Сцепленное наследование

Конспект по теме «Сцепленное наследование. Генетика пола»

---

Часть 1. Сцепленное наследование. Закон Моргана

1.1. Отличие от законов Менделя

Законы Г. Менделя (в частности, третий закон — закон независимого комбинирования) справедливы только для генов, расположенных в разных парах гомологичных хромосом. Однако в 1906 году английские генетики У. Бэтсон и Р. Пеннет обнаружили, что некоторые признаки наследуются совместно, а не независимо, как того требуют законы Менделя. Это явление получило название сцепления генов.

Каждый организм имеет огромное количество признаков, а число хромосом невелико. Следовательно, каждая хромосома несёт не один ген, а целую группу генов, отвечающих за развитие разных признаков.

1.2. Опыты Томаса Моргана

Изучением наследования признаков, гены которых локализованы в одной хромосоме, занимался выдающийся американский генетик Томас Хант Морган. Основным объектом его исследований стала плодовая мушка дрозофила (Drosophila melanogaster), которая обладает рядом преимуществ: малый размер, высокая плодовитость, короткий цикл развития (около 14 дней), всего 4 пары хромосом и множество хорошо выраженных альтернативных признаков.

В классическом эксперименте Морган скрещивал мух с серым телом и длинными крыльями с мухами, имеющими чёрное тело и зачаточные (редуцированные) крылья. При анализирующем скрещивании гибридной самки F₁ с рецессивным самцом вместо ожидаемого по Менделю расщепления 1:1:1:1 были получены следующие результаты: 41,5% — серые длиннокрылые, 41,5% — чёрные с зачаточными крыльями, 8,5% — чёрные длиннокрылые и 8,5% — серые с зачаточными крыльями. Преобладание родительских комбинаций признаков над рекомбинантными доказало, что гены окраски тела и длины крыльев находятся в одной хромосоме и наследуются преимущественно вместе.

1.3. Закон Моргана (закон сцепленного наследования)

Закон Моргана: гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно (сцепленно) и образуют одну группу сцепления.

1.4. Группы сцепления

Группа сцепления — совокупность генов, расположенных в одной хромосоме. Количество групп сцепления у особей данного вида соответствует гаплоидному набору хромосом (n). У гомогаметных особей число групп сцепления равно n, у гетерогаметных — n+1.

Пример: у человека 23 пары хромосом (2n = 46), следовательно, 23 группы сцепления; у дрозофилы 4 пары хромосом — 4 группы сцепления.

1.5. Полное и неполное сцепление

Различают два типа сцепления генов:

• Полное сцепление: гены расположены очень близко друг к другу, и кроссинговер между ними практически невозможен. Дигетерозигота при скрещивании даёт только 2 типа гамет (родительские), в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 1:1 (при анализирующем скрещивании) или 3:1 (при скрещивании гибридов F₁ между собой). В природе встречается редко.

• Неполное сцепление: гены расположены на некотором расстоянии друг от друга, и между ними возможен кроссинговер. Дигетерозигота образует 4 типа гамет: 2 родительских (некроссоверных) и 2 рекомбинантных (кроссоверных). Родительских гамет всегда больше, чем кроссоверных. Это наиболее распространённый тип сцепления.

1.6. Кроссинговер

Кроссинговер (от англ. crossing over — перекрест) — процесс обмена участками между гомологичными хромосомами в профазу I мейоза. Во время конъюгации хромосомы сближаются, и между ними происходит обмен гомологичными участками, что приводит к образованию новых комбинаций генов (рекомбинации).

Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами. Чем дальше друг от друга расположены гены в хромосоме, тем выше вероятность кроссинговера между ними, и, наоборот, чем ближе гены, тем реже происходит их расхождение.

1.7. Генетические карты. Морганиды

На основании частоты кроссинговера определяют расстояние между генами и строят генетические карты хромосом — схемы взаимного расположения генов и относительных расстояний между ними.

Единица измерения расстояния — морганида (или сантиморганида, сМ). 1 морганида = 1% кроссинговера. То есть если частота кроссинговера между двумя генами составляет 10%, то расстояние между ними равно 10 морганидам.

Важно: зависимость между расстоянием и частотой кроссинговера прослеживается только до 50 морганид. Максимальная частота кроссинговера — 50%, что соответствует независимому наследованию (гены ведут себя так, как если бы они находились в разных хромосомах).

1.8. Основные положения хромосомной теории наследственности (Т. Морган)

1. Гены находятся в хромосомах. Каждый ген занимает в хромосоме строго определённое место — локус. Гены в хромосомах расположены линейно.
2. Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группу сцепления и наследуются совместно. Количество групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом.
3. Сцепление генов может нарушаться в результате кроссинговера, в процессе которого между гомологичными хромосомами происходит обмен аллельными генами.
4. Частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме. На основании этих данных строятся генетические карты.

---

Часть 2. Наследование, сцепленное с полом

2.1. Хромосомный механизм определения пола

У большинства организмов пол определяется набором половых хромосом. Хромосомы, одинаковые у обоих полов, называются аутосомами. Хромосомы, по которым различаются самцы и самки, называются половыми (гоносомами).

У человека и большинства млекопитающих:

• Женский пол — гомогаметный (XX).
• Мужской пол — гетерогаметный (XY).

У птиц, некоторых рыб и бабочек — наоборот: самки гетерогаметны (ZW), самцы гомогаметны (ZZ).

2.2. Наследование признаков, сцепленных с полом

Сцепленное с полом наследование — наследование признаков, гены которых локализованы в половых хромосомах (X или Y).

Помимо генов, определяющих пол, в половых хромосомах находятся гены, контролирующие признаки, не связанные с половой принадлежностью.

Различают несколько типов сцепленного с полом наследования:

А. X-сцепленное наследование

Гены находятся в негомологичном участке X-хромосомы (участке, не имеющем аналога в Y-хромосоме).

Особенности X-сцепленного рецессивного наследования (примеры: гемофилия, дальтонизм, мышечная дистрофия Дюшенна):

• Признак проявляется преимущественно у мужчин (так как у них только одна X-хромосома, и любой рецессивный аллель в ней проявляется фенотипически).
• Женщины могут быть носительницами, не проявляя признака (гетерозиготное состояние XᴺXⁿ).
• Больной мужчина передаёт аллель заболевания всем своим дочерям (они становятся носительницами), но никогда не передаёт его сыновьям (так как сын получает от отца Y-хромосому).

Особенности X-сцепленного доминантного наследования (пример: витамин D-резистентный рахит):

• Признак проявляется как у мужчин, так и у женщин, но у женщин встречается примерно в 2 раза чаще.
• Больной мужчина передаёт заболевание всем дочерям, но не передаёт сыновьям.
• Больная женщина передаёт заболевание половине детей независимо от пола.

Б. Y-сцепленное (голандрическое) наследование

Гены находятся в негомологичном участке Y-хромосомы. Такие признаки называются голандрическими (от греч. holos — весь, andros — мужчина).

Особенности:

• Признак передаётся только от отца ко всем сыновьям и никогда не проявляется у женщин.
• В родословной признак прослеживается исключительно по мужской линии.

Примеры голандрических признаков у человека: гипертрихоз (оволосение) ушных раковин, перепонка между пальцами ног, ихтиоз (рыбья кожа), некоторые гены, контролирующие размер зубов.

В. Псевдоаутосомное (частично сцепленное с полом) наследование

X- и Y-хромосомы имеют небольшие гомологичные участки (псевдоаутосомные регионы), в которых расположены аллели одних и тех же генов. Между этими участками возможен кроссинговер. Наследование таких генов не отличается от аутосомного.

Пример: ген дисхондроостеоза Лери-Вейлля (аномалии скелета, низкий рост).

2.3. Особенности генотипов при сцепленном с полом наследовании

При записи генотипов по генам, сцепленным с полом, аллели указываются над символом половой хромосомы:

• Женщина (XX): может быть гомозиготной (XᴺXᴺ, XⁿXⁿ) или гетерозиготной (XᴺXⁿ).
• Мужчина (XY): всегда гемизиготен — имеет только один аллель данного гена (XᴺY — здоров, XⁿY — болен). В негомологичном участке X-хромосомы у мужчины каждый ген представлен лишь одним аллельным вариантом, поэтому любой рецессивный аллель в нём обязательно проявляется фенотипически.

2.4. Наследование, контролируемое полом

Отдельно следует выделить признаки, гены которых находятся в аутосомах, но их проявление зависит от сочетания половых хромосом (гормонального фона). Например, рост бороды и появление лысины у мужчин обусловлены аутосомными генами, но проявляются преимущественно у мужчин под действием мужских половых гормонов.

---

Часть 3. Алгоритм решения задач на сцепленное наследование

3.1. Задачи без кроссинговера (полное сцепление)

1. Определите, с каким типом наследования имеете дело (аутосомное сцепление или сцепленное с полом).
2. Введите буквенные обозначения для аллелей.
3. Запишите генотипы родителей, помня:
   • При полном сцеплении в аутосоме гены одной хромосомы записываются над чертой, другой — под чертой: например, AB / ab.
   • При сцеплении с полом аллели пишутся над символом половой хромосомы: XᴺXⁿ, XⁿY.
4. Выпишите типы гамет, которые образует каждый родитель. При полном сцеплении дигетерозигота даёт только 2 типа гамет (родительские комбинации).
5. Составьте решётку Пеннета и определите генотипы и фенотипы потомства.

3.2. Задачи с кроссинговером (неполное сцепление)

1. Определите, какие гаметы являются некроссоверными (родительскими), а какие — кроссоверными (рекомбинантными).
2. Зная частоту кроссинговера (в % или морганидах), рассчитайте долю каждого типа гамет:
   • Частота кроссинговера = суммарная доля кроссоверных гамет.
   • Доля каждой кроссоверной гаметы = частота кроссинговера / 2.
   • Доля каждой некроссоверной гаметы = (100% - частота кроссинговера) / 2.
3. Составьте схему скрещивания с учётом полученных долей гамет.
4. Рассчитайте вероятности появления каждого фенотипа в потомстве.

3.3. Задачи на построение генетических карт

1. Проанализируйте частоты кроссинговера между парами генов.
2. Определите гены, наиболее удалённые друг от друга (между ними самая высокая частота кроссинговера).
3. Расположите гены на линии, откладывая расстояния в морганидах.
4. Проверьте аддитивность: сумма расстояний между промежуточными генами должна приблизительно равняться расстоянию между крайними генами.

3.4. Задачи на сцепленное с полом наследование

1. Определите, в какой половой хромосоме находится ген (X или Y).
2. Определите характер наследования (доминантный или рецессивный).
3. Запишите генотипы родителей с указанием аллелей над символами половых хромосом.
4. Помните, что:
   • Отец передаёт свою X-хромосому только дочерям, а Y-хромосому — только сыновьям.
   • Мать передаёт одну из своих X-хромосом как сыновьям, так и дочерям с равной вероятностью.
5. Рассчитайте вероятности появления соответствующих фенотипов у потомков разного пола отдельно.