4. Взаємодія алельних генів (повне і неповне домінування, наддомінування, кодомінування)

До складу генотипу входить велика кількість генів, які функціонують і взаємодіють як цілісна система. Г. Мендель у своїх дослідах виявив тільки одну форму взаємодії між алельними генами – повне домінування одного алеля і повну рецесивність іншого. Генотип організму не можна розгля­дати як просту суму неза­леж­них генів, кожен з яких функціонує поза зв’язком з іншими. Феноти­пові прояви тієї або іншої ознаки є резу­ль­татом взаємодії багатьох генів.

Розрізняють дві основних групи взаємодії генів: взаємодія між алельними генами і взаємодія між неа­ле­льними генами. Проте слід розуміти, що це не фізична взаємодія самих генів, а взаємодія первинних і вто­рин­них продуктів, які зумовлять ту чи іншу ознаку.

Гени, які займають ідентичні (гомологічні) локуси в ідентичних (гомологічних) хромосомах, нази­ваю­ть­ся алельними. У кожного організму є лише два алельних гени.

Відомо такі форми взаємодії між алельними генами: повне домінування, неповне домінування, неза­леж­ний прояв (кодомінування) і зверхдомінування.

Повне домінування – основна форма взаємодії, яке вперше описано Г. Менделем. Суть його по­ля­гає в тому, що в гетерозиготного організму прояв одного з алелей домінує над проявом іншого.

За повного домінування розщеплення за генотипом 1:2:1 не збігається з розщепленням за фенотипом – 3:1.

У медичній практиці з двох тисяч моногенних спадкових хвороб близько половини має місце доміну­ван­ня патологічних генів над нормальними. У гетерозигот патологічний алель проявляється в більшості ви­пад­ків ознаками захворювання (домінантний фенотип).

Неповне домінування, – така форма взаємодії, коли в гетерозиготного організму (Аа) домінан­тний ген А не повністю пригнічує рецесивний ген, а внаслідок чого проявляється проміжна між батьківськими ознака. Тут розщеплення за генотипом і фенотипом збігається і складає 1:2:1.

Кодомінування, або незалежний прояв – у гетерозиготних організмів кожний з алельних генів викликає формування залежного від нього продукту, тобто виявляються продукти обох алелей. Класичним прикладом такого прояву є система груп крові, зокрема система АВ0, коли еритроцити людини несуть на поверхні анти­гени, що контролюються обома алелями. Така форма прояву но­сить назву кодомінантний прояв.

Так, ген І^А визначає утворення в еритроцитах антигену А, тоді як ген І^В зумовлює утворення антигену В. Люди, гетерозиготні за генами І^АІ^В, містять в еритроцитах як антиген А, так і антиген В.

Зверхдомінування – коли домінантний ген у гетерозиготному стані виявляється сильніше, ніж у гомо­зи­готному. Так, у дрозофіли при генотипі АА – нормальна тривалість життя; Аа – подовжена тривалість жит­тя; аа – летальний наслідок.

5. Взаємодія неалельних генів (полімерія, комплементарність, епістаз)

Відомо багато випадків, коли ознака або властивості детермінуються двома або більше неале­льними ге­на­ми, які взаємодіють між собою. Хоча і тут взаємодія умовна, бо взаємодіють не гени, а контрольовані ни­ми продукти. При цьому має місце відхилення від менделівських закономір­нос­тей розщеплення.

Можливі три типи такої взаємодії: 1) для утворення певної ознаки необхідна взаємодія двох ферментів, утворення яких визначається двома неалельними генами; 2) фермент, який синтезу­вав­ся за участю одного гена, повністю пригнічує або інактивує дію ферменту, утвореного іншим неа­ле­льним геном; 3) два фермен­ти, утворення яких контролюється двома неалельними генами, впли­вають на одну ознаку або на один про­цес так, що їх сумісна дія призводить до виникнення і посилення прояву ознаки.

Розрізняють три основних типи взаємодії генів: комплементарність, епістаз, полімерію.

1. Комплементарність (від лат. сomplementum – доповнення). Комплемен­тарними називають гени, коли при взаємодії один домінантний ген доповнює дію другого домінантного гена і ці гени визначають нову озна­ку, яка відсутня в батьків. Причому відповідна ознака розвивається тільки в присутності обох неалель­них генів. Прикладом такої взаємодії може бути утворення коричневого пігменту в шовкопряда. У людини му­тація одного гена викликає появу ретинобластоми, а мутація іншого – нефробластоми. Якщо присутні обид­­ва гени в гаметах у людини, то виникає захворю­ван­ня з двобічним ураженням очей і нирок. Якщо ж му­тація одного гена гаметична, а іншого – со­матична, то виникає однобічне ураження.

Сіре забарвлення шерсті в мишей контролюється двома генами. Ген А детермінує синтез піг­менту, про­те як гомозиготи (АА), так і гетерозиготи (Аа) – альбіноси. Другий ген В забезпечує скупчення пігменту пе­ре­важно біля основи і на кінчиках волосся. Схрещування дигетерозигот (АаBbЧAаBb) призводить до роз­щеп­лення гібридів у співвідношенні 9:3:4 (9 – забарвлення “агу­ті”: 3 – чорна шерсть : 4 – біла шерсть). Чис­ло­ві співвідношення можуть бути як 9:7; 9:6:1 (ви­дозміна менделівського розщеплення).

У людини пігметація волосся відбувається за комплеметарною дією. У тварин (мишей, щурів, кролів) для формування темного забарвлення шерсті необхідна присутність двох домінантних неалельних генів (С і А), один з яких визначає наявність пігменту, а інший – його розподіл по волоссю. Якщо один із генів пере­бу­ває у гомозиготному рецесивному стані (сс), то пігмент не утво­­рюється і народжуються білі особини (аль­біноси).

Для захисту від вірусів у імунокомпетентних клітинах людини виробляється специфічний бі­лок інтер­фе­рон. Його утворення в організмі пов’язано з комплемен­тарною взаємодією двох неале­льних генів, розта­шо­ва­них у різних хромосомах.

2. Епістаз (від лат. epystasis – прикриття) – це така взаємодія генів, за якої один ген пригнічує дію іншо­го неалельного гена. Пригнічення можуть викликати як домінантні, так і рецесивні гени (А>В, а>В, В>А, b>А), і залежно від цього розрізняють епістаз домінантний і рецесивний. Пригні­чувальний ген отри­мав назву інгібітора, або супресора.

Вважають, що деякі спадкові хвороби людей збігаються з групами крові, гаплотипами HLA та ін., коли має місце епістатична взаємодія. Забарвлення плодів гарбузів та пір’я у птахів, масть коней теж визначаю­ться цим типом взаємодії.

Якщо ген-супресор рецесивний, то виникає криптомерія (від грец. κρυπτός – таємний, прихо­ва­ний). У людини таким прикладом може бути “бомбейський феномен”. У цьому випадку рідкісний рецесивний алель “х” у гомозиготному стані (хх) пригнічує активність гена І^В (який визначає В (ІІІ) групу крові системи АВ0). Тому жінка, яка отримала від матері алель І^В фенотипово має І гру­пу крові – 0 (І).

Гени-інгібітори, в основному, не детермінують розвитку певної ознаки, а лише пригнічують дію іншого гена. Ген, ефект якого пригнічується, отримав назву гіпостатичного.

При епістатичній взаємодії генів розщеплення за фенотипом у F₂ складає 13:3; 12:3:1 або 9:3:4 та ін.

3. Полімерія (від грец. πολύ – багато й μέρος – частина) – така взаємодія, коли кінцевий прояв ознаки залежить від сумації дії декількох неалельних генів, полігенів. За цим типом формуються кількісні ознаки: ріст, маса тіла, урожайність, яйценосність, молочність та ін. Чим більша кількість домінантних полімерних генів, тим сильніший вияв ознаки. Полімерні гени позначають одною літерою алфавіту з індексом. Наприк­лад: А₁А₁А₂А₂; а₁а₁а₂а₂.

Такі спадкові фактори називаються полімерними, або множинними генами.

Ця форма взаємодії зумовлює успадкування кількісних ознак (висота рослин, маса тварин та ін.). Так, забарвлення насіння пшениці, вівса та ін. може бути від червоного кольору до білого. Інтенсивність забарв­лення залежить від числа домінантних генів у генотипі. Вміст всіх чотирьох домінантних алелей (А₁А₁А₂А₂) визначає темно-червоне забарвлення, відсутність домінантних ге­нів (а₁а₁а₂а₂) – біле, а генотипи з трьома, двома або одним домінантним генами зумовлюють пе­ре­хідне забарвлення від світло-червоного до рожевого і білого (А₁А₁А₂а₂ або А₁а₁А₂А₂ – світло-червоного кольору, А₁А₁а₂а₂ або а₁а₁А₂А₂ – рожевого кольору, а₁а₁b₂b₂ – білого кольору).

У людини полімерними генами визначається пігментація шкіри. У людей негроїдної раси пе­реважають домінантні алелі, у представників європеоїдної – рецесивні. Мулати мають проміжну пігментацію. Від шлю­бу двох мулатів можуть народитися як інтенсивно, так і менш пігментовані діти. Чим більша кількість неа­лель­них генів впливає на кількісну ознаку, тим більш поступовий перехід цих ознак.