Оба понятия ввел в 1926 г. О. Фогт для описания варьирования мутантных фенотипов.
Экспрессивность – это степень проявления мутантного признака в фенотипе. Например, мутация eyeless у дрозофилы вызывает редукцию глаза, степень которой неодинакова у разных особей.
Пенетрантность – это частота, или вероятность проявления мутантного фенотипа среди всех особей, несущих данную мутацию. Например, 100%-ная пенетрантность рецессивной мутации означает, что у всех гомозиготных особей она проявляется в фенотипе. Если же фенотипически она обнаруживается только у половины особей, то пенетрантность мутации равна 50%.
Условные мутации
Эти мутации проявляются только при выполнении определенных условий.
Температуро-чувствительные мутации . Мутанты этого типа живут и развиваются нормально при одной (пермиссивной ) температуре и обнаруживают отклонения при другой (рестриктивной ). Например, у дрозофилы выделяют холодочувствительные (при 18°С) ts –мутации (temperature sensitive) и теплочувствительные (при 29°С) ts –мутации. При 25°С сохраняется нормальный фенотип.
Мутации чувствительности к стрессу . В данном случае мутанты развиваются и внешне выглядят нормально, если их не подвергать каким-либо стрессирующим воздействиям. Так, мутанты sesB (stress sensitive) дрозофилы в обычных условиях не проявляют каких-либо отклонений.
Однако если резко встряхнуть пробирку, у мух начинаются судороги и они не способны двигаться.
Ауксотрофные мутации у бактерий . Они выживают только на полной среде или же на минимальной, но с добавкой того или иного вещества (аминокислоты, нуклеотида и т. д.).
Методы учета мутаций
Особенности методов учета мутаций . Методы обнаружения мутаций должны быть разными в зависимости от способа размножения организма. Видимые морфологические изменения учитываются легко; сложнее определить физиологические и биохимические изменения у многоклеточных организмов. Легче всего обнаруживаются видимые доминантные мутации, которые могут проявляться в гетерозиготном состоянии в первом же поколении, труднее анализировать рецессивные мутации , их необходимо переводить в гомозиготное состояние .
Для хорошо изученных в генетическом отношении объектов (дрозофила, кукуруза, ряд микроорганизмов) изучение новой мутации проводить довольно легко. Например , для дрозофилы разработаны специальные методики учета частоты мутаций.
Метод СlВ . Мёллер создал линию дрозофил СlВ (Си Эль Би ) у которой одна из Х -хромосом маркирована доминантным геном Bar (В) и инверсией , названной С . Эта инверсия препятствует кроссинговеру и обладает рецессивным летальным эффектом – l . Поэтому линия и названа СlВ .
Самок этой линии-анализатора скрещивают с самцами из исследуемой выборки. Если самцы взяты из природной популяции , то можно оценить частоту леталей в ней. Или же берут самцов, обработанных мутагеном . В этом случае оценивается частота летальных мутаций, вызванных этим мутагеном.
В F 1 отбирают самок СlВ /+, гетерозиготных по мутации Bar , и скрещивают индивидуально (каждую самку в отдельной пробирке с самцом дикого типа). Если в проверяемой хромосоме нет мутации , то в потомстве будет два класса самок и один класс самцов (B + ), поскольку самцы СlВ гибнут из-за наличия летали l , т.е. общее расщепление по полу будет 2:1 (см. рисунок).
Если же в опытной хромосоме естьлетальная мутация l m , то в F 2 будут только самки , так как самцы обоих классов погибнут – в одном случае из-за наличия летали в Х -хромосоме СlВ , в другом – из-за наличия летали l m в опытной Х -хромосоме (см. рисунок). Определяя отношение числа Х -хромосом (пробирок с индивидуальными скрещиваниями), в которых возникла леталь, к общему числу изученных Х -хромосом (пробирок), подсчитывают частоту летальных мутаций в определенной группе.
Мёллер неоднократно модифицировал свой метод выявления леталей в Х -хромосоме дрозофилы, в результате чего появились такие линии - анализаторы , как Mu-5 , а позднее – линии - балансеры Basc , Binsn и др.
Метод Cy L/Pm . Для учета летальных мутаций в аутосомах дрозофилы используют линии сбалансированных леталей . Для проявления рецессивной летальной мутации в аутосоме тоже необходимо, чтобы она оказалась в гомозиготном состоянии . Для этого необходимо поставить два скрещивания, а учет потомков вести в F 3 . Для обнаружения леталей во второй хромосоме используют линию Cy L/Pm (Сай Эл Пи Эм) (см. рисунок).
У мух этой линии во второй хромосоме расположены две доминантные мутации Cy (Curly – загнутые крылья) и L (Lobe – маленькие дольковидные глаза) , каждая из которых в гомозиготном состоянии вызывает летальный эффект. Мутации представляют собой протяженные инверсии в разных плечах хромосомы. Обе они «запирают » кроссинговер. В гомологичной хромосоме также присутствует доминантная мутация – инверсия Pm (Plum – коричневые глаза). Анализируемого самца скрещивают с самкой из линии CyL/Pm (на рисунке показаны не все классы потомков).
В F 1 отбирают самцов Cy L/Pm + и индивидуально скрещивают их с самками исходной линии Cy L/Pm . В F 2 отбирают самцов и самок Cy L , у которых гомологичная хромосома является испытуемой. В результате скрещивания их между собой получается три класса потомков. Один из них погибает из-за гомозиготности по мутациям Cy и L , еще один класс потомков – это гетерозиготы Cy L/Pm + , а также класс гомозигот по испытуемой хромосоме. В итоге получаются мухи Cy L и Cy + L + в соотношении 2:1 .
Если в испытуемой хромосоме произошла летальная мутация , в потомстве от последнего скрещивания будут только мухи Cy L . С помощью такого метода можно учитывать частоту рецессивных летальных мутаций во второй хромосоме дрозофилы.
Учет мутаций у других объектов . Аналогичные методы обнаружения мутаций разработаны и для других объектов. В основу их положены те же принципы:
1) обнаружить рецессивную мутацию можно, переводя ее в гомо- или гемизиготное состояние,
2) учесть точно частоту возникающих мутаций можно лишь при условии отсутствия кроссинговера у гетерозиготных особей.
Для млекопитающих (мышь, кролик, собака, свинья и др.) разработана методика учета частоты возникновения доминантных летальных мутаций. О частоте мутаций судят по разнице между числом желтых тел в яичнике и развивающихся эмбрионов у вскрытой беременной самки.
Учет частоты возникновения мутаций у человека очень затруднен, однако генеалогический анализ , т.е. анализ родословных, позволяет установить возникновение новых мутаций. Если в родословной супругов в течение нескольких поколений не встречался какой-то признак, а у одного из детей он появился и стал передаваться следующим поколениям, значит мутация возникла в гамете одного из этих супругов.
Учет мутаций у микроорганизмов . Изучать мутации у микроорганизмов очень удобно, так как все гены у них в единственном числе и мутации проявляются уже в первом поколении .
Мутантов легко обнаружить методом отпечатков , или реплик , который предложили супруги Э. и Дж. Ледерберги .
Для выявления у Е. сoli мутаций устойчивости к бактериофагу Т1 бактерии высевают на питательный агар, чтобы образовались отдельные колонии. Затем при помощи бархатной реплики эти колонии перепечатывают на чашки с нанесенной суспензией частиц фага Т1. Большая часть клеток исходной чувствительной (TonS ) культуры не будет образовывать колоний, поскольку их лизирует бактериофаг. Вырастут лишь отдельные мутантные колонии (TonR ), устойчивые к фагу. Подсчитывая число колоний в контрольном и опытном (например, после облучения ультрафиолетовым светом) вариантах, легко определить частоту индуцированных мутаций.
Фенотипическое проявление гена может варьировать по степени выраженности признака (как часто? и как сильно?) ? ? Н. В. Тимофеев-Ресовский ввел в 1927 г. два понятия: ПЕНЕТРАНТНОСТЬ И ЭКСПРЕССИВНОСТЬ процент степень реализации гена фенотипической в признак выраженности гена
ПЕНЕТРАНТНОСТЬ – показатель реализации гена в признак: 100% пенетрантность- ген всегда реализуется в признак, не зависимо от среды. Неполная пенетрантность может быть обусловлена внешними факторами или взаимодействием генов (эпистаз): у детей, получавших специальное питание (фенилаланин-4 -гидроксилазу), нет проявлений фенилкетонурии Группы крови А /В/AB не проявляются, если в генотипе есть две рец. аллели hh
Наследование, сцепленное с полом Признаки, наследуемые через половые X- и Y- хромосомы, получили название сцепленных с полом Гемофилия Дальтонизм Цветовая АУТОСОМЫ слепота Гены Y-хромосомы: SRY-Sex-determining Region Y chromosome Гипертрихоз ПОЛОВЫЕ ХРОМОСОМЫ Перепонки между пальцами Гены, определяющие сперматогенез y x
Ген, ответственный за развитие такого признака, как гипертрихоз, - один из немногих рецессивных генов, локализованных в Y-хромосоме. Если мужчина с гипертрихозом женится на женщине, у которой, естественно, гипертрихоза нет, то какова пенетрантность гипертрихоза: мальчиков? девочек?
Врожденное отсутствие зубов предположительно наследуется как доминантный, сцепленный с Х- хромосомой признак (XA). Какое потомство следует ожидать от брака здоровой женщины и больного мужчины? Р X X x X Y а F 1 X X ; X Y А Все девочки больны как отец, а мальчики будут здоровы как мать а а А а
Хорея Хантингтона (Huntington) наследуется как аутосомно-доминантное заболевание с пенетрантностью 80%. Определите вероятность рождения больного ребёнка в семье, где один родитель гетерозиготен по гену хореи, а второй этого гена не имеет. Р: Аа х аа F 1: Аа: аа По фенотипу: 80%* 1/2 Аа=40% Подагра обусловлена ДОМИНАНТНЫМ аутосомным аллелем. По некоторым данным (В. П. Эфроимсон, 1968) пенетрантность этого аллеля в гетерозиготном состоянии у мужчин составляет 20%, а у женщин она равна нулю. Какова вероятность заболевания ребенка подагрой в семье у гетерозиготных родителей?
пределы изменчивости ЭКСПРЕССИВНОСТЬ- степень проявления аллеля данного гена в фенотипе различных особей СИНДАКТИЛИЯ ПОЛИДАКТИЛИЯ Полная Частичная
Также как и пенетрантность, ЭКСПРЕССИВНОСТЬ (степень выраженности признака) может зависеть от среды и генов-модификаторов 31 о. С 16 -18 о. С на 9 день развития 16 -18 14 о. С То= 26 -28 о. С (на 4 - 5 день развития)
-МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ это эволюционно закрепленные реакции организма на изменения условий внешней среды при неизменном генотипе
Характеристики модификационной изменчивости: обратимость - изменения исчезают при смене специфических условий окружающей среды, спровоцировавших их групповой характер изменения в фенотипе не наследуются, наследуется норма реакции генотипа статистическая закономерность вариационных рядов затрагивает фенотип, при этом не затрагивая сам генотип.
Когда сила внешнего фактора велика, то возникают необратимые изменения, которые называют МОРФОЗЫ Морфозы не наследуются ПРИМЕР МОРФОЗОВ – ТЕРАТОЗЫ (нарушению развития, уродства) Факторы, влияющие на развитие зародыша и приводящие к тератозам, - тератогены
ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ТЕРАТОГЕНОВ ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – излучение, повышение температуры ХИМИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – дефицит йода, витаминов (особенно фолиевой кислоты), диабет у матери, алкоголь, талидомид, ретиноевая кислота и другие БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – краснуха, герпес, сифилис, цитомегаловирус, токсоплазмоз и др. Метаболические нарушения и вредные привычки у беременной.
Химические факторы Талидомидовая трагедия Талидомид - седативное снотворное лекарственное средство, получившее широкую известность из-за своей тератогенности. За 1956 -1962 г. г. родилось 8000 /12 000 детей с врождёнными уродствами. В настоящее время талидомид применяется для лечения проказы, а также множественной миеломы и других тяжёлых онкозаболеваний. Две формы талидомида L- и D D- изомер встраивается в ДНК - CG-богатых регионах транскрипционных промоторов и препятствует нормальному процессу транскрипции ДНК, необходимому для деления клеток и развития зародыша.
Химические факторы Ретиноевая кислота (третиноин) - используется в при лечение акне, себореи, угрей. Регулирует транскрипцию многих важных генов (в том числе гомеозисных, т. е. ключевых генов онтогенеза). При приеме ее препаратов регуляция транскрипции у зародыша нарушается. N Pat нарушено формирование 1 и 2 жаберных дуг Недоразвитие наружного уха (микротия) или ее отсутствие (анотия)
Изучение соотносительной роли генотипа и внешней среды в формировании фенотипа ведется двумя методами: (1) методом эксперимента (2) близнецовым методом
Метод эксперимента Гималайский кролик – генотип ahah Гималайская окраска холод при 20 о. С Нельзя получить другие варианта окраски –пределы изменчивости ограничены
частота Норма реакции – пределы изменения признака под действием внешней среды. Норма реакции определяется генотипом Норма реакции бывает ШИРОКОЙ – у количественных признаков (рост, вес, количество лейкоцитов, интеллект IQ) УЗКОЙ – для качественных признаков (пол, группа крови) V - варианты признака, Мо - мода, или наиболее часто встречаемое значение признака, lim - пределы модификационной изменчивости признака при неизменном генотипе (норма реакции)
У человека для изучения соотносительной роли генотипа и среды используют близнецовый метод предложен Ф. Гальтоном (1876) Фрэнсис Гальтон (1822 -1911)
Близнецовые данные оказываются полезными для количественной оценки степени генетической детерминированности отдельных признаков Это единственный метод, выявляющий соотносительную роль (удельный вес) генетических (наследственных) и средовых факторов в формировании признака
Принцип близнецового метода прост и заключается в сравнении моно- и дизиготных близнецов Монозиготные (гомозиготные) близнецы (однояйцевые) Дизиготные (гетерозиготные) близнецы (разнояйцевые) имеют 100% общих генов, т. е. выявляемые между ними РАЗЛИЧИЯ НЕ СВЯЗАНЫ С НАСЛЕДСТВЕННЫМ фактором имеют ОБЩИЕ СРЕДОВЫЕ ФАКТОРЫ, следовательно, степень их различия определяется степенью НЕСХОДСТВА генотипов.
Src="http://present5.com/presentation/1/313433033_428724193.pdf-img/313433033_428724193.pdf-30.jpg" alt="Для определения доли наследственной обусловленности признака рассчитывается коэффициент наследуемости (Н) Н > 0, 7"> Для определения доли наследственной обусловленности признака рассчитывается коэффициент наследуемости (Н) Н > 0, 7 (70%) - наследственные факторы Н = Кmz - Кdz 100% - Кdz решающие; Н =0, 3- 0, 7 (30- 70%) -на проявление признака влияют как наследственные, так и внешнесредовые факторы; Н
Определите коэффициент наследуемости (Н) Признак Кmz Кdz Н Заболеваемость корью 97, 4% 95, 7% 1, 7/4, 3 0, 395 Цвет глаз 99, 5% 28% 0, 99 Определите, что является ведущим фактором в развитии туберкулёза: генотип, среда или этот признак формируется с наследственной предрасположенностью, если по данным близнецового метода дискордантность признака у монозиготных близнецов равна 48, 2%, а у дизиготных ― 79, 4%. Н=0, 39
специальный раздел медицинской генетики «ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА» изучает распространенность наследственной патологии в зависимости от демографической, этнической и других особенностей популяции, а также различий факторов внешней среды популяционный подход необходим, т. к. распространенность наследственных заболеваний не одинакова по разным регионам мира: *)распространенность триасомии по 21 Хр - варьирует от 5 до 25 на 1000 новорожденных *)частота фенилкетонурии: в России 1: 7900 новорожденных, в Австрии - 1: 12 000, в Финляндии - 1: 43 000, в Японии 1: 100 000
Соотношение генотипов в ряду поколений отражает закон Харди-Вайнберга Харди Годфрей (математик) Вайнберг Вильгельм (врач) Сформулировали закон постоянства частот аллелей и генотипов в идеальной популяции (1908 г.)
соотношение генотипов АА, Аа, аа в идеальной популяции описывается уравнением: p 2 + 2 pq + q 2 = 1, где р- частота встречаемости аллеля А, q -частота встречаемости аллеля а, р+q=1 ИДЕАЛЬНАЯ ПОПУЛЯЦИЯ: 1. 2. 3. 4. 5. Численность популяции ∞велика Осуществляется панмиксия Нет мутаций Нет обмена генами с другими популяциями Особи с разными генотипами одинаково плодовиты и жизнеспособны (нет естественного отбора)
Пример задачи на определение генетической структуры популяции или частоты отдельный аллелей и генотипов: Альбинизм общий наследуется как аутосомный рецессивный признак. Пенетрантность заболевания 1: 20 000. Вычислите частоту этого признака в скрытом виде. Решение: q=0, 7*10 -2=0, 007 p=1 -0, 007= 0, 993 частота гетерозигот 2 pq=2* 0, 993*0, 007=0, 014 (14 человек из 1000 – носители гена альбинизма)
Фенилкетонурия (ФКУ) наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Необходимо рассчитать частоту гетерозигот по фенилкетонурии в детской популяции России. Известно, что частота ФКУ в России в среднем 1: 10 000 Решение: q 2 = 0, 0001 значит q=10 -2 p=1 -0, 01= 0, 99 частота гетерозигот 2 pq=2* 0, 99*0, 01=0, 0198 (~0, 02) (1 человек из 50 – носитель гена ФКУ)
Врожденный вывих бедра наследуется доминантно. Средняя пенетрантность составляет 25%. Заболевание встречаются с частотой 6: 10000. Определите число гомозиготных особей в популяции по рецессивному признаку. Решение: фенотипическое проявление вывиха бедра выявляется у 6 на 10000 (генотипы АА и Аа), но это - 25% от общего числа людей, имеющих этот аллель Следовательно, людей с генотипами АА и Аа 24: 10000 или 0, 0024 часть. Тогда людей с генотипом аа будет 1 – 0, 0024 = 0, 9976 часть или 9976 человек из 10000.
ПЕНЕТРАНТНОСТЬ ПЕНЕТРАНТНОСТЬ
(от лат. penetrans, род. падеж penetrantis - проникаюший, достигающий), частота проявления аллеля определённого гена у разных особей родственной группы организмов. Термин «П.» предложен в 1927 Н. В. Тимофеевым-Ресовским. Различают полную П. (аллель проявляется у всех особей) и неполную П. (аллель не проявляется у части особей). Количественно П. выражают в % особей, у к-рых данный аллель проявляется (100% - полная П.). Неполная П. свойственна проявлению мн. генов. Напр., у человека П. врождённого вывиха бедра 25%, П. дефекта глаза - колобомы - ок. 50%. В основе неполной П. могут лежать как генетич. причины, так и влияние внеш. условий. Знание механизмов П. и характера П. определённых аллелей имеет значение в медико-генетич. консультировании и определении возможного генотипа «здоровых» людей, родственники к-рых имели наследств, заболевания. Особыми случаями неполной П. можно считать проявление генов, контролирующих ограниченные полом признаки (напр., окраска оперения, яйценоскость, жирномолочность), а также признаки, зависимые от пола. Напр., аллель гена, вызывающий плешивость у мужчин гетерозиготных по этому аллелю, не проявляется у гетерозиготных женщин. В гомозиготном состоянии этот аллель вызывает облысение у мужчин и поредение волос у женщин. (см. ЭКСПРЕССИВНОСТЬ).
.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)
Смотреть что такое "ПЕНЕТРАНТНОСТЬ" в других словарях:
- (генетика популяций) показатель фенотипического проявления аллеля в популяции. Определяется как отношение (обычно в процентах) числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у… … Википедия
- (от лат. penetrans род. п. penetrantis проникающий), частота проявления гена, определяемая по числу особей (в пределах родственной группы организмов), у которых проявляется признак, контролируемый данным геном … Большой Энциклопедический словарь
Пенетрантность. См. проявление гена. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.
- (от лат. penetro проникаю, достигаю), частота, с которой доминантный или рецессивный ген в гомозиготном состоянии проявляется фенотипически. Термин ввел Н. В. Тимофеев Ресовский (1927). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная… … Экологический словарь
пенетрантность - и, ж. pénétrance f. Биол. сл. 377 … Исторический словарь галлицизмов русского языка
пенетрантность - проявление гена Частота проявления конкретного аллеля в группе родственных организмов (при этом степень его проявления у отдельной особи называют экспрессивностью); при полной П. имеет место проявление аллеля у всех особей выборки, большинство… … Справочник технического переводчика
Пенетрантность - * пенетрантнасць * penetrance частота или вероятность проявления гена (аллеля) в группе родственных организмов при соответствующих средовых условиях. П. определяется долей особей (в %) носителей изучаемого гена (аллеля), у которых он… … Генетика. Энциклопедический словарь
ПЕНЕТРАНТНОСТЬ - (репеtrance) частота, с которой данный признак контролируется тем или иным геном. Полная пенетрантность наблюдается в тех случаях, когда данный признак присутствует у всех индивидуумов, в организме которых имеется тот или иной ген. Если же… … Толковый словарь по медицине
- (от лат. penetrans, род. п. penetrantis проникающий), частота проявления гена, определяемая по числу особей (в пределах родственной группы организмов), у которых проявляется признак, контролируемый данным геном. * * * ПЕНЕТРАНТНОСТЬ… … Энциклопедический словарь
- (от лат. penetro проникаю, достигаю) количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный Ген проявился в Фенотипе, к общему числу особей, в Генотипе… … Большая советская энциклопедия
М
Николай Владимирович
Тимофеев-Ресовский
Экспрессивность выражают количественно. Частота встречаемости данного признака в поколении называется пенетрантностью (термин предложен Н.В.Тимофеевым-Рессовским в 1927 году). Количественно её выражают в процентах. Пенетрантность бывает полной (100% встречаемость признака) и неполной (встречаемость признака менее 100%). Например, у человека пенетрантность врождённого вывиха бедра составляет 25%, а пенетрантность дефекта глаза «колобомы» - около 50%.
Знание механизмов и характера экспрессивности имеет значение в медико-генетическом консультировании и определении возможного генотипа фенотипически «здоровых» людей, родственники которых имели наследственные заболевания. Явления экспрессивности указывают, что доминированием (проявлением доминантного аллельного гена) можно управлять, обоснованно осуществляя поиск средств, предотвращающих развитие наследственных аномалий и патологически отягощённой наследственности у человека. Тот факт, что один и тот же генотип может явиться источником развития различных фенотипов, имеет существенное значение для медицины. Это означает, что отягощённая наследственность не обязательно должна проявиться в развивающемся организме. В ряде случаев развитие болезни можно предотвратить, в частности диетой или лекарственными препаратами.
Известны одинаковые изменения фенотипа, обусловленные изменениями аллелей различных генов - генокопии. Их возникновение - следствие контроля признака многими генами. Поскольку биосинтез молекул в клетке, как правило, осуществляется многоэтапно, мутации разных генов, контролирующих различные этапы одного биохимического пути, могут приводить к одинаковому результату - отсутствию конечного продукта цепи реакций и, следовательно, одинаковому изменению фенотипа. Так, у человека известно несколько форм глухоты, вызываемых мутантными аллелями трёх аутосомных генов и одного гена Х-хромосомы. Однако в различных случаях глухота сопровождается либо пигментным ретинитом, либо зобом, или же аномалиями функции сердца. Проблема генокопий актуальна также в медицинской генетике для прогноза возможного проявления наследственных заболеваний у потомков, если родители имели сходные болезни или аномалии развития.
Ген, имеющийся в генотипе в необходимом для проявления количестве (1 аллель для доминантных признаков и 2 аллеля для рецессивных) может проявляться в виде признака в разной степени у разных организмов (экспрессивность) или вообще не проявляться (пенетрантность).
Модификационная изменчивость (воздействие условий окружающей среды)
Комбинативная изменчивость (воздействие других генов генотипа).
Экспрессивность – степень фенотипического проявления аллеля. Например, аллели групп крови АВ0 у человека имеют постоянную экспрессивность (всегда проявляются на 100%), а аллели, определяющие окраску глаз, – изменчивую экспрессивность. Рецессивная мутация, уменьшающая число фасеток глаза у дрозофилы, у разных особей по разному уменьшает число фасеток вплоть до полного их отсутствия.
Экспрессивность отражает характер и тяжесть симптомов, а также возраст начала заболевания.
Если человек, страдающий доминантной болезнью, хочет знать, насколько тяжело будет протекать болезнь у его ребенка, унаследовавшего мутацию, то он ставит вопрос об экспрессивности. С помощью генодиагностики можно выявить мутацию, даже не проявляющуюся, но нельзя предсказать диапазон экспрессивности мутации в данной семье.
Изменчивая экспрессивность, вплоть до полного отсутствия проявления гена, может быть обусловлена:
Влиянием генов, расположенных в том же или в других локусах;
Воздействием внешних и случайных факторов.
Пенетрантность – вероятность фенотипического проявления признака при наличии соответствующего гена. Например, пенетрантность врожденного вывиха бедра у человека составляет 25%, т.е. болезнью страдает только 1/4 рецессивных гомозигот. Медико-генетическое значение пенетрантности: здоровый человек, у которого один из родителей страдает заболеванием с неполной пенетрантностью, может иметь непроявляющийся мутантный ген и передать его детям.
Определяется по проценту особей в популяции из числа несущих ген, у которых он проявился. При полной пенетрантности доминантный или гомозиготно-рецессивный аллель проявляется у каждой особи, а при неполной пенетрантности – у части особей.
Пенетрантность может иметь важное значение при медико-генетическом консультировании в случае аутосомно-доминантных заболеваний. Здоровый человек, у которого один из родителей страдает подобным заболеванием, с точки зрения классического наследования не может быть носителем мутантного гена. Однако если учитывать возможность неполной пенетрантности, то картина совсем иная: внешне здоровый человек может иметь непроявляющийся мутантный ген, передать его детям.
Методы генодиагностики позволяют определить, есть ли у человека мутантный ген, и отличить нормальный ген от непроявляющегося мутантного гена.
На практике определение пенетрантности часто зависит от качества методов исследования, например, с помощью МРТ можно обнаружить симптомы болезни, которые раньше не выявляли.
С точки зрения медицины ген считают проявившимся даже при бессимптомном заболевании, если выявлены функциональные отклонения от нормы. С точки зрения биологии ген считают проявившимся, если он нарушает функции организма.
Полигенное наследование
Полигенное наследование – наследование, при котором несколько генов определяют проявление одного признака.
Комплементарность - такое взаимодействие генов, при котором 2 или более генов вызывают развитие признака. Например, у человека гены, ответственные за синтез интерферона, располагаются на 2 и 5 хромосомах. Для того чтобы организм человека мог продуцировать интерферон, необходимо, чтобы хотя бы по одному доминантному аллелю присутствовало одновременно и на 2, и на 5 хромосоме. Обозначим гены, связанные с синтезом интерферона и располагающиеся на 2 хромосоме - А (а), а на 5 хромосоме - В (в). Варианты ААВВ, АаВВ, ААВв, АаВв будут соответствовать возможности выработки организмом интерферона, а варианты аавв, ААвв, ааВВ, Аавв, ааВв - неспособностью.
Тип наследования признаков, обусловленных действием многих генов, каждый из которых оказывает лишь слабое действие. Фенотипически проявление полигенно обусловленного признака зависит от условий внешней среды. У потомков наблюдается непрерывный ряд вариаций количественного проявления подобного признака, а не появление четко различающихся по фенотипу классов. В ряде случаев при блокировании отдельного гена признак не проявляется вообще, несмотря на его полигенную обусловленность. Это свидетельствует о пороговом проявлении признака.
Так как на развитие полигенных признаков большое влияние оказывают факторы внешней среда, выявление роли генов в этих случаях затруднительно.
Полимерия - несколько генов действуют на один признак одинаково. При этом при формировании признака не важно, какой паре принадлежат доминантные аллели, важно их количество.
Например, на цвет кожи у человека влияет особое вещество - меланин, содержание которого обеспечивает палитру цвета от белого до чёрного (кроме рыжего). Наличие меланина зависит от 4-5 пар генов. Для упрощения задачи будем условно считать, что таких генов два. Тогда генотип негра можно записать - АААА, генотип белого - аааа. Светлокожие негры будут иметь генотип АААа, мулаты - ААаа, светлые мулаты - Аааа.
Плейотропия - влияние одного гена на появление нескольких признаков. Примером может служить аутосомно-доминантное заболевание из группы наследственных патологий соединительной ткани. В классических случаях лица с синдромом Марфана высоки (долихостеномелия), имеют удлинённые конечности, вытянутые пальцы (арахнодактилия) и недоразвитие жировой клетчатки. Помимо характерных изменений в органах опорно-двигательного аппарата (удлинённые трубчатые кости скелета, гипермобильность суставов), наблюдается патология в органах зрения и сердечнососудистой системы, что в классических вариантах составляет триаду Марфана.
Без лечения продолжительность жизни лиц с синдромом Марфана часто ограничивается 30-40 годами и смерть наступает вследствие расслаивающейся аневризмы аорты или застойной сердечной недостаточности. В странах с развитым здравоохранением больные успешно лечатся и доживают до преклонного возраста. Среди известных исторических личностей данный синдром проявлялся у А. Линкольна, Н. Паганини, К.И. Чуковского (рис. 3.4, 3.5).
Эпистаз - подавление одним геном другого, неаллельного. Примером эпистаза может служить "бомбейский феномен". В Индии описаны семьи, в которой родители имели вторую (АО) и первую (00) группу крови, а их дети - четвёртую (АВ) и первую (00). Чтобы ребёнок в такой семье имел группу крови АВ, мать должна иметь группу крови В, но никак не О. Было выяснено, что в системе групп крови ABO имеются рецессивные гены-модификаторы, которые подавляют экспрессию антигенов на поверхность эритроцитов, и фенотипически у человека проявляется группа крови О.
Ещё одним примером эпистаза может служить появление белых альбиносов в семье темнокожих. В данном случае рецессивный ген подавляет выработку меланина, и если человек гомозиготен по этому гену, то независимо от того, какое количество доминантных генов, ответственных за синтез меланина, он имеет, окрас кожи у него будет альбиотический (рис. 3.6).
 |
 |
Синдром Морриса - синдром нечувствительности к андрогенам (синдром тестикулярной феминизации) проявляется нарушениями полового развития, которые развиваются в результате слабого реагирования на мужские половые гормоны у лиц с мужским набором хромосом (ХУ). Первым ввёл термин "синдром тестикулярной феминизации" американский гинеколог Джон Моррис в 1953 году.
Данный синдром является наиболее известной причиной развития мужчины как девушки или наличия проявлений феминизации у мальчиков, которые родились с мужским набором хромосом и нормальным уровнем половых гормонов. Имеются две формы андрогенной нечувствительности: полная или частичная нечувствительность. Дети с полной формой нечувствительности имеют однозначно женский внешний вид и развитие, в то время как люди с частичной формой могут иметь сочетание женских и мужских внешних половых признаков, в зависимости от степени нечувствительности андрогенов. Частота заболеваемости - примерно 1-5 на 100000 новорождённых. Чаще встречается синдром частичной нечувствительности к андрогенам. Полная нечувствительность к мужским половым гормонам является очень редким заболеванием.
Заболевание обусловлено мутацией в гене ЛЯ на Х-хромосоме. Этот ген определяет функцию андрогенных рецепторов - белка, который реагирует на сигналы от мужских половых гормонов и запускает клеточный ответ. При отсутствии активности андрогенных рецепторов не будет происходить развития мужских половых органов. Андрогенные рецепторы необходимы для развития лобковых и подмышечных волос, регулируют рост бороды и деятельность потовых желез. При полной андрогенной нечувствительности нет андрогенной активности рецепторов. Если некоторые клетки имеют нормальное количество активных рецепторов, то это синдром частичной нечувствительности к андрогенам.
Синдром наследуется с Х-хромосомой как рецессивный признак. Это означает, что мутация, вызывающая синдром, расположена на X-хромосоме. Согласно некоторым сведениям, в частности исследованию причин гениальности В.П. Эфроимсоном, синдром Морриса был у Жанны д"Арк.
Плейотропное действие генов
Плейотропное действие генов - это зависимость нескольких признаков от одного гена, то есть множественное действие одного гена.
У дрозофилы ген белого цвета глаз одновременно влияет на цвет тела, длины, крыльев, строение полового аппарата, снижает плодовитость, уменьшает продолжительность жизни. У человека известна наследственная болезнь - арахнодактилия ("паучьи пальцы"-очень тонкие и длинные пальцы), или болезнь Марфана. Ген, отвечающий за эту болезнь, вызывает нарушение развития соединительной ткани и одновременно влияет на развитие нескольких признаков: нарушение строения хрусталика глаза, аномалии в сердечно-сосудистой системе.
