Вопрос 41

Множественный аллелизм. Группы крови человека. Наследование групп крови.

Множественный аллелизм — это существование в популяции более двух аллелей данного гена. В популяции оказываются не два аллельных гена, а несколько.

В 1900 - 1901 гг. австрийский ученый К. Ландштейнер открыл группы крови . В 1930 г. ему была присуждена Нобелевская премия за открытие групп крови человека. Эритроцит покрыт плазмалеммой толщиной около 7 нм, в которую встроеныантигены систем АВО и резус . В плазме крови каждого человека имеются антителапротив антигенов эритроцитов, которые не содержатся в его собственной крови. К. Ландштейнер описал четыре группы крови ( табл. 24 ).

При смешивании крови, взятой у разных людей, часто происходит агглютинация (склеивание) эритроцитов в результате реакции антиген - антитело . В мембрануэритроцитов встроен целый ряд специфических полисахаридно - аминокислотных комплексов, обладающих антигенными свойствами. Эти комплексы называютсяагглютиногенами ( гемагглютиногенами ). С ними реагируют специфические антитела, растворенные в плазме , принадлежащие к фракции гамма - глобулинов -агглютинины ( изогеммагглютинины ). Предполагают, что при реакции антиген - антитело молекула антитела , обладающая двумя центрами связывания, образует мостик между двумя эритроцитами , каждый из которых в свою очередь связывается с другими эритроцитами, в результате чего происходит их склеивание. В норме в крови нет агглютининов к собственным эритроцитам.

В крови каждого человека содержится индивидуальный набор специфическихэритроцитарных агглютиногенов . В настоящее время выделено множество таких агглютиногенов, из них около 30 встречаются довольно часто и бывают причиной серьезных реакций при переливании крови .

В настоящее время известно около 400 антигенов, расположенных в мембране эритроцитов, из которых можно составить более 500 миллиардов комбинаций. Однако антигенные свойства большинства этих антигенов выражены слабо, и при переливании крови ими можно пренебречь.

По системе АВО эритроциты человека разделены на четыре различные по антигенному составу группы. Группа крови А , группа крови В и группа крови АВхаректеризуются наличием антигенов , обозначаемых соответствующими символами и отсутствием соответствующих антител . В эритроцитах группы крови О нет ни А-, ни В-антигенов, а плазма этой группы крови содержит как анти-А, так и анти-В-антитела.

В комплементарных хромосомах каждого человека содержатся два из трех аллельных генов (А, В и О), которые и определяют фенотипически выраженную группу крови . Аллели А и В являются доминантными, и поэтому группа крови О встречается только у гомозигот. Аллели А и В находятся в отношениях кодоминантности: при наличии обоих этих генов каждый из них проявляется фенотипически, не взаимодействуя друг с другом.

Вопрос 43

Хромосомная теория наследственности. Сцепление генов. Кроссинговер как механизм, определяющий нарушение сцепления генов

В 1900 г. независимо друг от друга три ботаника - Корренс , Г.де Фриз и Э.Чермакпереоткрыли в своих опытах те же законы, которые ранее были открыты Менделем. Его работу заново опубликовали в 1901 г.

Когда работа Менделя впервые увидела свет, слишком мало было известно про деление клеток. Поэтому гипотетические "наследственные факторы" Менделя трудно было сопоставить с какими-нибудь реальными клеточными структурами. Но в 1901 г. ситуация резко изменилась: ученые открыли хромосомы , изучили деление клеток, выяснили суть оплодотворения . Молодой сотрудник американского цитологаЭ.Вильсона - В.Сэттон в 1903 г. высказал предположение, что гены находятся в хромосомах. Действительно, Мендель предположил, что в гаметах есть одинарный набор "наследственных факторов", а в зиготах - двойной. Но как раз так и ведут себя хромосомы: в гаметах имеется одинарный набор хромосом, а в зиготах - двойной. Одновременно с В. Сэттоном то же предположение высказал немецкий биологО.Гертвиг .

Можно было думать, что гены, отвечающие за данный признак, лежат в гомологичных хромосомах. Такие гены наэываются аллельными генами, илиаллелями . Аллельные гены , если они лежат в гомологичных хромосомах, должны вести себя так же, как "наследственные факторы" Менделя. Точно так же второй закон Менделя о независимом наследовании разных признаков вполне соответствует гипотезе, что гены, определяющие такие признаки, находятся в хромосомах, причем разные гены - в разных хромосомах. Конечно, это была только гипотеза, которую следовало еще проверить и доказать В 1909 г. проверкой гипотезы о локализации генов в хромосомах занялся американский биолог Т.Г.Морган . Еще в работе Сэттона в 1903 г. была высказана важная идея, которая состояла в следующем: если гены действительно находятся в хромосомах, то второй закон Менделя (независимое наследование двух признаков) будет выполняться только для тех признаков, гены которых находятся в разных хромосомах. Но разных признаков у растений и животных очень много, а хромосом у большинства организмов относительно мало. Отсюда следует, что в одной хромосоме должно находиться много генов, отвечающих за разные признаки и эти гены должны наследоваться совместно. Значит, признаки должны наследоваться группами, а число групп равняться числу пар хромосом. Второй закон Менделя должен выполняться только для признаков, относящихся к разным группам (т.е. к тем, гены которых лежат в разных хромосомах).

Таким образом, из хромосомной гипотезы следовал ряд выводов, которые можно было проверить экспериментально.

Проверка этих предположений была выполнена Т.Морганом и его сотрудниками. В 1909 г., когда началась работа, эти сотрудники были очень молоды: К.Бриджесу было 20 лет, Г.Дж.Меллеру - 19 лет, а А.Стертеванту - 18. Опыты велись на плодовой мушке - дрозофиле ( рис. 104 ). Когда было найдено достаточно много мутантов и получены линии мух, несущих ту или иную мутацию, были проведены опыты по скрещиванию их между собой. Прежде всего, Морган и его сотрудники действительно нашли признаки, которые наследовались совместно, т.е. были сцеплены. Например, у обычных, мух цвет тела серо-желтый (аллель В), но изредка встречались мухи с черным цветом тела (аллель b). У обычных мух крылья развиты нормально (аллель V), но были мутанты с недоразвитыми крыльями (аллель v). При скрещивании

Р BBVV х bbvv

F1 BbVv

гибриды первого поколения имели одинаковые генотипы и были нормальными по фенотипу (так как аллели В и V доминантные). Если бы гены В и V наследовались независимо, то при скрещивании гибридов первого поколения с мутантными мухами BbVv x bbvv ( рис. 204 ) должно было бы получиться, что 1/4 мух имеет нормальный цвет тела и нормальные крылья, 1/4 мух - нормальный цвет тела, но недоразвитые крылья, 1/4 мух - нормальные крылья, но черный цвет тела и 1/4 мух - черный цвет тела и недоразвитые крылья.

Однако в действительности это скрещивание дало иные результаты: нормальных мух появилось гораздо больше 25%, точно также и мух, имеющих черный цвет тела и недоразвитые крылья, было гораздо больше 25%. Этот результат можно объяснить тем, что аллели BV находятся в одной хромосоме и попадают в гамету совместно, как и аллели bv ( рис. 106 , А). Тогда должно получиться 50% нормальных мух и 50% мух, несущих две мутации, т.е. таких мух действительно должно быть больше 25%. Таким образом, результаты опыта в основном объясняются предположением, что аллели окраски тела и формы крыльев лежат в одной хромосоме.

Почему же в опытах получилось не точно 50% нормальных мух, а меньше? Если бы такой результат был получен в одном опыте, можно было бы думать, что это следствие вероятностного характера распределения хромосом по дочерним клеткам. Однако процент нормальных мух в потомстве систематически был меньше 50% (как и процент мух с черным цветом тела и недоразвитыми крыльями). На первый взгляд этот результат представляется достаточно удивительным. Ведь если оба доминантных аллеля лежат в одной хромосоме, то, казалось бы, они не должны разлучаться, и особи с нормальными крыльями ( доминантный признак ), но с черным телом ( рецессивный признак ) возникать не могут. Но поскольку в эксперименте они возникают, это означает, что два гена, которые были в одной хромосоме, могут как-то оказаться в разных хромосомах.

Морган и его сотрудники предположили, что особи с генотипами Bbvv и bbVv появляются в результате перекреста гомологичных хромосом в точке, расположенной между генами В и V, причем при таком перекресте хромосомы обмениваются своими участками ( рис. 112 ). Обмен участками происходит в процессе мейоза . Сам процесс обмена участками хромосом при перекресте был назван кроссинговером . Работы генетиков показали, что кроссинговер встречается не только у дрозофил, но и у кукурузы, львиного зева, мышей и у других организмов.

Результаты многочисленных опытов по изучению наследования разных пар признаков сначала показали, что существуют три группы признаков. Признаки, входящие в одну группу, наследуются совместно (говорят, что они образуют группу сцепления ), а входящие в разные группы, наследуются независимо друг от друга. Но в 1914 г. Г.Дж.Меллер , молодой выпускник университета, работавший в лаборатории Моргана, открыл четвертую группу сцепления. А у дрозофилы всего четыре пары хромосом: три больших хромосомы (для них группы сцепления нашли быстрее) и четвертая маленькая. Коротко результаты Моргана можно выразить так: у дрозофил было обнаружено четыре группы сцепления. Легко понять, что число групп сцепления равно числу хромосом в гаплоидном наборе. Таким образом, у дрозофилы 4 группы сцепления, у гороха - 7, у кукурузы - 10, у мыши - 20, у человека - 24 группы сцепления и т.д.