26. Роль наследственных и средовых факторов в определении половой принадлежности организма. Эпигамное, прогамное и сигамное определение пола у различных организмов.

Роль наследственных и средовых факторов в определении половой принадлежности организма.

Соотносительная роль наследственной программы и факторов среды в формировании фенотипа особи может быть прослежена на примере развития признаков половой принадлежности организма.

У большинства видов развитие признаков пола осуществляется на основе наследственной программы, заключенной в генотипе. Однако известны примеры, когда половая принадлежность организма целиком зависит от условий, в которых он развивается. Так, у морского червя Bonellia viridis пол зависит от того, будет зигота развиваться в непосредственном контакте с материнским организмом или самостоятельно. В первом случае образуется самец, во втором —самка.

У высших организмов значение среды в определении признаков пола, как правило, невелико. Вместе с тем даже для них известны примеры, когда в определенных условиях развития происходило переопределение пола на противоположный, несмотря на имеющуюся комбинацию хромосом в зиготе. Возможность переопределения пола обусловлена тем, что первичные закладки гонад у эмбрионов всех животных изначально бисексуальны. В процессе онтогенеза происходит выбор направления развития закладки в сторону признаков одного пола, включая дифференцировку половых желез, формирование половых путей и вторичных половых признаков. Первостепенная роль в развитии мужского или женского фенотипа принадлежит гормонам, образуемым гонадами.

Ведущим началом в дифференцировке пола являются гены, контролирующие уровень мужских и женских половых гормонов. Соотношение этих гормонов в организме является особенно важным для формирования и поддержания соответствующих признаков. Так как у млекопитающих и человека дифференцировка пола начинается очень рано, то полное переопределение пола в эмбриогенезе у них невозможно. Известны, однако, случаи, в частности у крупного рогатого скота, когда в разнополых двойнях рождались бесплодная телочка — интерсекс (фри-мартин) — и бычок. Это происходит потому, что клетки семенников мужского эмбриона начинают синтез соответствующего гормона раньше, чем клетки яичников эмбриона женского пола, оказывая на организм последнего маскулинизирующее действие, вплоть до формирования половых органов мужского типа.

У некоторых видов в ходе обычного онтогенеза при определенных условиях происходит естественное переопределение пола. Так, в Тихом океане обитают рыбки Labroides dimidiatus, живущие стайками из самок и одного самца. Каждый из членов такой семьи, кроме самца, постоянно находится в состоянии стресса, источником которого является самец. При этом уровень напряженности различается от самки к самке, так что можно выделить α-, β-, γ- самок и т.д. Гибель самца вызывает превращение α-самки (главной самки, сбрасывающей напряжение) в самца с полноценными семенниками. Описанное переопределение зависит от уровня в организме гормонов, выделяемых клетками надпочечников.

У человека угнетение эндокринной функции яичников, наступающее после прекращения гаметогенеза (в определенном возрасте у женщин), приводит к появлению некоторых вторичных признаков мужского пола, например росту волос на лице.

Искусственное изменение условий развития организмов в эксперименте приводит у некоторых видов к полному переопределению пола, вплоть до появления способности образовывать гаметы противоположного пола (некоторые виды амфибий, рыб, птиц). Например, кормление мальков самцов аквариумных рыбок до 8 мес. пищей с добавкой эстрогенов превращало их в самок, способных к скрещиванию с натуральными самцами и образованию полноценного потомства. В экспериментах на курах удаление половых желез до окончания периода полового созревания или подсадка гонад противоположного пола вели к появлению вторичных признаков другого пола: у курицы развивались петушиное оперение и инстинкты петуха, а петух приобретал куриное оперение. Исходная генетическая конституция, в том числе и по половым хромосомам, при этом оставалась прежней.

Из примеров, рассмотренных выше, следует, что генотип особи заключает в себе информацию о возможности формирования признаков того или иного пола, которая реализуется лишь при определенных условиях индивидуального развития. Изменение этих условий может стать причиной переопределения признаков пола. При этом у организмов разных видов относительное значение генетических и средовых факторов не одинаково: у одних видов определяющим фактором является среда, у других — наследственная программа.

Пол — это совокупность признаков и свойств организма, определяющих его участие в размножении.

Различают несколько типов детерминации пола по отношению к оплодотворению:

Прогамный – детерминация пола происходит в процессе созревания яйцеклеток. Это связано с тем, что в процессе оогенеза не равномерно распределяется цитоплазма, возникают малые и большие ооциты, имеющие одниковый набор хромосом. После оплодотворения из больших яйцеклеток развиваются самки, из малых –самцы. Таким образом, половая детерминация происходит после оплодотворения. Такой тип детерминации пола наблюдается у первичных кольчецов, тлей,коловраток.

Эпигамный – детерминация пола происходит после оплодотворения под влияние разнообразных внешних условий. У морского червя Bonellia viridis самцы и самки развиваются в зависимости от контакта личинки с материнским организмом. Если личинска попадает на хоботок самки – матери, то она вначале проникает в рот, далее – в матку, где дифференцируется в самца. Такой самец оплодотворяет яйцеклетки самки и остается там на всю жизнь. У некоторых рептилий, таких как черепахи и крокодилы, дифференцирующим фактором является температура в определенный период развития яйца.

Сингамный – пол зиготы дифференцирован с момента оплодотворения. Такой тип наследования пола наблюдается у животных , самки и самцы которых продуцируют два типа гамет с различными половыми хромосомами, т.е. это гетерогаметный пол.

Особи гомогаметного пола могут быть оплодотворены двумя различными типами гамет, формирующихся у особей гетерогаметного пола. Такой тип детерминации пола наблюдается у михи-дрозофилы, человека и других животных.

Эусингамный – гапло – диплоидный тип детерминации пола. Данный тип широко распространен у пчел, ос, муравьев, пилильщиков и наездников. У этих животных нет половых хромосом. Самки, которые развиваются из оплодотворенных яиц, - диплоидные. Самки бывают двух типов: матки и рабочие пчелы. Развитие самок определяется количеством и качеством пищи, которую получила личинка. В соматических клетках трутней число хромосом вторично удваивается, это приводит к гомозиготизации рецессивных генов, к снижению жизнедеятельности.

27. Генетика пола. Аутосомы и гетерохромосомы. Доказательства генетического определения признаков пола. Хромосомное определения признаков пола. Хромосомное определение пола у различных организмов и человека.

Аутосомы - парные хромосомы, одинаковые для мужских и женских организмов. В клетках тела человека 44 аутосомы (22 пары).

Гетерохромосомы -хромосомы, морфологически отличающиеся от хромосом, образующих вместе с ними гомологический ряд.

Доказательства генетического определения признаков пола

Важным доказательством в пользу наследственной детерминированности половой принадлежности организмов является наблюдаемое у большинства видов соотношение по полу 1:1.

Такое соотношение может быть обусловлено образованием двух видов гамет представителями одного пола (гетерогаметный пол) и одного вида гамет — особями другого пола (гомогаметный пол). Это соответствует различиям в кариотипах организмов разных полов одного и того же вида, проявляющимся в половых хромосомах. У гомогаметного пола, имеющего одинаковые половые хромосомы XX, все гаметы несут гаплоидный набор аутосом плюс Х-хромосому. У гетерогаметного пола в кариотипе кроме аутосом содержатся две разные или только одна половая хромосома (XY или ХО). Его представители образуют два вида гамет, различающиеся по гетерохромосомам: Х и Y или Х и 0.

У разных видов организмов хромосомный механизм определения пола реализуется по-разному. У человека и других млекопитающих, а также у дрозофилы гомогаметным является женский пол (XX), а гетерогаметным — мужской (XY). У некоторых насекомых (клопы рода Protenor) гетерогаметный мужской пол имеет лишь одну Х-хромосому (ХО). У птиц и некоторых насекомых женский пол является гетерогаметным (XY), а мужской — гомогаметным (XX). У некоторых бабочек гетерогаметный женский пол имеет одну Х-хромосому (ХО). В большинстве выше описанных случаев пол вновь образующегося организма определяется сочетанием половых хромосом, возникающим в зиготе при оплодотворении.

Таким образом, хромосомный механизм определения половой принадлежности организмов обеспечивает равновероятность встречаемости представителей обоих полов.

Исследования, проведенные на дрозофиле, обнаружили незначительную роль Y-хромосомы в определении пола. Особи с кариотипом ХО внешне являются типичными самцами, но стерильными, а особи с кариотипом XXY — плодовитые самки. Y-хромосома у дрозофилы по размеру близка к Х-хромосоме, однако она генетически инертна, так как состоит в основном из гетерохроматина. В связи с этим первичное определение пола у дрозофилы обусловлено не столько сочетанием в зиготе Х- и Y-хромосом, сколько соотношением числа Х-хромосом и наборов аутосом (половой индекс). У нормальных самок половой индекс равен 1 (2Х:2А), у нормальных самцов — 0,5 (XY:2A). Увеличение полового индекса более 1 при увеличении дозы Х-хромосомы (ЗХ:2А) приводит к развитию сверхсамок, а величина этого показателя ниже 0,5 (XY:3A) обеспечивает появление самцов. При значениях полового индекса более 0,5, но менее 1 (2Х:ЗА) развиваются интерсексы.

О значении дозы Х-хромосом в определении пола у дрозофилы свидетельствует развитие латерального гинандроморфизма у мух при утрате Х-хромосомы одной из клеток на стадии первого деления зиготы. В результате половина тела, развивающаяся из клетки с нормальным кариотипом (2АХХ), несет признаки самки, а другая половина, клетки которой лишены одной Х-хромосомы (2АХО), имеет признаки самца.

Существует гипотеза генного баланса, в соответствии с которой организм изначально бисексуален, т.е. несет в себе задатки и мужского, и женского полов. Развитие признаков одного из них в ходе онтогенеза определяется балансом женских и мужских генов — детерминаторов пола. У дрозофилы эти гены сосредоточены не только в половой Х-хромосоме, но и в аутосомах. Поэтому пол организма у них зависит от соотношения этих хромосом. У плодовой мухи Y-хромосома, будучи генетически инертной, в определении признаков пола не участвует.

У человека Y-хромосома играет важную роль в детерминации пола. Она содержит определенное количество генов, часть из которых гомологична генам Х-хромосомы, а часть не имеет в ней гомологов и наследуется только по мужской линии. Некоторые из этих генов непосредственно связаны с детерминацией мужского пола. Поэтому у человека присутствие Y-хромосомы в кариотипе независимо от количества Х-хромосом (2AXXY, 2AXXXY) обеспечивает развитие мужского пола. Особи с кариотипом 2АХО являются женщинами, несмотря на уменьшение дозы Х-хромосомы. Однако значение баланса генов в определении половой принадлежности организма подтверждается тем, что особи с кариотипами 2АХО, 2АХХХ, 2AXXY, 2AXXXY и т.д. отличаются наличием пороков развития и часто стерильны.

Как было отмечено, у большинства видов животных пол организма определяется сочетанием или количеством половых хромосом в диплоидном наборе аутосом. Однако у некоторых насекомых (пчелы, муравьи, осы) представители разных полов отличаются числом наборов хромосом. Самки у них развиваются из оплодотворенных яиц и поэтому диплоидны, самцы — из неоплодотворенных яиц и первично гаплоидны. В такой ситуации соотношение по полу зависит от того, происходит оплодотворение или нет. Половой состав популяции может быть различным в разные периоды ее жизни.

Зависимость половой принадлежности организмов от сочетания или количества половых хромосом в его кариотипе свидетельствует о том, что гены, определяющие пол, располагаются главным образом в этих хромосомах. Однако известен целый ряд примеров, указывающих на то, что в развитии признаков пола принимают участие также гены, локализованные в аутосомах. В частности, в геноме дрозофилы присутствует ген, называемый трансформатором. Рецессивный аллель этого гена в гомозиготном состоянии tt превращает женские зиготы 2Х в фенотипических самцов, которые оказываются стерильными. Самки¹ XXt+t+ или XXt+t плодовиты, особи с кариотипом XYtt — нормальные самцы, организмы с кариотипом XXtt — превращенные стерильные самцы.

У человека развитие организма по мужскому типу обеспечивается не только геном, расположенным в Y-хромосоме и определяющим способность к синтезу мужского полового гормона — тестостерона, но и Х-сцепленным геном, контролирующим синтез белка-рецептора этого гормона. Мутация упомянутого Х-сцепленного гена приводит к развитию синдрома тестикулярной феминизации.

Хромосомное определение пола у различных организмов и человека.

Важнейшая роль в генетической детерминации пола принадлежит хромосомному аппарату. При изучении кариотипа мухи-дрозофилы было доказано, что кариотипы самок и самца различны, и это различие – по одной из 2-х пар хромосом, которые названы половыми хромосомами. Остальные 3 пары называют аутосомами. У самки – две одинаковые половые хромосомы, их обозначили как Х-хромосомы, у самца одна Х-хромосома, идентичная женской половой хромосоме, другая- короткая Y-хромосома. От сочетания Х- и У- хромосом зависит пол насекомых. Самки дрозофилы будут образовывать только один тип гамет(3А+Х), тогда как в гонадах самцов будут образовываться два типа гамет (3А+У) и (3А+Х). В данном случае женский пол называют гомогаметным, а мужской гетерогаметным. У человека гомогаметный пол – женский. Все яйцеклетки женщины содержат гаплоидный набор аутосом и одну Х-хромосому(22+Х). У мужчин сперматозоиды могут быть 2-х типов:одна половина несет гаплоидный набор хромосом и Х-хромосому, друная половина- гаплоидный набор аутосом и У-хромосому. Мужской пол у человека, соответсвенно, гетерогаметен. Такой тип наследования пола встречается у млекопитающих, рыб, у двукрылых насекомых, у двудольных растений.

Другой тип наследования пола набдюдается у кур. Гетерогаметным является женский пол (WZ), а гомогаметным – мужской (ZZ). Такой же тип наследования пола наблюдается у бабочек, птиц, некоторых рыб и земноводных.

Третий тип хромосомного наследования пола характерен для клопов, жуков, прямокрылых насекомых, пауков, многоножек и нематод. Женские особи имеют гомогаметный генотип(ХХ)? Продуцируют гаметы с Х-хромосомой, мужские особи имеют моногаметныйй тип(Х0), производят сперматозоиды с Х-хромосомой или без нее(0).

В природе более распространен ггетерогаметный мужской пол (ХУ, Х0).

28. Первичные и вторичные половые признаки. Предопределение пола в процессе пола в процессе развития. Нарушение развития пола на примере синдрома тестикулярной феминизации(синдрома Мориса). Наследование, сцепленное с полом. Примеры.

Пол организма представляет собой важную фенотипическую характеристику, которая проявляется в совокупности свойств, обеспечивающих воспроизведение потомства и передачу ему наследственной информации. В зависимости от значимости этих свойств различают первичные и вторичные половые признаки.

Под первичными половыми признаками понимают морфофизиологические особенности организма, обеспечивающие образование половых клеток — гамет, сближение и соединение их в процессе оплодотворения. Это наружные и внутренние органы размножения.

Вторичные половые признаки развиваются под влиянием женских или мужских половых гормонов. К ним относятся:

разница в росте и строении опорно-двигательной системы;

развитие и строение таза;

оволосение тела;

строение и развитие молочных желез.

Развитие любого признака организма, в том числе развивающихся при участии гормона, генетически детерминировано. Многие гормоны являются индукторами транскрипции. В первую очередь это относится к стероидным гормонам, которые обратимо связываются белками-рецепторами, переносящими их в ядро. Такой комплекс связывается со специфическими участками генов. Так, тестостерон активирует гены, определяющие развитие вторичных половых признаков по мужскому типу.

На ранних этапах развития половые железы представлены в виде парных выпячиваний эпителия стенки тела, получивших названия генитальных валиков. Эти выпячивания в дальнейшем обособляются от стенки тела. Зачатки гонад вначале лишены половых клеток. Развитие пола у человека контролируется группой генов, находящихся как в половых хромосомах, так и в аутосомах. Гонады у человека до шестинедельного возраста не являются ни мужскими, ни женскими. Первичная дифференцировка начинается с формировнаия недифференцированной ткани гонад – семенников или яичников. Этот процесс контролируется генами.

У человека и млекопитающих У-хромосома играет решающую роль в развитии пола. Если у эмбриона отсутствует У-хромосома или в ее составе отсутствуют гены, детерминирующие пол, развитие идет по женскому типу при любом числе Х-хромосом. Особь, имеющая Х0-хромосомы, формируется по женскому типу, но имеет свою специфику, у человека это называют синдром Шерешевского-Тернера. При наличии У-хромосомы и двух, трех, четырех Х-хромосом в кариотипе, формируется мужской фенотип, но с определенными отклонениями, у человека это является синдромом Клайнфельтера. Y-хромосома резко отличается от других хромосом. Она небольшая по размеру , содержит всего 1,6% ДНК генома, на ней определены гены, характеризующиеся голандрическим типом наследования.

В У-хромосоме имеются области, гомологичные Х-хромосоме, что обеспечивает их мейотическое спаривание и рекомбинацию.

Генетическая значимость У-хромосомы связана не толко с первичной детерминацией пола, но и с контролем гаметогенеза. В коротком плече У-хромосомы в пол-определяющем районе, в дистальной части находится ген SRY, кодирующий белок. Этот белок имеет участок, который специфически связывается с регуляторными последовательностями ДНК в обласи промоторов генов, детерминирующих половую дифференцировку, т.е детерминирующий формирование семенников. Ген SRY активен исключительно во время раннего эмбрионального развития и экспрессирован толко в клетках Сертоли. Его задача- заставить недифференцированные гонады развиться в яички.

В У-хромосоме кроме гена SRY имеются другие гены. В длинном плече У-хромосомы находится локус AZF, который участвует в генетической регуляции сперматогенеза у человека. Предполагают,что развитие яичников связано с геном DAX1, расположенном в коротком плече Х-хромосомы. До начала половой дифференцировки выводящая система эмбриона представлена двумя типами протоков: Вольфовым и Мюллеровым, производными первичной почки. Эти протоки – основа развития будущих внутренних гениталий.

Ранние эмбриональные семенники продуцируют 2 гормона: тестостерон и Мюллер-ингибирующий фактор MIF, вызывающий регрессию Мюллеровых протоков.

Ген, детерминирующий MIF, располагается в коротком плече 19 хромосомы, секреция анти-Мюллерова гормона идет в клетках Лейдига.

В яичнике же, как созревание яйцеклеток, так и образование половых гормонов –эстрогенов протекает в фолликулах.

Нарушение развития пола

Нарушения развития пола происходят на любом уровне половой детерминации или дифференцировки, из-за мутаций или перестроек Х- или У- хромосомы. Иногда гонады не соответствуют системе половых протоков или наружным гениталиям. Кроме того, наружные гениталии могут быть двоякими, т.е. частично женскими, частично мужскими. При истинном гермафродитизме гонады содержат как тестикулярные ткани, так и ткани яичника.

Эффект тестостерона на дифференцировку самца зависит от функции андрогенового рецептора. Ген андрогенового рецептора расположен в Х-хромосоме. Мутация данного гена приводит к нечувствительности клеток к андрогену. Индивидуумы с таким нарушением имеют кариотип ХУ, нормальный ген SRY и семенники, которые производят тестостерон. Но так как тестостерон не может проникнуть в клетки тканей, то в результате развивается организм по женскому типу. У человека такое отклонение называется синдром Мориса или тестикулярная феминизация. Ген тестикулярной феминизации передается потомству только от женщин, т.к. феминизированные мужчины бесплодны. Таким образом, когда тестостерон отстутсвует или неэффективен из-за дефекта рецептора, половая ориентация является женской.

Наследование, сцепленное с полом.

Гены, находящиеся в половых хромосомах, называют сцепленными с полом. В Х-хромосоме имеется участок, для которого в У-хромосоме нет гомолога. Поэтому у особей мужского пола признаки, определяемые генами этого участка, проявляются даже в том случае, если они рецессивны. Эта особая форма сцепления позволяет объяснить наледование признаков, сцепленных с полом.

Т.Морган и его сотрудники заметили, что наследование окраски у дрозофилы зависит от пола родительских особей, имеющих альтернативные аллели. Красная окраска глаз доминирует над белой. При скрещивании красноглазого самца с белоглазой самкой в F1 получали равное количество красноглазых самок и белоглазых самцов. Однако при скрещивании белоглазого саца с красноглазой самкой в F1 были получены в равном числе красноглазые самцы и самки. Прискрещивании этих мух F1 между собой были получены красноглазые самки, красноглазые и белоглазые самцы? Но не было белоглазой самки. Факт, что у самцов частота проявления рецессивного признака была выше, говорил о том , что ген, определяющий белоглазость, находится в Х-хромосоме, а У-хромосома лишена гена окраски глаз. Морган скрестил белоглазого самца с красноглазой самкой, в результате чего были получены красноглазые самцы и белоглазые самки и самцы. Морган заключил, что только Х-хромосома несет ген окраски глаз. Это явление известно под название наследования, сцепленного с полом.

При локализации генов в негомологичных участках в Х или в У – хромосомах наблюдается полное сцепление с полом. У человека с Х-хромосомой сцеплены гемофилия, дальтонизм, мышечная дистрофия, потемнение эмали зубов. Наследование таких признаков отклоняется от закономерностей , установленных Менделем. Х-хромосома закономерно переходит от одного пола к другому, при этом дочь получает Х-хромосому отца, а сы-матери. Наследование,прикотором сыновья наследуют прзнак матери, а дочери – отца, называется крисс-кросс последовательностью.

У человека в У-хромосоме содержатся, по крайней мере, три гена, один из которых необходим для дифференцировки семенников, второй требуется для проявления антигена гистосовместимости, третий оказывает влияние на размер зубов. У-хромосома имеет несколько генов, отвечающх за патологические признаки. Среди них ген, отвечающий за гипертрихоз, наличие перепонок на нижних конечностях, один из видов ихтиоза.