек и бабушек, а потом у внуков.

Вот некоторые заболевания и аномалии, которые передаются таким путём: большее количество пальцев на руках – полидактилия, ахондроплазия и др.

Аутосомно-рецессивный тип наследования

У этого типа наследования есть ряд особенностей.

Появление признака в поколениях

В отличие от доминантного признака, даже несмотря на большое количество потомков, признак может не проявляться в поколениях и долгое время мутации будут оставаться незамеченными, а люди даже и не будут знать, что являются носителями какой-то аномалии, пусть даже и неопасной.

Проявление у детей в отсутствие признака у родителей

Такое тоже случается. Иногда, мутация может появиться спонтанно и рецессивный ген проявится, даже если у родителей ребёнка его не было. Такое встречается в 25 процентах случаев.

Наследование признака от носителей

Если у обоих родителей есть данный признак и они являются носителями, то у всех детей 100% будет данный рецессивный признак. Оба родителя являются гетерозиготами, содержат один нормальный аллель и один рецессивный. У детей высокий риск получить этот ген и в итоге все они ее получают. Поэтому раньше было такое количество наследственных и врожденных заболеваний. Если происходят браки с близкими родственниками и в этих браках рождаются дети, велика вероятность того, что у двух носителей родится больной ребёнок с гомозиготным генотипом.

Для ясности возьмём гемофилию. Если у ребенка мать является носителем мутации в гене, вызывающем гемофилию, а отец болен – у ребёнка 100% будет гемофилия. Девочке с таким диагнозом выжить не удасться, а мальчик будет тяжело страдать от данного заболевания. Такую ситуацию можно проследить и в царских семьях России в известной империи Романовых.

Если признак есть только у одного родителя, то он появится только у половины потомства, так как у другого родителя аллели не содержат мутаций.

Распространённость того или иного рецессивного признака варьирует в зависимости от национальности и этнических групп. Высока встречаемость этих признаков в семьях с кровными браками.

Если один из родителей знает, что у него в семье были случаи заболеваний, связанных с рецессивным типом наследования, необходимо пройти диагностику. Диагностика поможет определить заболевание у ребёнка на ранней стадии или поможет тщательно спланировать беременность.

Митохондриальное наследование

Часть генетической информации содержится не только в ядре клеток, но и в митохондриях. Митохондрии являются важными клеточными органеллами с собственной ДНК. Вся митохондриальная ДНК наследуется от матери. Митохондриальная ДНК есть и у сперматозоида, но после завершения процесса оплодотворения, она просто разрушается. Учёные даже обнаружили, что в сперматозоидах митохондриальная ДНК помечена специальным белком, из-за чего защитные клетки организма быстро распознают ее и уничтожают.

ДНК митохондрий не является стабильной и очень быстро изменятся и мутирует. Изучение митохондриальной ДНК является хорошим способом отслеживания эволюционных процессов разных видов. Митохондриальное наследование также изучается для того, чтобы иметь возможность идентифицировать людей. Именно в этой доле генетического материала содержится большое количество уникальных белков и молекул, который позволяют провести полную и тщательную идентификацию человека.

Но к сожалению, и тут часто возникают мутации и возникают заболевания. Учёные в настоящее время работают над тем, чтобы научиться заменять митохондриальную ДНК и тем самым, устранять митохондриальные болезни. К ним относятся: заболевания мозга, митохондриальный сахарный диабет, поражения печени. Каждый аллель может вызывать разные проявления у разных людей – у одного пострадает мозг, у другого – печень и тд. Также, мутации в митохондриях имеют свойство накапливаться и проявляться с новой силой в новых поколениях.

Ограниченный полом тип наследования

Это связано с тем, что у женщин – две Х-хромосомы и всегда есть ещё одна запасная, здоровая. А у мужчин Х-хромосома только одна и вероятность того, что там будет дефектный аллель – стремится к 100%. Девочка сможет заболеть или получить признак только в том случае, если дефектный ген есть и у отца, и у матери.

Признак перейдёт к ней от отца. Если наследование дефектного аллеля связано с Y-хромосомой, то болеть будут только мальчики. Ещё одна особенность в том, что даже если у родителей нет признаков, которые передаются сцеплено с полом, он все равно может появиться у детей. И вероятность такого явления довольно высока.

Голандрический тип наследования

Данный тип наследования связан с мужской половой хромосомой. В норме, на данной хромосоме расположены признаки, которые отвечают за развитие мужских половых органов, сперматозоидов. Если происходят мутации, они могут передаваться только от отца к сыну и все. На этой хромосоме расположено более 35 генов. Если какой-либо дефект определяет нарушение работы семенников или других желёз, мутации дальше не передаются, так как мужчина остаётся стерильным и не может иметь детей.

Посредством голандрического наследования передаются следующие признаки: чрезмерное оволосение ушных раковин и пальцев кистей, азооспермия, что приводит к бесплодию и др. Помимо этого, данным типом наследования могут передаваться и более серьёзные заболевания, например, ихтиоз. Прт этом кожа пациента выглядит как чешуя рыбы, он не может вести полноценную жизнь. Другие мутации при голандрическом типе наследования могут привести к раковым заболеваниям и различным дисфункциям.

В настоящее время выделяют три варианта наследования генов и признаков: моногенный и полигенный при традиционном (классическом) наследовании и вариант неклассического или нетрадиционного наследования.

Моногенное наследование основано на первом и втором законах наследственности. Оно подразумевает наследование одного гена (одной пары признаков) и относится к аллельным генам.

Полигенное наследование основано на третьем законе наследственности. Оно подразумевает наследование двух генов (пар признаков) и более и относится к неаллельным генам.

Нетрадиционное наследование есть наследование генов и признаков, выходящее за рамки моногенного и полигенного вариантов.

Моногенное наследование

Моногенное наследование нередко называют простым менделевским наследованием.

На основе представлений о диаллельной модели структуры гена наследование механизмов взаимодействия между отцовским и материнским геномами рассматривается отдельно для каждой аллельной и неаллельной пары.

Типы моногенного наследования

В рамках моногенного наследования выделяют:

• аутосомно-доминантный тип (на одной из двух аутосом расположен доминантный ген);

• аутосомно-рецессивный тип (на одной из двух аутосом расположен рецессивный ген);

• Х-сцепленный доминантный тип (на Х-хромосоме расположен доминантный ген);

• Х-сцепленный рецессивный тип (на Х-хромосоме расположен рецессивный ген);

• Y-сцепленный тип или голандрическое наследование (ген расположен на Y-хромосоме).

В последние годы получен ряд данных о наследовании, сцепленном с Х- и Y-хромосомами, на которых локализованы соответственно

На рис. 20 приведена карта X-хромосомы и ряд сцепленных с ее локусами доминантных и рецессивных заболеваний.

В качестве примеров Х-сцепленных доминантных фенотипов следует привести редко встречающиеся заболевания: витамин D-резистентный рахит или гипофосфатемия (Хр22.2); синдром недержания пигмента, тип I (Xp11.1) и тип II (Xq28).

Примеры наиболее распространенных заболеваний, наследуемых по Х-сцепленному рецессивному типу: гемолитическая анемия (Xq21.2 или Xq28), гемофилия А (Xq28.2) и В (Xq27.2), миодистрофия Дюшенна-Беккера (Xp21.2), синдромы Леша-Найяна (Xq26.2),

Лоу (Xq25.2), Менкеса (Xp11.1), Мартина-Белл (Xq27.2 или Xq27.3),

точечная хондродисплазия Конради-Хюнерманна (Хр22.2), пигментный ретинит (Xp21.2-21.3; Xp22).

На рис. 21 приведено схематическое изображение локусов Y-хромосомы, в которых расположены гены, формирующие мужской пол, и гены, обусловливающие мужское бесплодие.

В качестве примеров заболеваний, сцепленных с Y-хромосомой, следует привести нарушения дифференцировки пола, формы мужского бесплодия в виде азооспермии (Yp — фактор 2; Yq11 — фактор 1), гонадобластому и др. Всего на схеме выделены гены, ответственные за семь таких заболеваний.

Кроме того, моногенное наследование может быть не только сцеплено с полом (Х- или Y-хромосомой), но и ограничено полом.

Например, ген плешивости проявляется у мужчин (доминантный эффект) и почти не проявляется у женщин (рецессивный эффект).

Критерии моногенного наследования

• заболевание регулярно передается из поколения в поколение без пропусков, т.е. прослеживается в родословной по вертикали, кроме случаев мутаций de novo (см. главу 5);

Рис. 21. Схематическое изображение Y-хромосомы (по GenBank, 2003)

• риск рождения больного ребенка, если болен один из родителей, составляет 50\%;

• здоровые индивиды имеют здоровых потомков;

• у больного индивида болен один из родителей, кроме случаев новой мутации;

• оба пола поражаются с одинаковой частотой. Аутосомно-рецессивный тип:

• родители больного пробанда (лицо, обратившееся за консультацией к врачу-генетику) здоровы, но аналогичное заболевание обнаруживается у родных, двоюродных и троюродных сибсов пробанда (его братья и сестры), т.е. прослеживается в родословной по горизонтали (в одном поколении);

• у больного родителя рождаются здоровые дети;

• риск рождения больного ребенка равен 25\% (соотношение больных и здоровых лиц составляет 1:4);

• в случае кровнородственных браков между родителями больного пробанда наблюдается увеличение числа больных родственников в родословной.

Х-сцепленный доминантный тип:

• у больного пробанда обязательно болен один из родителей;

• у больного отца все дочери больны, а сыновья здоровы;

• у больной матери рождение больной дочери и больного сына одинаково вероятно;

• у здоровых родителей все дети будут здоровы;

• больных женщин в 2 раза больше, чем больных мужчин. Х-сцепленный рецессивный тип:

• заболевание наблюдается у мужчин — родственников больного пробанда по материнской линии;

• сыновья не наследуют заболевание отца;

• у больного отца все дочери здоровы и являются гетерозиготными носителями гена болезни отца;

• если женщина — гетерозиготный носитель гена болезни, то половина ее сыновей будут больны, а все дочери здоровы; причем половина дочерей также станут гетерозиготными носителями гена болезни.

Критерии голандрического наследования пока не разработаны. В последние годы у человека выделен ряд сложно наследуемых моногенных и полигенных болезней:

• дигенные болезни — рак грудной железы (две генокопии: гены ВRС1 и ВRС2);

• тригенные болезни — синдром Барде-Бидля (3 генокопии: гены ВВS1, ВВS2 и ВВS30);

• четырехгенные — пятигенные болезни: болезнь Альцгеймера (обусловлена четырьмя генокопиями: PS1, PS2, PS3 и PS4, а также геном прионного белка, см. главу 29);

Полигенное наследование

Полигенное наследование нередко называют мультигенным или мультифакториальным, имея в виду наследование одновременно не одного, а нескольких определенных генов, проявляющих свое

действие в специфических условиях окружающей среды, при наличии провоцирующих внешних факторов, как правило, усиливающих индивидуальное действие генов, эффект которых суммируется (аддитивное действие).

Критерии полигенного наследования (всего 5) систематизированы в 1969 г. К. Картером, а спустя 20 лет их дополнили (еще два) Ф. Фогель и А. Мотульски (1989).

Критерии полигенного наследования

Риск развития мультифакториального признака (заболевания) определяют следующие факторы.

• Наследуемость признака или болезни. Чем выше наследуемость признака или заболевания (чем больше унаследовано генов, за него ответственных), тем выше риск его развития у здоровых родственников. Наследуемость признака (заболевания) — это степень влияния на формирование данного признака (заболевания) наследственных факторов в сравнении с таковой факторов среды. Наследуемость выражается в абсолютных цифрах (от нуля до единицы) или процентах при помощи коэффициента h2 или Кн, который рассчитывается по формуле: Кн = G/Е x 100\%, где Кн — коэффициент наследования, G — наследственные факторы, Е — факторы окружающей среды. В таблице 4 приведены значения ряда коэффициентов наследования мультифакториальных признаков и заболеваний.

Таблица 4. Коэффициенты наследования мультифакториальных признаков и заболеваний

Название патологии

Кн \%

Расщелина губы и нёба

Дефекты невральной трубки

Изолированный врожденный порок сердца

• Степень выраженности признака или тяжесть течения болезни у пробанда. Чем сильнее выражен признак или тяжелее протекает

заболевание у больного родственника, тем выше риск его развития у здоровых родственников.

• Общность генов у пробанда и его родственников (или близкая степень родства с больным родственником). Чем больше общих генов у больного и его родственников, тем выше риск развития у последних признака или заболевания. Например, популяционная частота псориаза составляет 0,75\%. У родственников I степени родства частота его развития — 5,6\%, у родственников II степени родства — 3,0-3,5\%, у родственников III степени родства — 1,75\%, у родственников IV степени родства — 0,75\%.

• Редко поражаемый пол. Мультифакториальный признак или заболевание проявляется чаще у лиц редко поражаемого пола (критерий, названный эффектом Картера). Например, врожденный пилоростеноз у мальчиков встречается в 2-5 раз чаще, чем у девочек, т.е. в данном случае женский пол — редко поражаемый пол. Однако частота этой болезни у будущих детей пораженных пилоростенозом девочек достигнет 10-20\%, тогда как у будущих детей пораженных пилоростенозом мальчиков — только 2-6\%. Другой пример — язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, как правило, проявляющаяся у лиц мужского пола и гораздо реже — у лиц женского пола. Однако ее частота у детей больной женщины выше, чем у детей больного мужчины.

• Число больных родственников. Чем больше в родословной родственников, имеющих мультифакториальный признак или заболевание, тем выше риск его развития у потомков (табл. 5).

Таблица 5. Риск развития мультифакториального признака или заболевания у пробанда в зависимости от числа его больных родственников

Название патологии

Число больных и риск болезни

Врожденный порок сердца:

дефект межжелудочковой перегородки

Дефекты невральной трубки

Инсулинзависимый сахарный диабет

Общий риск для детей, если их родители здоровы, составляет 5-10\%; если болен один из родителей — 10-20\%; если больны оба родителя — до 40\%;

Дополнительные критерии

• Близнецовый критерий . Если конкордантность (сходство) монозиготных близнецов по какому-то признаку или заболеванию в 4 раза выше конкордантности у дизиготных близнецов, то этот признак или заболевание наследуется по полигенному варианту.

• Критерий сегрегационного отношения пораженных сибсов в семьях с одним больным или двумя здоровыми родителями. Если доля больных сибсов в семьях с одним больным родителем выше в 2,5 раза (и более), чем доля больных сибсов в семьях с двумя здоровыми родителями, то особенно вероятен полигенный вариант наследования. Если указанное соотношение меньше 2,5, то полигенное наследование также не исключено.

Однако классические варианты наследования генов и признаков имеют место лишь в меньшей части всех случаев такого наследования, тогда как почти 2/3 из них — нетрадиционные варианты.

Нетрадиционное наследование

Нетрадиционное наследование отмечается при многих наследственных болезнях человека. В последние годы к ним отнесены ранее плохо изученные или вообще неизвестные заболевания 6 классов: болезни накопления (44 нозологии; см. главу 21); пероксисомные болезни (17 нозологий; см. главу 26); митохондриальные болезни (выделено свыше 200 нозологий, предполагается наличие еще около 1150; см. главу 26); болезни импринтинга (выделены 24 нозологии; см. главу 28); болезни экспансии числа нуклеотидных повторов (27 нозологий; см. главу 27); прионные болезни (9 нозологий; см. главу 29).

В целом на долю болезней нетрадиционного наследования приходится 321 нозологическая единица (без учета 1150 митохондриальных болезней). При наследовании заболеваний первых трех классов речь идет о материнском наследовании, т.к. лизосомы, митохондрии и пероксисомы, являясь цитоплазматическими структурами соматических клеток, наследуются исключительно по линии мать-дочь и никогда не передаются по линиям мать-сын, отец-сын или отец-дочь, что обусловлено биологическим матриархатом (см. главы 5 и 12).

Обычно все копии мтДНК идентичны между собой (гомоплазия). В случаях, когда в мтДНК возникают мутации (их частота в 10 раз чаще, чем в ядерной ДНК), возможно наличие в одной клетке двух типов мтДНК (гетероплазия), и тогда процесс распространения мутантной и нормальной мтДНК называется репликативной сегрегацией (см. главу 2).

В случае болезней импринтинга или эпигеномного выключения из экспрессии локусов хромосом одного из родителей (см. выше) фенотипические проявления действия гена могут меняться в результате трех причин: делеция гена (генетический импринтинг), однородительская изодисомия (хромосомный импринтинг) и нарушение генной экспрессии в центре импринтинга.

Генетический импринтинг основан на механизме специфического метилирования цитозиновых оснований молекулы ДНК, выключающем транскрипцию гена (см. главу 28).

В настоящее время предполагается существование около 200 генов, подверженных такому импринтингу и имеющих тканеспецифическую моноаллельную экспрессию, а также обнаружены три кластера генов, локализованных в критических областях хромосом (7q32, 11р15 и 15q11.2-q13) и оказывающих прямое влияние на развитие наследственной патологии по такому механизму, в том числе опухолей.

Геномный импринтинг основан на однородительской изодисомии по конкретной хромосоме либо материнского, либо отцовского происхождения. Он наблюдается при ряде наследственных и врожденных заболеваний, таких, как: синдромы Ангельмана (причина — однородительская изодисомия по отцовской хромосоме 15) и Прадера-Вилли (изодисомия по материнской хромосоме 15); транзиторный неонатальный сахарный диабет (отцовская хромосома 6); синдром Сильвера-Рассела (материнская хромосома 7); синдром

Беквитта-Видемана (отцовская хромосома 11); задержка физического и моторного развития, гипотония и преждевременное половое развитие (материнская хромосома 14); задержка внутриутробного развития (ЗВУР) плода (материнская хромосома 7), а также ЗВУР с ограниченным плацентарным мозаицизмом (материнская хромосома 16).

Эффект геномного импринтинга имеет место также при пузырном заносе. Отмечены 4 типа нарушений:

• андрогенез или двойной набор хромосом (2n): два сперматозоида с Х-хромосомами и яйцеклетка без ядра;

• гиногенез или двойной набор хромосом (2n): яйцеклетка с двойным набором хромосом, сперматозоиды не участвуют в оплодотворении;

• андроид или тройной набор хромосом (3n): 2 отцовских и 1 материнская;

• гиноид или тройной набор хромосом (3n): 2 материнские и 1 отцовская.

Импринтинг в результате ошибок генной экспрессии в центре импринтинга

происходит также при синдромах Ангельмана и Прадера-Вилли. Он обусловлен тем, что оба родителя передают больному потомку гены, несущие их специфические свойства, т.е. гены отца и матери активированы или супрессированы у потомка по-разному (так называемые импринтированные гены). Причем по линии как матери, так и отца наследуются именно родительские нарушения генной экспрессии в центре импринтинга.

В настоящее время выделено не менее 60 импринтированных генов (или их транскриптов) на 1, 5-7, 11, 13, 15, 19 и 20 аутосомах и Х-хромосоме.

Следует отметить, что при синдромах Ангельмана и Прадера- Вилли также обнаружены близко расположенные, но противоположно импринтированные гены. Их назвали генами-кандидатами заболеваний (в семьях с повторными случаями этих синдромов). Причем геныкандидаты синдрома Ангельмана экспрессировались исключительно на материнской хромосоме, но репрессировались на отцовской хромосоме, тогда как гены-кандидаты синдрома Прадера-Вилли экспрессировались на отцовской хромосоме, но репрессировались на материнской хромосоме (см. главу 28).

Таким образом, импринтинг есть результат качественных, а не количественных изменений наследственного материала.

В конце XX в. выделили также ранее неизвестный класс болезней с нетрадиционным наследованием — болезней экспансии нуклео-

Параллельно с экспансией в каждом последующем поколении нарастает тяжесть течения заболевания — антиципация.

Читайте также: