Как происходит наследование при гетерогаметности мужского пола

Обновлено: 04.07.2024

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы строения половых хромосом и хромосомных механизмов определения пола.

I. Проверка знаний

1. Работа по карточкам.

№ 1. Про всякий ли аллель можно определенно сказать доминантный он или рецессивный? Ответ поясните примерами.

№ 2. Перечислите причины, которые могут вызвать расщепление по фенотипу, отличающееся от расщепления, которое предсказывается законами Менделя.

№ 3. При нагревании ДНК, как и белки, денатурирует. Как вы думаете, что при этом происходит с двойной спиралью?

№ 4. Почему число групп сцепления у разных организмов разное?

№ 5. Всегда ли кроссинговер приводит к возникновению новой комбинации генетического материала?

2. Устная проверка знаний по вопросам:

• положения хромосомной теории наследственности;
• цитоплазматическая (внехромосомная) наследственность.

II. Изучение нового материала

Аутосомы и половые хромосомы

В первые годы XX в. некоторые гистологи, изучая число хромосом у разных видов животных, обнаружили, что у некоторых видов имеется два типа сперматозоидов с разным числом хромосом. В 1902 г. американский биолог К.Мак-Кланг впервые высказал гипотезу, что пол организма может определяться его хромосомным набором. Эта гипотеза была развита и проверена американским цитологом Вильсоном. В работах 1905–1906 гг. он показал, что у самцов и самок может быть разное число хромосом или они имеют пару хромосом разной формы.

Этот вопрос был детально изучен на плодовой мушке дрозофиле. В 1910 г. американские генетики Т.Морган и его сотрудники А.Стертевант, К.Бриджес и Г.Меллер установили роль хромосом в определении пола у этой мушки. Оказалось, что у дрозофил три пары хромосом не имеют отношения к определению пола. Такие хромосомы называют соматическими хромосомами, или аутосомами. А четвертая пара тесно связана с определением пола, входящие в нее хромосомы называют половыми.

Половые хромосомы оказались двух типов: длинные палочковидные, которые назвали X-хромосомами, и изогнутые, которые назвали Y-хромосомами. Их сочетание и определяло пол мухи. Если в зиготу попадало две X-хромосомы, то такая зигота давала самку. Если же в зиготу попадали X-хромосома и Y-хромосома, то развивался самец. Яйцеклетки всегда имели X-хромосому, а сперматозоиды были двух типов: с Y-хромосомой и X-хромосомой. Если сперматозоиды обоих типов одинаково эффективны (сливаются с яйцеклетками одинаково часто и при этом возникают одинаково жизнеспособные зиготы), то число самцов и самок в потомстве получается одинаковым.

Хромосомное определение пола

Рис. 1. Схема определения пола у дрозофилы

Чаще всего пол определяется именно в момент оплодотворения (сингамное определение пола). У дрозофилы все яйцеклетки несут X-хромосому, поэтому женский пол в данном случае является гомогаметным. Мужской пол у дрозофил – гетерогаметный, так как он образует два типа гамет – 50% гамет несет X-хромосому, а 50% – Y-хромосому (рис. 1).

У человека 44 аутосомы и 2 половые хромосомы, хромосомный набор мужчины – (44А + XY), женщины – (44А + XX). Гетерогаметным полом у человека является мужской пол.

Существует пять основных типов хромосомного определения пола.

1. Мужская гетерогаметность: 50% мужских гамет несут X-хромосому, 50% – Y-хромосому (мле-
копитающие, моллюски, иглокожие, нематоды, двукрылые, жуки, клопы).

2. Мужская гетерогаметность: 50% мужских гамет несут X-хромосому, 50% – не имеют половой хромосомы (X0) (бабочки, многоножки, пауки, кузнечики).

3. Женская гетерогаметность: 50% женских гамет несут Z-хромосому, 50% – W-хромосому (птицы, пресмыкающиеся, хвостатые амфибии, шелкопряд).

4. Женская гетерогаметность: 50% женских гамет несут Z-хромосому, 50% – не имеют половой хромосомы (Z0) (моль).

5. Определение пола по плодности: у пчел, муравьев нет половых хромосом: самки диплоидны и развиваются из неоплодотворенных яиц. Правда, гаплоидность характерна только клеткам зародышевого пути, тогда как соматические клетки диплоидны.

Другие механизмы определения пола

Как уже было сказано выше, у большинства организмов пол определяется в момент оплодотворения. Но этот механизм определения пола не является единственным. Помимо сингамного определения пола в природе также встречаются:

• прогамное определение пола – определение пола до оплодотворения, при котором пол будущей особи зависит от того, какие именно яйца (из возможных двух сортов) – крупные, богатые цитоплазмой, или мелкие, бедные цитоплазмой производят самки. После оплодотворения первые развиваются в самок, а вторые – в самцов (некоторые черви, коловратки);

• эпигамное, или фенотипическое, определение пола – определение пола после оплодотворения в ходе онтогенеза под влиянием внешних факторов (пол крокодильчиков, которые выводятся из яиц, зависит от температуры, при которой развиваются яйца: чем выше эта температура, тем больше выводится самок).

Наследование генов, сцепленных с полом

Признаки, гены которых локализованы в негомологичных участках половых хромосом, называются сцепленными с полом.

В половых хромосомах можно выделить гомологичные и негомологичные участки. Особенно большими по размерам негомологичными участками обладает X-хромосома (рис. 2). Гены гомологичных участков ведут себя так же, как и любые другие гены. Для многих же участков X-хромосомы соответствующих участков в Y-хромосоме нет, находящиеся здесь гены и называются сцепленными с полом (небольшой негомологичный участок есть и в Y-хромосоме, у человека он содержит всего 11 генов).

Рис. 2

III. Закрепление знаний

1. Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

X H – норма
X h – гемофилия

Ответ: все девочки, родившиеся в этой семье, будут здоровыми; рождение больных гемофилией и здоровых мальчиков равновероятно.

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника (аутосомы и половые хромосомы, хромосомный и другие механизмы определения пола, наследование признаков, сцепленных с полом).

Решить задачи после параграфа учебника.

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы, иллюстрирующие строение половых хромосом и хромосомные механизмы определения пола.

I. Проверка знаний

1. Работа по карточкам.

№ 2. Почему в случае сцепленного с полом наследования расщепление обнаруживается уже в первом поколении?

Устная проверка знаний по вопросам:

• аутосомы и половые хромосомы;
• хромосомное определение пола;
• прогамное и эпигамное определение пола;
• наследование признаков, сцепленных с полом.

Проверка решения задач из учебника.

II. Решение задач в классе

Задача № 1. Какое потомство в F₁ и F₂ можно получить от скрещивания белоглазой длиннокрылой самки с красноглазым короткокрылым самцом, если у дрозофилы окраска глаз сцеплена с полом, а длина крыльев не сцеплена? (Длинные крылья и красные глаза – признаки доминантные.)

X А – красные глаза
X а – белые глаза
В – длинные крылья
b – короткие крылья

F₁ – ♀ XАXаВb (кр. дл.); ♂ XаYВb (бел. дл.).

F₂ – ♀ – 3 красные, длиннокрылые: 3 белые, длиннокрылые: 1 красные, короткокрылые: 1 белые, короткокрылые; ♂ – 3 красные, длиннокрылые: 3 белые, длиннокрылые: 1 красные, короткокрылые: 1 белые, короткокрылые.

Задача № 2. Юноша, не страдающий отсутствием потовых желез, женился на девушке, отец которой лишен потовых желез, а мать и ее предки здоровы. Какова вероятность того, что сыновья и дочери от этого брака будут страдать отсутствием потовых желез? (Отсутствие потовых желез у людей передается по наследству как рецессивный, сцепленный с Х-хромосомой признак.)

X А – потовые железы
X а – отсутствие потовых желез

Девушка, вступающая в брак, по гену отсутствия потовых желез будет гетерозиготной, так как она получила от своего отца Х-хромосому, в которой присутствовал аллель отсутствия потовых желез.

Ответ: вероятность рождения дочерей, страдающих отсутствием потовых желез, равна нулю, а сыновей – 50%.

Задача № 3. В одной из областей изучали появление в некоторых семьях детей с недостатком фосфора в крови. Это явление было связано с заболеванием специфической формой рахита, не поддающейся лечению витамином D. В потомстве от браков 16 мужчин, больных этой формой рахита, со здоровыми женщинами родились 22 дочери и 18 сыновей. Все дочери страдали недостатком фосфора в крови, а все сыновья были здоровыми. Какова генетическая обусловленность этого заболевания? Чем (с точки зрения генетики) оно отличается от гемофилии?

X А – рахит
X а – норма

Передачу этого заболевания от отцов только дочерям можно объяснить тем, что оно обусловлено доминантным геном, сцепленным с Х-хромо-
сомой.

Ответ: данная форма рахита обусловлена доминантным геном, сцепленным с Х-хромосомой; это заболевание отличается от гемофилии своей доминантностью (гемофилия признак рецессивный).

Задача № 4. При скрещивании серых самок аквариумных рыбок гуппи с пестро окрашенным самцом в первом поколении получены серые самки и пестрые самцы в соотношении 1:1. Такое же соотношение полов было отмечено во всех последующих поколениях. Как объяснить полученные результаты?

Y А – пестрая окраска
X – – отсутствие окраски (серая)

Поскольку признак пестрой окраски всегда проявляется только у самцов и никогда у самок, можно предположить, что его ген локализован в Y-хромосоме, а Х-хромосома вообще не содержит гена, определяющего окраску рыбок, то есть выступает в этом случае как генетически инертная структура.

Ответ: ген, определяющий окраску тела гуппи, локализован в Y-хромосоме.

III. Домашнее задание

Урок № 19. Признаки, зависимые от пола. Управление полом. Диагностика пола

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы, иллюстрирующие строение половых хромосом.

I. Проверка знаний

Проверка решения задачи дома.

X С – нормальная свертываемость
X с – гемофилия
i – первая группа
I A – вторая группа
I B – третья группа
I A I B – четвертая группа

Оба родителя гетерозиготны по генам, определяющим группу крови, так как у носителей доминантных признаков (вторая и третья группы) родился сын с первой группой (рецессив); гемофилию один из сыновей мог унаследовать только от матери, т.к. отец передает сыну Y-хромосому, в которой отсутствуют гены, определяющие свертываемость крови, мать же была гетерозиготной по гену гемофилии.

Ответ: сын унаследовал гемофилию от матери;

Р – ♀ IAiXCXc × ♂ IBiXCY;
F – ♀ IАiXCXC или ♀ IАiXCXc (II группа, здоровая);
♂ iiXCY (I группа, здоровый);
♂ IАiXcY (II группа, гемофилик).

II. Изучение нового материала

Признаки, зависимые от пола

На ранних стадиях развития у зародыша образуются зачаточные репродуктивные органы, не являющиеся ни мужскими, ни женскими. Что из них разовьется, зависит от половых хромосом. У человека в Y-хромосоме находится ген, под контролем которого определенные клетки продуцируют особый белок, локализующийся на клеточной поверхности. При наличии этого белка из репродуктивных органов зародыша развиваются семенники. Семенники же в свою очередь вырабатывают гормоны, стимулирующие дифференцировку мужских половых путей. Семенники начинают дифференцироваться на шестой неделе зародышевого развития. Если этого не произойдет, то из репродуктивных органов на следующей неделе дифференцируются яичники. Дальнейшее развитие женских половых путей происходит автоматически, без каких-либо гормональных сигналов со стороны яичников.

Большинство животных являются раздельнополыми. Морфологические и физиологические признаки, по которым различаются особи разного пола, называются половыми признаками. Выделяют первичные половые признаки – внутренние и наружные половые органы и вторичные половые признаки (форма и размеры тела, молочные железы, борода у человека, грива у льва, рога у оленя и т.д.). Различия между полами по вторичным половым признакам называют половым диморфизмом.

Гормональные механизмы развития вторичных половых признаков

Семенники являются железами смешанной секреции. Кроме спермы они вырабатывают мужские половые гормоны – андрогены (от греч. андрос – мужчина). Под их действием формируются мужские вторичные половые признаки (у человека – размеры и пропорции тела, волосяной покров, тембр голоса, адамово яблоко и др.). Вторичные половые признаки развиваются в период полового созревания.

Яичники, помимо яйцеклеток, вырабатывают женские половые гормоны – эстрогены. Под действием этих гормонов формируются женские вторичные половые признаки. И мужские и женские половые гормоны образуются у особей обоих полов, но в разных соотношениях.

Перспективы управления полом

Как нам уже известно, в природе при половом размножении чаще всего встречается соотношение полов 1:1. Возможно ли искусственно изменить соотношение полов в потомстве?

Подлинный успех в регулировании пола был достигнут только у бабочек благодаря работам Б.Л. Астаурова с тутовым шелкопрядом. Оказалось, что если не прошедшие мейоз и неоплодотворенные яйца самок нагреть до +46 °C, то мейоз не происходит и яйца остаются диплоидными. Из таких яиц путем партеногенеза развиваются только самки.

Имеются данные о возможности изменения пола обработкой молодых особей половыми гормонами (переопределение пола).

Диагностика пола

В хозяйстве важны методы, позволяющие проводить у некоторых животных раннюю диагностику и отбраковку нежелательного пола.

Японский исследователь В.Тадзима, чтобы можно было распознать пол на личиночных стадиях, вывел такую породу тутового шелкопряда, у которой гусеницы самок имеют покров с рисунком (фрагмент аутосомы был пересажен в половую хромосому W).

Отечественные ученые В.А. Струнникова и Л.М. Гуламова также работали над этой проблемой. Им удалось придать яичкам с мужскими и женскими заро-дышами шелкопряда разную окраску (темные яйца – самки, светлые – самцы).

III. Закрепление знаний

Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.

IV. Домашнее задание

Изучить параграф учебника и записи, сделанные в тетради (признаки, зависимые от пола, управление полом, диагностика пола).

1. Значение генетики для медицины. Особенности методов генетики человека.
2. Генеалогический метод изучения наследственности человека.
3. Близнецовый метод.
4. Популяционно-статистический метод.
5. Цитогенетический метод.
6. Наследственные болезни человека и их ранняя диагностика.
7. Хромосомные аномалии и вызванные ими синдромы.
8. Лечение наследственных аномалий обмена веществ.
9. Опасность близкородственных браков.

Литература для подготовки к семинару

1. Беркинблит М.Б., Глаголев С.М., Фуралев В.А. Общая биология: Учебник для 10-го класса. Ч.2. – С. 179–192.
2. Богданова Т.Л., Солодова Е.А. Биология: Справочное пособие для старшеклассников и поступающих в вузы. – С. 240–242.
3. Общая биология: учебник для 10–11-х классов с углубленным изучением биологии в школе / Л.В. Высоцкая, С.М. Глаголев, Г.М. Дымшиц и др. – С. 229–237.
4. Торопина Н.А., Стволинская Н.С. Генетика человека: Практикум для вузов. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. – С. 4–32.

Урок № 20–21. Проблема связи между генами и признаками. Взаимодействие генов. Типы взаимодействия неаллельных генов. Генотип как целостная система

Оборудование: таблицы по общей биологии, схемы, иллюстрирующие различные типы взаимодействия аллельных и неаллельных генов, плейотропное действие генов.

I. Изучение нового материала

Проблема связи между генами и признаками

Все гены, которыми обладает данный организм, определяют только его генетический потенциал, то есть только то, каким он может быть. Иное дело, каким он окажется в действительности. Перечислим факторы, от которых зависит проявление (экспрессия) генов.

1. Факторы внешней среды: пища, свет, температура и др. (например, плохо питающиеся люди обычно ниже ростом, чем допускают их гены).

2. Уровень половых гормонов. Гены, степень экспрессии которых определяется уровнем половых гормонов, называются генами, зависимыми от пола (например, ген, определяющий облысение, локализован в аутосоме, но его экспрессия зависит от мужских половых гормонов, и у женщин он ведет себя как рецессивный ген).

3. Многие признаки, контролируемые в основном только одной парой генов, в какой-то мере зависят от влияния продуктов других генов, называемых генами-модификаторами. Например, долгое время считалось, что цвет глаз у человека определяется одной парой генов, причем карий цвет доминирует над голубым. Теперь точно известно, что в определении цвета глаз участвуют по меньшей мере две пары генов-модификаторов и что у голубоглазых родителей может родиться кареглазый ребенок, хотя это случается крайне редко.

Таким образом, экспрессия генов – это проявление генетической информации в структуре синтезируемых белков. Кроме того, со стороны генетического аппарата идет контроль метаболизма и морфогенеза. Связь между генами и признаками проследить трудно еще и потому, что существует взаимодействие между генами.

Х-сцепленное наследование принято делить на Х-сцепленное рецессивное и Х-сцепленное доминантное.

Х-сцепленное рецессивное наследование

Рис. 12. Родословная при Х-сцепленном рецессивном типе наследовании

Генетический риск. Если облигатная носительница Х-сцепленной рецессивной мутации вступает в брак со здоровым мужчиной, то каждый их сын будет иметь 50 %-й риск заболевания, а каждая дочь – 50 %-й риск быть носительницей. Поскольку мужчина передает хромосому Х только своим дочерям, а хромосому Y – сыновьям, то все дочери пораженных мужчин от браков со здоровыми женщинами являются облигатными носительницами, а все их сыновья здоровы. Таким образом, мужчина не может передать Х-сцепленное заболевание своему сыну за очень редким исключением при унипарентальной гетеродисомии.

В качестве примера Х-сцепленного рецессивного заболевания можно привести мышечную дистрофию Дюшена. Это самая частая мышечная дистрофия, первыми признаками которой являются переваливающаяся походка, трудности при подъеме по лестнице без болевых ощущений и тенденция к падениям ребёнка при ходьбе. Мышечная слабость
прогрессирует и пораженные мальчики умирают в конце второго – начале третьего десятилетия жизни. Таким образом, пораженные мужчины не имеют детей и не передают соответствующие мутации потомкам (рис. 13).

Рис. 13. Родословная семьи с мышечной дистрофией Дюшена

Вариабельная экспрессивность у женщин-гетерозигот. При многих Х-сцепленных болезнях женщины-гетерозиготы имеют мозаичный фенотип. Например, при Х-сцепленном альбинизме радужная оболочка и глазное дно больных мужчин не имеют пигмента, а у гетерозиготных женщин выявляется мозаичная (пятнистая) пигментация. Это объясняется феноменом Х-инактивации.

Х-сцепленное доминантное наследование

Х-сцепленные доминантные болезни являются редкими и выявляются у женщин-гетерозигот, а также у мужчин-гемизигот, имеющих мутантный аллель на единственной хромосоме Х. Х-сцепленное доминантное наследование напоминает аутосомно-доминантное. Но есть значимое отличие: пораженные мужчины передают заболевание только своим дочерям, а передача от отца к сыну невозможна (рис. 14). Примером этого типа наследования является витамин Д-резистентный рахит, при котором женщины обычно имеют более легкие формы заболевания, чем мужчины.

При многих Х-сцепленных доминантных болезнях у женщин может наблюдаться мозаицизм проявления болезни. Например, при синдроме Блоха – Сульцбергера (синдром недержания пигмента, тип II) наблюдается мозаичная пигментация кожи. Кроме того, это заболевание, также как синдром Ретта, является примером болезни, летальной для плодов мужского пола.

Рис. 14. Родословная при Х-сцепленном доминантном типе наследования

Наследование, сцепленное с хромосомой Y

Наследование, сцепленное с хромосомой Y, предполагает, что болеют только мальчики. Заболевание передается только от отца к сыну. В случае мутаций в генах хромосомы Y, вовлеченных в сперматогенез, возникает бесплодие вследствие азооспермии у мужчин. Технологии искусственного оплодотворения позволяют им иметь детей, но если при этом рождается сын, он также страдает азооспермией.

Влияние пола. Некоторые аутосомные признаки значительно чаще выявляются у одного из полов. Этот феномен получил название влияние пола. Лысина у мужчин является примером аутосомно-доминантного признака, ограниченного полом, что, по-видимому, является результатом влияния мужских половых гормонов. Другой пример – подагра, которая является очень редким состоянием у женщин до менопаузы, но после нее частота этого заболевания возрастает. При гемохроматозе
(аутосомно-рецессивном заболевании) у женщин-гомозигот намного реже возникает перегрузка железом и связанные с ней симптомы, чем у мужчин-гомозигот. Объяснением является физиологическая потеря железа женщинами во время менструаций.

Ограничение полом – это проявление определенных признаков у индивидуумов только одного пола. Пример: вирилизация девочек с аутосомно-рецессивным эндокринным заболеванием – врожденной гиперплазией коры надпочечников.

В табл. 4 кратко представлены основные признаки менделевских типов наследования.

Признаки менделевских типов наследования

Особенности заболевания у лиц разного пола

Особенности передачи
в родословной

Мужчины и женщины болеют в равной пропорции

Как правило, больны мужчины

Болеют мужчины и женщины с преобладанием женщин. Женщины поражены в меньшей степени, чем мужчины. В случае летальных для мальчиков болезней поражены только девочки, наблюдаются спонтанные аборты в семье.

Пораженные мужчины могут передавать заболевание своим дочерям, но не сыновьям. Передача от мужчины к мужчине исключает Х-сцепленный тип наследования.

Сцепленный с хромосомой Y

Болеют только мужчины.

Пораженные мужчины могут передавать заболевание только своим сыновьям.

Множественные аллели и комплексные признаки

Выше рассмотрены признаки, с которыми связаны только два аллеля – нормальный и мутантный. Некоторые гены имеют более двух аллельных форм, т.е. множественные аллели. Некоторые из них могут быть доминантными, другие – рецессивными по отношению к нормальному аллелю. Пример множественных аллелей – наследование групп крови человека.

Развитие генетики сделало возможным исследование комплексных признаков, которые формируются при взаимодействии нескольких генов. На этой основе возникла концепция олигогенного (дигенного и триаллельного) наследования.

При дигенном наследовании наблюдается аддитивный эффект гетерозиготных мутаций в двух различных локусах. Например, одна из форм пигментного ретинита, приводящая к потере зрения, вызвана гетерозиготностью по мутациям двух генов (ROM1 и periferin). Оба эти гена кодируют белки, присутствующие в фоторецепторах сетчатки глаза. Индивидуумы, гетерозиготные по мутации только одного из этих двух генов, не имеют клинических проявлений.

Триаллельное наследование можно рассмотреть на примере синдрома Барде-Бидля – редкого заболевания, характеризующегося ожирением, полидактилией, аномалиями почек, пигментным ретинитом и когнитивными нарушениями. Семь различных генных локусов, мутации в которых ведут к синдрому Барде–Бидля, были идентифицированы. До недавнего времени считалось, что заболевание наследуется аутосомно-рецессивно. Однако, сейчас известно, что есть одна форма синдрома, когда индивидуум, гомозиготный по мутациям одного локуса, является также гетерозиготным по мутации другого локуса. Таким образом, для того, чтобы заболевание проявлялось, необходимо три мутантных аллеля.

Антиципация. При некоторых аутосомно-доминантных болезнях манифестация симптомов более ранняя и течение болезни более тяжелое у потомков по сравнению с их родителями, также страдающими этим заболеванием. Феномен увеличения тяжести болезни из поколения в поколение называют антиципацией. Одним из объяснений антиципации является экспансия нестабильных триплетных повторов. В качестве примеров можно привести такие болезни экспансии триплетных повторов как миотоническая дистрофия, хорея Гентингтона, болезнь Кеннеди.

Наше тело состоит из миллионов клеток. Большинство клеток содержат полный набор генов. У человека тысячи генов. Гены можно сравнить с инструкциями, которые используются для контроля роста и согласованной работы всего организма. Гены отвечают за множество признаков нашего организма, например, за цвет глаз, группу крови или рост.

Рисунок 1: Гены, хромосомы и ДНК

Гены расположены на нитевидных структурах, называемых хромосомами. В норме, в большинстве клеток организма содержится по 46 хромосом. Хромосомы передаются нам от родителей – 23 от мамы, и 23 от папы, поэтому мы часто похожи на своих родителей. Таким образом, у нас два набора по 23 хромосомы, или 23 пары хромосом. Так как на хромосомах расположены гены, мы наследуем по две копии каждого гена, по одной копии от каждого из родителей. Хромосомы (следовательно, и гены) состоят из химического соединения, называемого ДНК.

Рисунок 2: 23 пары хромосом, распределенные по размеру; хромосома под номером 1 – самая большая. Две последние хромосомы – половые.

Хромосомы (см. Рисунок 2), пронумерованные от 1 до 22, одинаковые у мужчин и у женщин. Такие хромосомы называют аутосомами. Хромосомы 23-й пары различны у женщин и мужчин, и их называют половыми хромосомами. Есть 2 варианта половых хромосом: Х-хромосома и Y-хромосома. В норме у женщин присутствуют две Х-хромосомы (ХХ), одна из них передается от матери, другая – от отца. В норме у мужчин присутствуют одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY), при этом Х-хромосома передается от матери, а Y-хромосома - от отца. Так, на Рисунке 2 изображены хромосомы мужчины, так как последняя, 23-я, пара представлена сочетанием XY.

Иногда в одной копии гена возникает изменение (мутация), которое нарушает нормальную работу гена. Такая мутация может привести к развитию генетического (наследственного) заболевания, так как измененный ген не передает нужную информацию для организма. Х-сцепленные заболевания обусловлены изменениями в генах Х-хромосомы.

Что такое Х-сцепленное наследование?

Х-хромосома содержит многие из генов, которые очень важны для роста и развития организма. Y-хромосома намного меньше по размеру и содержит меньше генов. Как известно, у женщин две Х-хромосомы (ХХ), поэтому в случае, если одна копия гена на Х-хромосоме изменена, то нормальная копия на второй Х-хромосоме может компенсировать функцию измененной. В этом случае женщина, как правило, является здоровой носительницей Х-сцепленного заболевания. Носителем называют человека, у которого отсутствуют признаки заболевания, но имеется измененная копия гена. В некоторых случаях у женщин могут присутствовать умеренно выраженные проявления заболевания.

У мужчин присутствуют одна Х и одна Y хромосомы, поэтому в случае, когда одна копия гена на Х-хромосоме изменена, нормальная копия гена для компенсации функции отсутствует. Это означает, что такой мужчина будет болен. Заболевания, которые наследуются вышеописанным образом, называются Х-сцепленными рецессивными. Примерами таких заболеваний являются гемофилия, мышечная дистрофия Дюшенна и синдром фрагильной Х-хромосомы.

Х-сцепленное доминантное наследование

Большинство Х-сцепленных заболеваний являются рецессивными, однако в редких случаях Х-сцепленные заболевания наследуются как доминантные. Это означает, что если у женщины будет одна измененная и одна нормальная копии гена, то этого будет достаточно, чтобы заболевание проявилось. Если мужчина унаследовал измененную копию гена Х-хромосомы, то у него проявится заболевание, так как у мужчин только одна Х-хромосома. У больных женщин вероятность рождения больного ребенка составляет 50% (1 из 2), и она одинакова для дочерей и сыновей. У больного мужчины все дочери будут больны, а все сыновья будут здоровы.

Каким образом наследуются Х-сцепленные заболевания?

Если у женщины-носительницы сын, то она может ему передать либо Х-хромосому с нормальной копией гена, либо Х-хромосому с измененной копией гена. Таким образом, каждый сын имеет шанс 50% (1 из 2) унаследовать измененную копию гена и заболеть. В то же время существует такой же шанс – 50% (1 из 2), что сын унаследует нормальную копию гена, и в этом случае у него не будет заболевания. Эта вероятность одинакова для каждого сына (Рис. 3).

Если у женщины-носительницы дочь, она передаст либо Х-хромосому с нормальной копией гена, либо Х-хромосому с измененной копией. Таким образом, каждая дочь имеет шанс 50% (1 из 2) унаследовать измененную копию гена, в этом случае она будет носительницей, как и ее мать. С другой стороны, существует такой же шанс – 50% (1 из 2), что дочь унаследует нормальную копию гена, и в этом случае она будет здорова и не будет являться носительницей (Рис. 3).

Рисунок 3: как Х-сцепленные рецессивные заболевания передаются от женщин-носительниц

Рисунок 4: как Х-сцепленные рецессивные заболевания передаются от больных мужчин

Если у мужчины, больного Х-сцепленным заболеванием, дочь, то он всегда передаст ей измененную копию гена. Это связано с тем, что у мужчин есть только одна Х-хромосома, и они всегда передают ее своим дочерям. Таким образом, все его дочери будут носительницами (Рис. 4). Как правило, дочери здоровы, но у них есть риск рождения больных сыновей.

Если у мужчины, больного Х-сцепленным заболеванием, сын, то он никогда не передаст ему измененную копию гена. Это связано с тем, что мужчины всегда передают своим сыновьям Y-хромосому (если же они передают Х-хромосому, у них будет дочь). Таким образом, все сыновья мужчины, больного Х-сцепленным заболеванием,будут здоровы (Рис. 4).

Что происходит в том случае, если пациент является первым в семье, у кого выявлено данное заболевание?

Иногда ребенок с Х-сцепленным генетическим заболеванием может быть первым в семье, у кого выявлено данное заболевание. Это может объясняться тем, что в сперматозоиде или яйцеклетке, из которых развился данный ребенок, произошла новая мутация (изменение) в гене. В этом случае ни один из родителей ребенка не будет носителем заболевания. Вероятность рождения у этих родителей другого ребенка с таким же заболеванием очень мала. Однако, больной ребенок, у которого появился измененный ген, в будущем может передать его своим детям.

Тест на определение носительства и пренатальная диагностика (тест во время беременности)

Другие члены семьи

Если кто-то в Вашей семье болен Х-сцепленным заболеванием или является носителем, возможно, Вы захотите обсудить это с другими членами Вашей семьи. Это предоставит возможность женщинам в Вашей семье, при желании, пройти обследование (специальный анализ крови) для определения, являются ли они носительницами заболевания. Эта информация также может быть важна для родственников при диагностике заболевания. Это может быть особенно важно для тех родственников, у которых есть или будут дети.

Некоторым людям может оказаться сложно обсуждать свое генетическое заболевание с другими членам семьи. Они могут бояться причинить беспокойство членам семьи. В некоторых семьях люди из-за этого испытывают сложности в общении и теряют взаимопонимание с родственниками.

Врачи-генетики, как правило, имеют большой опыт в решении подобных семейных ситуаций и могут помочь Вам в обсуждении проблемы с другими членами семьи.

Концепция данной теории заключается в том, что передача наследственной информации в ряду поколений осуществляется путем передачи хромосом, в которых в определенной линейной последовательности расположены гены.

Данная теория была сформулирована в начале XX века. Значительный вклад в ее развитие внес американский генетик Томас Морган.

Гены расположены в хромосомах в линейном порядке
Каждый ген занимает в хромосоме определенное место - локус
Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления
Сцепление генов может нарушаться в результате кроссинговера
Частота кроссинговера между генами прямо пропорциональна расстоянию между ними
Расстояние между генами измеряется в морганидах (1 морганида - 1% кроссинговера)

Группы сцепления

В предыдущей статье были раскрыты суть и применение в задачах III закона Менделя, закона независимого наследования, в основе которого лежат гены, расположенные в разных хромосомах. Но что если гены лежат в одной хромосоме? Такие гены образуют группу сцепления, в этом случае говорят о сцепленном наследовании.

Группа сцепления - совокупность всех генов, расположенных в одной хромосоме, вследствие чего они наследуются совместно. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом: у женщины 23 группы сцепления (23 пара - половые хромосомы XX), а у мужчины - 24 группы сцепления (X и Y представляют собой две отдельные группы).

Сцепление генов

Томас Морган в своих экспериментах изучал наследование признаков плодовых мушек дрозофил: серый (A) - черный (a) цвет тела, длинные (B) - зачаточные (b) крылья. В первом эксперименте Морган скрестил чистые линии плодовых мушек: серых с длинными крыльями (AABB) и черных с зачаточными (aabb).

Только что вы видели первый закон Менделя (единообразия) в действии, правда, в несколько ином варианте - при дигибридном скрещивании. Но суть та же: в первом поколении все особи получаются единообразны по исследуемому признаку, с генотипом AaBb - с серым телом и длинными крыльями.

Далее Морган применил анализирующее скрещивание. Полученную в первом поколении дигетерозиготу (AaBb) он скрестил с черной особью с зачаточными крыльями (aabb). Результат весьма удивил Моргана и его коллег: помимо потомства с ожидаемыми фенотипами (серое тело + длинные крылья, черное тело + зачаточные крылья) были получены особи со смешанными признаками.

Потомство со смешанными признаками подразумевает под собой особи Aabb (серое тело + зачаточные крылья) и aaBb (черные тело + длинные крылья). Но откуда они могли взяться, если гены A и B находятся в одной хромосоме? Значит, образовались еще какие-то дополнительные гаметы, помимо AB и ab?

Объясняя полученные в потомстве фенотипы, которые содержали смешанные признаки, Томас Морган пришел к выводу, что между гомологичными хромосомами произошел кроссинговер, в результате которого образовались гаметы Ab, aB - кроссоверные гаметы.

Очевидно, что в данном случае расстояние между генами A и B было 17 морганид, так как каждой кроссоверной гаметы (соответственно и особей) образовалось по 8.5%. Не забывайте, что процент кроссинговера равен расстоянию между генами. Поскольку расстояние было 17 морганид = 17%, то на каждую из кроссоверных гамет приходится половина - 8.5%

Пример решения генетической задачи №1

"Катаракта и полидактилия у человека обусловлены доминантными аутосомными генами, расположенными в одной хромосоме. Гены полностью сцеплены. Какова вероятность родить здорового ребенка в семье, где муж нормален, жена гетерозиготна по обоим признакам, мать жены также страдала обеими аномалиями, а отец был нормален".

Очень важно обратить внимание на то, что "гены полностью сцеплены" - это говорит об отсутствии кроссинговера, и то, что мы заметили это, обеспечивает верное решение задачи.

Самое главное, что вам следует усвоить: поскольку гены полностью сцеплены (кроссинговер отсутствует), женщина с генотипом AaBb может образовать только два типа гамет - AB, ab. Кроссоверные гаметы (Ab, aB) не образуются. Всего возможных генотипов потомков получается два, из которых здоров только один - aabb. Шанс родить здорового ребенка в такой семье ½ (50%).

Пример решения генетической задачи №2

"Гены доминантных признаков катаракты и эллиптоцитоза локализованы в 1-й аутосоме. Гены неполностью сцеплены. Женщина, болеющая катарактой и эллиптоцитозом, отец которой был здоров, выходит замуж за здорового мужчину. Определите возможные фенотипы потомства и вероятность рождения больного обеими аномалиями ребенка в этой семье".

Ключевые слова в тексте этой задачи, на которые следует обратить внимание: "гены неполностью сцеплены". Это означает, что между ними происходит кроссинговер.

Генотип женщины остается неясен из текста задачи. Раз она больна, то он может быть: AaBb, AABB, AABb, AaBB. Однако в тексте дано то, что развеет сомнения: "отец которой был здоров". Если ее отец был здоров, то его генотип был aabb, значит он передал дочери гамету ab. Теперь становится очевидно, что генотип дочери AaBb - она дигетерозиготна.

В данном случае между генами A и B произошел кроссинговер, их сцепление нарушилось. В результате образовались кроссоверные гаметы Ab, aB - которые привели к образованию особей с со смешанными признаками (Aabb, aaBb). Вероятность рождения в этой семье ребенка, больного обеими аномалиями, составляет ¼ (25%).

Наследование, сцепленное с полом

Половые хромосомы X и Y определяют пол человека. Генотип XX характерен для женщин, а XY - для мужчин. Мужская Y-хромосома не содержит аллелей многих генов, которые есть в X-хромосоме, вследствие этого наследственными заболеваниями, сцепленными с полом, чаще болеют мужчины.

Природа, несомненно, бережет женских особей. Женщины имеют две гомологичные хромосомы XX, и если ген наследственного заболевания попал в одну из X-хромосом, то чаще всего в другой X-хромосоме окажется "здоровый" ген, доминантный, которой подавит действие рецессивного гена. С генетической точки зрения, женщина будет носительницей заболевания, может его передать по поколению, но сама болеть не будет.

У мужчин если ген заболевания оказался в X-хромосоме, то не проявиться он не может. Именно по этой причине мужчины чаще страдают дальтонизмом, гемофилией и т.д.

Не у всех организмов особь мужского пола характеризуется набором хромосом XY, а женского - XX. У пресмыкающихся, птиц, бабочек женские особи имеют гетерогаметный пол- XY, а мужские - XX. То же самое относится к домашним курам: петух - XX, курица - XY.

Решим несколько задач по теме наследования, сцепленного с полом. Речь в них будет идти о сцепленных с полом признаками - признаками, гены которых лежат не в аутосомах, а в гетеросомах (половых хромосомах).

Пример решения генетической задачи №3

"Рецессивный ген дальтонизма располагается в X-хромосоме. Женщина с нормальным зрением (отец был дальтоник) выходит замуж за мужчину с нормальным зрением, отец которого был дальтоником. Определите возможные фенотипы потомства".

Подробности о родословной важны и помогают заполнить белые пятна. Если отец женщины был дальтоником (X d Y), то очевидно, что он передал ей хромосому X d , так как от отца дочери всегда передается X-хромосома. Значит женщина гетерозиготна по данному признаку, а у мужчины возможен лишь один вариант здорового генотипа - X D Y. То, что его отец был дальтоником несущественно, ведь отец всегда передает сыну Y-хромосому.

X D X D , X D X d - фенотипически здоровые девочки
X D Y - здоровый мальчик
X d Y - мальчик, который болен дальтонизмом

Пример решения генетической задачи №4

"Гипоплазия зубной эмали наследуется как сцепленный с X-хромосомой доминантный признак, шестипалость - как аутосомно-доминантный. В семье, где мать шестипалая, а у отца гипоплазия, родился пятипалый здоровый мальчик. Напишите генотипы всех членов семьи по данным признакам. Возможно ли у них рождение ребенка с двумя аномалиями одновременно?"

Ответ на вопрос: "Каковы генотипы матери и отца?" - лежат в потомстве. Пятипалый здоровый мальчик имеет генотип aaX b Y. Чтобы сформировался такой генотип, от матери должна прийти гамета aX b , а от отца - aY. Выходит, что единственно возможный генотип матери - AaX b X b , а генотип отца - aaX B Y.

Рождение ребенка с двумя аномалиями возможно - AaX B X b , вероятность такого события ¼ (25%).

Пример решения генетической задачи №5

"Рецессивные гены, кодирующие признаки дальтонизма и гемофилии, сцеплены с X-хромосомой. Мужчина с нормальным цветовым зрением и гемофилией женится на здоровой женщине, отец которой был дальтоником, но не гемофиликом. Известно, что мать женщины была гомозиготна по исследуемым признакам. Какое потомство получится от брака их дочери со здоровым мужчиной?"

Генотип мужчины вопросов не вызывает, так как единственный возможный вариант - X hD Y. Генотип женщины дает возможность узнать ее отец (X Hd Y), который передал ей гамету X Hd (отец всегда передает дочке X хромосому, а сыну - Y), следовательно, ее генотип - X HD X Hd

Как оказалось, возможны два варианта генотипа дочери: X HD X hD , X Hd X hD . Генотип здорового мужчины X HD Y. Следуя логике задачи, мы рассмотрим два возможных варианта брака.

Не забывайте, что на экзамене схема задачи не является ответом. Ответ начинается только после того, как вы напишите слово "Ответ: . ". В ответе должны быть указаны все фенотипы потомства, их описание, что возможно покажется рутинными при большом числе потомков, но весьма приятным, если вы верно решили задачу и получили за нее заслуженные баллы :)

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: