Закон расщепления (второй закон
Менделя) Этот закон называют законом
(независимого) расщепления. Когда у организма,
гетерозиготного по исследуемому признаку,
формируются половые клетки — гаметы,
то одна их половина несет один аллель
данного гена, а вторая — другой. Поэтому
при скрещивании таких гибридов Fl между
собой среди гибридов второго поколения
Рг в определенных соотношениях появляются
особи с фенотипами как исходных родительских
форм, так и Fr
F2 выявляются особи трех
возможных генотипов в соотношении
\АА : 1Аа : \аа. Иными словами, «внуки» исходных
форм — двух гомозигот, фенотипически
отличных друг от друга, дают расщепление
по фенотипу в соответствии со вторым
законом Менделя.
Однако это соотношение
может меняться в зависимости
от типа наследования. Так, в случае
полного доминирования выделяются
75% особей с доминантным и 25% с
рецессивным признаком, т.е. два фенотипа
в отношении 3:1. При неполном доминировании
и кодоминировании 50% гибридов второго
поколения (_F2) имеют фенотип гибридов
первого поколения и по 25% — фенотипы исходных
родительских форм, т.е. наблюдается расщепление
1:2:1.
Закон независимого комбинирования
(наследования) признаков (третий закон
Менделя)
Этот закон говорит о том,
что каждая пара альтернативных признаков
ведет себя в ряду поколений независимо
друг от друга, в результате чего среди
потомков первого поколения (т.е. в поколении
F2) в определенном соотношении появляются
особи с новыми (по сравнению с родительскими)
комбинациями признаков. Например, в случае
полного доминирования при скрещивании
исходных форм, различающихся по двум
признакам, в следующем поколении (F2) выявляются
особи с четырьмя фенотипами в соотношении
9:3:3:1. При этом два фенотипа имеют «родительские»
сочетания признаков, а оставшиеся два
— новые. Данный закон основан на независимом
поведении (расщеплении) нескольких пар
гомологичных хромосом. Так, при дигибридном
скрещивании это приводит к образованию
у гибридов первого поколения (Ft) 4 типов
гамет (АВ, Ав, ав, ав), а после образования
зигот — к закономерному расщеплению
по генотипу и, соответственно, по фенотипу
в следующем поколении (F2).
Закон независимого
комбинирования не соблюдается
в том случае, если гены, контролирующие
изучаемые признаки, сцеплены, т.е. располагаются
по соседству друг с другом
на одной и той же хромосоме
и передаются по следству как
связанная пара элементов, а не как отдельные
элементы.
Знание и
применение законов Менделя имеет
огромное значение в медико-генетическом
консультировании и определении
генотипа фенотипически «здоровых»
людей, родственники которых страдали
наследственными заболеваниями, а также
в выяснении степени риска развития этих
заболеваний у родственников больных.
6. Болезнь Гентингтона
(хорея Гентингтона) как пример доминантного
наследования.
Хорея Гентингтона (ХГ)
— дегенеративное заболевание нервных
клеток в базальных структурах переднего
мозга. Оно начинается с изменений личности
больного и сопровождается прогрессирующей
забывчивостью, слабоумием и появлением
непроизвольных движений. Обычно заболевание
диагностируется в зрелом возрасте (45—60
лет), и в течение последующих 15-20 лет пациент
полностью теряет контроль над моторикой
и когнитивной сферой. Способ лечения
этого заболевания пока неизвестен. Частота
встречаемости ХГ составляет примерно
1 на 20 000 человек. ХГ передается по наследству
как доминантный признак. Индивидуум,
страдающий ХГ, является носителем одного
доминантного аллеля (X), вызывающего развитие
заболевания, и одного нормального (рецессивного)
аллеля (х). Крайне редки случаи, когда
пациент имеет два доминантных аллеля
— эта ситуация предполагает, что оба
родителя такого пациента страдают ХГ.
Люди, не страдающие ХГ, обладают двумя
рецессивными аллелями (хх). Родитель,
страдающий ХГ, чаще всего является носителем
генотипа Хх и в момент скрещивания порождает
гамету (яйцо или спермий) либо с X, либо
с х аллелем. Гаметы нормального родителя
всегда содержат рецессивные аллели х.
Дети таких родителей всегда наследуют
один здоровый аллель, передаваемый по
наследству нормальным родителем. Однако,
поскольку при зачатии аллели родителей
комбинируются по случайному закону, для
каждого из потомков вероятность наследования
аллеля X от родителя, страдающего ХГ, составляет
50%. Этим и объясняется тот факт, что у родителей,
пораженных ХГ, только 50% детей страдают
тем же заболеванием. Для ХГ характерна
одна особенность: первые симптомы этого
заболевания проявляются лишь в зрелом
возрасте, т.е. тогда, когда большинство
людей уже создали семью и обзавелись
детьми. В ином случае пациенты, страдающие
ХГ, вообще не могли бы иметь потомков,
так как умирали бы до наступления половой
зрелости. Передача по наследству доминантного
аллеля X возможна именно потому, что его
летальный эффект не проявляется до начала
репродуктивного периода.
Эта особенность развития
ХГ создает чрезвычайно щепетильную
психологическую ситуацию. В 1993 г. ученые
открыли ген на хромосоме 4, вызывающий
ХГ, и разработали молекулярно-генетический
метод, позволяющий тестировать
каждого человека с тем, чтобы
определить, является ли данный
индивидуум носителем патологического
аллеля-мутанта (аллеля X).
7. Фенилкетонурия
как пример рецессивного наследования.
Закон расщепления
объясняет и наследование фенилкетонурии
(ФКУ) — заболевания, развивающегося в
результате избытка важной аминокислоты
— фенилаланина в организме человека.
Избыток фенилаланина приводит к развитию
умственной отсталости. Частота встречаемости
ФКУ относительно низка (примерно 1 на
10 000 новорожденных), тем не менее около
1% умственно отсталых индивидуумов страдают
ФКУ, составляя, таким образом, сравнительно
большую группу пациентов, умственная
отсталость которых объясняется однородным
генетическим механизмом.
Пациенты, страдающие
ФКУ, обычно имеют здоровых
родителей. Кроме того, ФКУ чаще
встречается в семьях, в которых
родители являются кровными родственниками.
ФКУ передается по
рецессивному типу наследования,
т.е. генотип больного содержит
два аллеля ФКУ, полученные от обоих
родителей. Потомки, которые имеют только
один такой аллель, не страдают заболеванием,
но являются носителями аллеля ФХУ и могут
передать его своим детям. Каждый из родителей
имеет один аллель ФКУ и один нормальный
аллель. Вероятность того, что каждый ребенок
может унаследовать аллель ФКУ от каждого
из родителей, составляет 50%. Вероятность
того, что ребенок унаследует аллели ФКУ
от обоих родителей одновременно, составляет
25%. Знания, имеющиеся в нашем распоряжении,
позволяют проводить своевременную пренатальную
диагностику с тем, чтобы определить, унаследовал
ли развивающийся зародыш две копии аллеля
ФКУ от обоих родителей.
8. Неменделевская
генетика. Болезнь Дауна как пример хромосомных
аберраций.
В ходе исследований
выяснилось, что законам Менделя
подчиняются только относительно
немногие генетически контролируемые
признаки. Оказалось, что у человека
большинство и нормальных, и патологических
признаков детерминируются иными
генетическими механизмами, которые
стали обозначать термином «неменделевская
генетика». Таких механизмов существует
множество: хромосомные аберрации (синдром
Дауна); наследование, сцепленное с полом
(цветовая слепота); импринтинг (синдромы
Прадера—Вилли, Энгельмана); появление
новых мутаций (развитие раковых заболеваний);
экспансия (инсерция) повторяющихся нуклеотидных
последовательностей (мышечная дистрофия
Дюшенна); наследование количественных
признаков (сложные поведенческие характеристики).
Синдром Дауна (СД) -частота
встречаемости достаточно высока и, во-вторых,
фенотип этого заболевания легко узнаваем:
больным СД свойственны характерные внешние
черты, выражение лица и умственная отсталость.
К 30-м годам 20 века было
высказано предположение, что это
заболевание развивается в результате
аберрации хромосом (структурных
отклонений в хромосомном наборе),
причиной которой служит их нерасхождение
в процессе мейоза. СД вызывается трисомией
хромосомы 21, т.е. наличием в клетках трех,
а не двух, как обычно, хромосом. Сегодня
известно, что примерно 1 из 600 новорожденных
является носителем этой аномалии. Пациенты
с СД составляют около 25% всех умственно
отсталых, формируя самую большую этиологически
однородную группу умственно отсталых.
Во время формирования
половых клеток — гамет —
все 23 пары хромосом делятся, и
каждая гамета становится носителем
одной хромосомы из каждой
пары. Когда спермий оплодотворяет
яйцеклетку, хромосомные пары восстанавливаются,
причем в каждой паре одна
хромосома приходит от матери,
вторая — от отца. Несмотря
на отлаженность процесса образования
гамет, в нем случаются ошибки,
и тогда разделение хромосомных
пар нарушается — появляется
гамета, которая содержит не одну
хромосому, а их пару. Это нарушение
называется нерасхождением хромосом.
Когда такая гамета при оплодотворении
сливается е нормальной гаметой, образуется
клетка с тремя одинаковыми хромосомами;
подобное явление и называется трисомией.
Нерасхождение хромосом служит главной
причиной спонтанных абортов в течение
первых нескольких недель жизни плода.
Тем не менее существует некоторая вероятность
того, что зародыш с аномальным хромосомным
набором продолжит развитие. Точная причина
нерасхождения неизвестна. Надежным коррелятом
трисомии-21 является возраст матери: согласно
исследованиям, у 56% матерей старше 35 лет
плоды оказываются носителями трисомии-21,
и в таких случаях примерно 90% диагностированных
женщин предпочитают искусственно прервать
беременность.
9. Наследование, сцепленное
с полом (х-хромосомой): цветовая слепота
Наиболее часто встречающийся
пример цветовой слепоты —
неразличение красного и зеленого цветов
(синдром, развивающийся в результате
недостатка соответствующего цветопоглощающего
пигмента в сетчатке глаза). Цветовая слепота
встречается чаще у мужчин, чем у женщин.
Цветовая слепота вызывается
рецессивным аллелем с на Х-хромосоме.
В результате того, что мужчины получают
свою единственную Х-хромосому от матери,
даже одного аллеля, вызывающего цветослепоту,
достаточно, чтобы у мужчины, унаследовавшего
аллель с на Х-хромосоме матери, развилось
это заболевание. Для женщин же одной копии
аллеля с недостаточно, они должны унаследовать
две Х-хромосомы, несущие гены цветовой
слепоты. Именно этим объясняется то, что
у мужчин цветовая слепота встречается
чаще, чем у женщин.
У человека существует
пара хромосом, которая различается
у мужчин и женщин. Женщины
имеют две Х-хромосомы, а мужчины
несут одну Х- и одну У-хромосому.
У-хромосома значительно меньше по размеру,
чем любая другая хромосома в геноме человека,
и содержит «мужские гены», а также относительно
небольшое количество генов, отвечающих
за другие признаки. Сын и дочь наследуют
одну хромосому X от матери; от отца дочери
наследуют вторую Х-хромосому, а сыновья
— У-хромосому. Сыновья не могут унаследовать
отцовскую Х-хромосому (если в зародыше
сольются две Х-хромосомы — одна от матери,
другая от отца, то это слияние и определит
пол ребенка, т.е. разовьется женская особь).
Дочери наследуют одну Х-хромосому от
своих отцов, но для проявления рецессивных
признаков они должны получить идентичную
копию рецессивного аллеля от своих матерей.
Если семья состоит из цветослепой матери
и нормального отца, то это означает, что
мать несет два аллеля с (по одному на каждой
из Х-хромосом), а на Х-хромосоме отца располагается
нормальный аллель С. Поэтому каждый из
сыновей неизбежно унаследует одну из
Х-хромосом матери, несущую с-аллель, и,
соответственно, будет страдать цветовой
слепотой. Все дочери тоже унаследуют
одну из Х-хромосом матери, несущую аллель
с, однако в результате того, что они получают
Х-хромосому отца с нормальным аллелем
С, фенотипически они будут нормальны,
но будут носителями рецессивного признака.
В случае, когда семья состоит из цветослепого
отца и здоровой матери, не являющейся
носителем рецессивного аллеля, фенотипически
все дети здоровы, но все дочери окажутся
носителями аллеля цветовой слепоты, поскольку
унаследовали отцовскую Х-хромосому, содержащую
аллель с. Если же одна из дочерей образует
семью с мужчиной, нормально различающим
цвета, то половина ее сыновей (но ни одна
из дочерей!) будут страдать цветовой слепотой.
Половина дочерей такой женщины будет
нести аллель с, который может проявиться
в следующем поколении.
10.Импринтинг как
механизм наследования. Синдромы Прадера-Вилли
и Энгельмана
Клиническая картина синдрома
Прадера-Вилли (СПВ) включает широкий спектр
поведенческих (например, переедание,
несдержанный темперамент, подавленное
состояние, депрессия) и физических (ожирение,
низкий рост) признаков. Среди симптомов
синдрома Энгельмана (СЭ) называются умственная
отсталость, неуклюжая походка и частый
неадекватный смех. Примечательно, что
в развитие этих двух фенотипически разных
заболеваний вовлечен один и тот же участок
хромосомы 15; разница состоит в том, от
кого эта хромосома наследуется — от отца
или от матери. Такой генетический механизм
называется эффектом запечатления (гаметного/генного
запечатления или импринтинга) — зависимостью
проявления (экспрессии) гена от того,
от кого (отца или матери) наследуется
данный ген.
Механизм, по которому
метится (запечатлевается) один из
аллелей, неизвестен. Если мутантная
хромосома 15 наследуется от отца, то ребенок
страдает СПВ; если от матери, то у ребенка
развивается СЭ.
11. Наследование сложных
поведенческих признаков.
Существует целый ряд
признаков человека, классификация
которых или вообще невозможна,
или возможна только со специальными
оговорками. Такие признаки называются
количественными (или континуальными)
(например, рост, вес, баллы IQ и др.). Распределить
людей на альтернативные группы
по таким признакам (высокие и
низкие, «умные» и «глупые») можно
только условно.
Каждый
психологический признак в своем
развитии зависит от очень
большого количества факторов (и
многих генов, и многих средовых
обстоятельств), действующих в благоприятном
или неблагоприятном направлении.
И именно нормальное распределение
отражает фенотипическое разнообразие,
возникающее в результате воздействия
множественных факторов на исследуемый
признак.
Механизм передачи
по наследству интеллектуальных
способностей не соответствует
законам Менделя. С целью описания
механизмов передачи по наследству
континуальных признаков Гальтон
предложил статистический аппарат, который
до сих пор широко используется учеными.
Он создал статистику, которую назвал
«кореляция» и которая затем превратилась
в известный всем коэффициент корреляции.
Корреляции, описывающие сходство родственников
по тестам интеллекта, также зависят от
степени их кровного родства. Наследуемость
сложных поведенческих признаков обеспечивается
очевидно, многими генами. Такие признаки
называются полигенными.